PARTIE 2 Quelles sont les découvertes astronomiques majeures de la Renaissance ?

     C’est à la Renaissance, période où l’on redécouvre les écrits antiques, que les fondements de l’Eglise sont bousculés. L’héliocentrisme, une idée considérée comme blasphématoire*, revient alors sur le devant de la scène.

 Convaincu par les écrits de Aristarque de Samos, Nicolas Copernic consacre son temps à mettre au point un nouveau système du monde : l’héliocentrisme. Copernic porte la première attaque majeure contre la conception des Anciens. Après de nombreuses années de recherche dans son observatoire près de Dantzig, il met fin au système géocentrique de Ptolémée. Le système de Copernic est d’une grande simplicité. Il est publié en 1543, à la veille de sa mort, dans son ouvrage De Revolutionibus. Dans celui-ci, le Soleil occupe le centre du monde et autour de lui gravitent dans l’ordre Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, et Saturne. Les planètes décrivent des orbites circulaires parcourues à une vitesse constante comme dans le système d’Aristote et de Ptolémée. A noter que son ouvrage n’est basé que sur un raisonnement purement théorique, ce dernier changeant peu de celui de Ptolémée quant aux prédictions des mouvements des astres. Le système de Copernic explique le mouvement rétrograde des planètes sans avoir recours à des épicycles. En effet, en se plaçant en tant que terrien dans un système où le Soleil serait au centre, on observerait les mêmes mouvements des planètes. Cependant, son système n’explique pas les variations de luminosité des planètes.

 Il faudra attendre les travaux de Johannes Kepler publiés en 1609 dans Astronomia Nova pour démontrer que les orbites des planètes ne sont pas circulaires mais elliptiques, c’est-à-dire que les orbites prennent la forme d’un ovale. De plus, il démontre que les planètes ne se déplacent pas à vitesse constante, mais à une vitesse qui varie en fonction de la distance qui sépare la planète du Soleil. Ces deux observations sont aujourd’hui connues sous le nom des lois de Kepler, et permettent d’expliquer les variations de lumière.

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La première loi de Kepler affirme que les planètes du Système Solaire décrivent des trajectoires elliptiques dont le Soleil occupe l'un des foyers. Le principe copernicien est alors confirmé. De plus, la trajectoire est elliptique, non circulaire, ce qui explique l'étrange excentricité de Mars.

La seconde loi de Kepler, loi des aires, fut publié en 1609. L'aire balayée par la distance Terre-Soleil S1 entre deux positions P1 et P2 est égale à l'aire balayée par la distance Terre-Soleil entre deux positions P3 et P4 si la durée qui sépare les positions P1 et P2 est égale à la durée qui sépare les positions P3 et P4. La vitesse d'une planète devient donc plus grande lorsque la planète se rapproche du Soleil et inversement.

  Suite aux travaux de Copernic, une nouvelle conception philosophique du monde fait son apparition. Un ancien frère dominicain du nom de Giordano Bruno, émet une hypothèse qui bousculera une fois de plus la pensée de l’Eglise. Accusé d'avoir lu des livres interdits, on retirera  son statut de moine à cet homme d’Eglise. Il sera jugé hérétique. En 1584, soutenant les travaux de Copernic, il publie plusieurs ouvrages qui formulent l’idée selon laquelle le ciel n’est pas un espace clos, mais au contraire infini. L’espace serait composé d’innombrables Soleils comparables à celui de la Terre, formant ainsi de multiples mondes potentiellement habitables ou habités. Sûr de ses idées, Giordano est donc le premier à braver les interdits religieux pour affirmer l’existence de l’Univers en contredisant les modèles sphériques d’Aristote et de Ptolémée.

 Parallèlement aux travaux de Kepler de 1609, une autre avancée majeure perturbe la pensée de l’Eglise. Cette avancée est due en partie à une innovation dans le domaine de l’observation. En 1608, Hans Lippershey ainsi que d’autres savants hollandais mettent au point un instrument optique capable d’agrandir les images à partir d’images : la lunette. (source)

  L’usage de cet instrument est d’abord destiné à un usage militaire. Cependant, en 1610, l’astronome italien Galilée a l’idée de le tourner vers le ciel. Il fait alors découverte sur découverte en peu de temps. Il les décrit la même année dans son livre Sidereus Nuncius « Le messager des étoiles ». Par exemple, il observe et constate que la Voie Lactée n’est pas une tâche vague à travers le ciel mais en réalité une myriade d’étoiles. Il trouve également que la surface de la Lune n’était pas lisse mais composée de cratères et de montagnes. Il met en évidence les anneaux de Saturne ou bien encore il montre que le Soleil n’est pas uniforme mais bien parsemé de petites taches sombres.

 Mais parmi ses observations, deux assènent le coup de grâce au modèle géocentrique.

 D’une part, grâce à sa lunette astronomique, Galilée peut observer des corps célestes invisibles à l’œil nu aux alentours de Jupiter. Il vient alors  de découvrir les plus gros satellites de la planète. Depuis le ciel de Padoue en Italie, voici les notes qu’il a prises lors de ses observations : 

 Grâce à un logiciel d'astronomie libre de droit du nom de "Stellarium", nous avons pu reconstituer le ciel de Padoue à ces différentes dates :  

- 7 Janvier 1610

- 13 Janvier 1610         

- 15 Janvier 1610 

 A partir de cela, il remarque alors que les satellites changent de position au fil du temps. Certaines journées, un des satellites se retrouve à l’opposé d’il y a deux jours, ou alors il y a un satellite manquant. C'est le cas du 7 Janvier où les satellites Io et Europe sont confondus à cause de la précision de la lunette. La seule explication plausible qu’il trouve est que les satellites ont une trajectoire circulaire autour de Jupiter.

 Le savant déduit que les satellites tournent autour de cette planète par trois effets :

   - Par effet d’ombre, c’est-à-dire lorsqu’un satellite entre dans l’ombre de Jupiter

   - Par effet d’occultation, c’est-à-dire lorsqu’un satellite est caché par Jupiter

   - Par effet de passage, c’est-à-dire lorsqu’un satellite passe devant Jupiter (ce n’est pas une éclipse puisque le satellite est beaucoup plus petit que Jupiter)

  D’autre part, en tournant sa lunette vers Vénus, Galilée observe qu’elle prend différents aspects successifs comme la Lune. Galilée sait très bien que Vénus brille par le reflet du Soleil comme toutes les autres planètes. La seule différence avec les phases de la Lune est que, en raison de la distance variable entre la Terre et Vénus, la taille de cette dernière change considérablement au fil de ses phases, contrairement à la Lune. De Septembre 1610 à Février 1611, Galilée note les différentes phases de Vénus, qui à cette époque vient juste d’être visible après avoir été cachée par le Soleil. Les résultats de ses observations lui démontrent alors que Vénus gravite non pas autour de la Terre, mais autour du Soleil.

 Observations de l’évolution des phases de Vénus en soirée entre février et mai 2004. Galilée observa le même phénomène entre septembre 1610 et février 1611, lui suggérant qu'elle gravitait non pas autour de la Terre, mais du Soleil (source : TBGS Observatory, Angleterre, photos de Chris Proctor)

 De plus, Galilée remarque qu’il est normalement impossible d’observer Vénus « pleine » vue de la Terre dans un repère géocentrique. 

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 L’annonce de la découverte de ces phases par Galilée est cachée sous une anagramme dans une de ses lettres à l’ambassadeur toscan à Prague afin de ne pas attirer les foudres de l’Eglise. « Cynthiae figuras aemulatur mater amorum » signifiant « La mère de l’amour (Vénus) imite les figures de Cynthia (la Lune).

 Etant convaincu de ses observations, Galilée condamne la théorie géocentrique. Les satellites de Jupiter apportent la preuve que la Terre n’est pas le centre de tous les mouvements célestes. De plus, les phases de Vénus ne peuvent s’expliquer que si cette planète tourne autour du Soleil et non autour de la Terre. Ces deux observations permettent donc à Galilée de confirmer la théorie de l’héliocentrisme formulée par Copernic.

 Ce début d’affirmation de l’héliocentrisme entraîne une croissance folle de résolutions de problèmes astronomiques alors incompris et de nouvelles découvertes fulgurantes. A la suite des travaux de Kepler et de Galilée, la description des mouvements des planètes est enfin correcte. Cependant, elle n’est pas complète car elle ne donne aucune précision sur l’origine de ces mouvements et n’explique en aucun cas la forme elliptique des orbites. Isaac Newton, un physicien anglais né en 1642, propose une loi pour unifier ces deux idées. En 1687, il publie son ouvrage Philosophiae Naturalis Principia Mathematica dans lequel il énonce sa théorie de la gravitation universelle. Enfin, grâce à cette nouvelle loi, une nouvelle branche de l’astronomie voit le jour : la mécanique céleste, (l’étude des astres sous l’effet de la gravitation) et ouvre alors un nouveau champ des possibles pour les astronomes modernes.

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Nicolas Copernic (1473-1543) était un chanoine polonais. Il a été un grand défenseur de la théorie de l'héliocentrisme dont les conséquences furent baptisées : révolution copernicienne 

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De Revolutionibus orbius coelestium, "Des révolutions des sphères célestes", 1543, Copernic 

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Johannes Kepler (1571-1630) était un astronome célèbre pour son étude sur la théorie de l'héliocentrisme de Copernic. Il découvrit alors les lois portant désormais son nom, qui régissent le mouvement des planètes sur leur orbite. 

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Giordano Bruno (1548-1600) était un homme d'Eglise et philosophe italien. Il est connu pour avoir soutenu la thèse de l'héliocentrisme en émettant l'idée d'un Univers infini.

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Hans Lippershey (1570-1619) était un opticien hollandais. Il fut l'auteur de la première lunette optique en 1608. Cette avancée optique conduira rapidement à l'invention de la lunette astronomique et par la suite du téléscope. 

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Galilei Galileo dit Galilée (1564-1642) était un mathématicien, géomètre, physicien et astronome italien. Cet homme de sciences perfectionna la lunette astronomique, ce qui lui permit d'observer les astres avec une précision inégale. Il est aussi un fervent défenseur de l'héliocentrisme en s'opposant à la conception géocentrique de l'Eglise. Il en subira les conséquences et devra abjurer. 

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Isaac Newton (1642-1727) était un physicien anglais. On lui doit bon nombre de découvertes notamment celle de la gravitation universelle énoncée dans son ouvrage "Principes Mathématiques de la Philosophie Naturelle". 

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