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Introduction
Après les cosmogonies mythiques des anciennes civilisations
(voir Egypte et Mésopotamie), les philosophes naturalistes
grecs du VI-IVème siècle av. J.-C. ont d'étonnantes
intuitions. Voir ici plus bas.
Quant à l'astronomie d'observation, les Grecs, comme les
peuples avant eux, en observant le ciel voyaient une sphère
sertie d'étoiles qui tournait en 24 h autour d'un axe qui
semblait passer par le centre de la Terre et par une étoile
particulière (aujourd'hui l'étoile Polaire).
Sur ce fond d'étoiles (firmament), on pouvait remarquer
quelques astres "vagants" (en grec "planetes"),
se déplaçant lentement dans une étroite bande
du ciel appelée " zodiaque " (lieu des petits
animaux. Ces astres sont :
- La Lune
- Le Soleil
- Mercure, Venus, Mars, Jupiter, Saturne
Le zodiaque est plus haut sur l'horizon en été
qu'en hiver (hémisphère nord). Les douze constellations
marquent la position du Soleil par rapport aux étoiles
en chaque mois de l'année.
Les 5 planètes proprement dîtes sont les seules
visible à l'œil nu - la découverte d'Uranus se fera
au télescope (Herschel 1781). Les noms des planètes
correspondent à la version latine des noms des principaux
dieux de la Grèce.
Alors que la Lune et le Soleil parcourent leurs orbites plus
ou moins régulièrement, les planètes les
plus proches de la Terre (Mercure, Venus, Mars) ont un comportement
bizarre:
-
il semblent changer de luminosité le long de leur
période de révolution (comme s'ils se rapprochaient
de la Terre),
-
dans la phase de luminosité accrue il semblent s'arrêter
et inverser leur parcours, puis s'arrêter à nouveau
et reprendre leur parcours régulier. En termes techniques
on parle de "stations" et "rétrogradations".
[Figures 1 et 2 - Tout ceci est explicable par les orbites par
rapport à la Terre d'une planète "interne"
(située entre la Terre et le Soleil), Mercure, et d'une
planète "externe" (à la Terre) comme Mars].
D'autres peuples, comme les Chinois et les Mayas, s'intéressèrent
également au ciel, mais il fallut attendre le VIIe siècle
av. J.-C. pour que les Grecs fassent de l'astronomie une véritable
science, en écartant tout surnaturel dans l'interprétation
des phénomènes.
Les Grecs, avec une vision assez moderne, parlaient "d'apparences",
car probablement ils ne croyaient pas qu'un astre puisse vraiment
s'arrêter et inverser don chemin. Le seul mouvement "vrai"
que l'on pouvait prêter à un astre était un
mouvement circulaire uniforme (avec vitesse constante).
Le miracle grec
Du VIe au IVe siècle av. J.-C. les philosophes naturalistes
grecs (école de Milet et écoles d'Italie) ont beaucoup
avancé en cosmologie. Pêle-mêle :
- La Terre est suspendue dans l'espace;
- Terre, Lune et Soleil ont la même composition, et la
même forme, sphérique;
- la Terre tourne sur elle même en 24 h et autour d'un
feu central en 1 an;
- la Lune reçoit sa lumière du Soleil;
- les lois des mouvements célestes sont mathématiques;
- il y a quatre éléments fondamentaux : terre,
eau, air et feu;
- la matière est constituée d'atomes indivisibles
et indestructibles;
- la Terre et le Cosmos sont nés du chaos par effet d'un
immense tourbillon;
- tant qu'elles tournent, les astres restent en l'air, si ils
s'arrêtaient il tomberaient sur la Terre, comme le font
les météorites;
- la Terre tourne dans son enveloppe d'air;
- les étoiles sont d'autres soleils, et il peut y avoir
d'autres mondes habitées; etc.
Au faîte de sa puissance Athènes (où la science
n'avait pas d'adeptes),vit l'ouverture de grandes écoles
: l'Académie de Platon (427-347 av. J.-C.), disciple de
Socrate, et le Lycée d'Aristote (384-322 av. J.-C.).
Platon se passionne à la physique en âge avancé.
Il pose ce problème aux mathématiciens:
- quels sont les mouvements circulaires et uniformes ("parfaits")
qu'il convient de prendre pour hypothèses afin de sauver
les apparences que les astres errants nous présentent
?
[[ Les huit astres errants étant la Lune, le Soleil, Mercure,
Venus, Mars, Jupiter , Saturne, auxquels on ajoute les étoiles,
dites "fixes" parce qu'elles sont fixées à
une sphère plus externe (d'où le nom "firmament").
]]
Au IVe siècle av. J.-C., la réponse fournie par
Eudoxe de Cnide à Platon est purement mathématique.
Les astres mobiles sont transportés par un système
de 27 sphères, ayant le même centre que la Terre,
chaque sphère tournant autour d'un axe plus ou moins incliné
pris dans la sphère immédiatement extérieure
(système à feuilles d'oignon). La rotation de chaque
sphère est uniforme, mais la vitesse et même le sens
de rotation sont propres à chacune.
Ce modèle requiert quatre sphères pour chaque planète,
trois sphères chacun pour le Soleil et la Lune, et une
grande sphère pour les étoiles : 27 sphères
au total.
Les mouvements observées sont assez bien reproduits, mais
on n'explique pas les changements de luminosité; on feint
donc de ne pas les voir.
Le système de sphères "homocentriques"
emboîtées d'Eudoxe, avec ses axes et vitesses de
rotation différents, est amélioré par Callippe
avec 7 sphères supplémentaires.
Enfin, Aristote le "classificateur" s'attelle à
une théorie du monde qui puisse expliquer... tout.
Il s'empare des idées courantes sur la matière
et le cosmos, et construit un système unitaire, pas forcement
vrai mais bien lié, et blindé par une logique implacable.
On ne peut modifier à ce système sans le re-formuler
complètement, chose que personne ne saura faire jusqu'au
XVIIe ou XVIIIe siècle.
La Cosmologie d'Aristote.
Le domaine céleste compris entre la sphère des
fixes et celle de la Lune est composé d'un cinquième
élément, l'éther.
Dans ce domaine, les mouvements "naturels" sont circulaires
et uniformes; les corps incorruptibles qu'y sont logés,
les étoiles et les planètes, ne peuvent que tourner
éternellement autour du centre de l'univers.
- C'est un univers clos, et relativement petit.
- Les orbes emboîtés ont une réalité
physique concrète.
- Le nombre de sphères homocentriques passe à
55 (pour désaccoupler les mouvements).
- La sphère la plus externe est entraînée
par un "moteur premier", et entraîne les autres
dans sa rotation diurne de 24 heures.
La Terre et la région sub-lunaire sont composées
des 4 élément d'Empedocle. Les mouvements "naturels"
de ces éléments sont
- vers le haut l'air et le feu
- vers le bas la terre et l'eau.
C'est le domaine de la génération et de la corruption,
de l'impur et des graves.
La physique d'Aristote
Aristote s'occupe aussi de physique, avec quelques fleurs:
-Le vide n'existe pas
-Le seul mouvement spontané dans le domaine sub-lunaire
et sur Terre est rectiligne, vers le haut pour les corps légers,
comme l'air et le feu, vers le bas pour les corps lourds, comme
la terre et l'eau.
-Les corps plus lourds tombent plus vite que les corps légers.
- Tout autre mouvement implique une force appliquée -
il n'y a pas de vitesse sans une force (problème de la
flèche...), et la vitesse est proportionnelle à
la force.
L'astronomie héliocentrique
La science se détache de la philosophie - les scientifiques
du IIIe et IIe siècle av. J.-C. (période de l'hellénisme)
jettent Aristote aux oubliettes.
Avec Aristarque, Euclide, Archimède, Séleucos,
Eratosthène, Apollonios continuent les découvertes
deviennent quantitatives :
- l'héliocentrisme,
- Les dimensions de la Terre et de la Lune,
- la distance Terre-Lune,
- la précession des équinoxes,
- l'idée de gravité,
- La théorie des marées ...
Aristarque de Samos (320-250 av. J.-C.), Eratosthène (280-200
av. J.-C.) et Hipparque (190-120 av. J.-C.), proposeront un modèle
dans lequel la Lune tournait autour de la Terre, et celle-ci,
comme les autres planètes, tournaient autour du Soleil
. C'est le modèle "héliocentrique", qui
rend très bien compte des phénomènes observés
et que l'on attribuera plus tard à Copernic.
Premiers siècles de notre ère
(Empire Romain)
Avec la fin de l'hellénisme et des grands royaumes, bien
de découvertes sont oubliées, les livres perdus.
Seul Claude Ptolémée, au II siècle de notre
ère, recueille ce qui reste des anciennes théories.
Aristote revient a la mode, en fournissant aux théologiens,
aussi bien chrétiens qu'islamiques, la cosmologie et la
physique dont ils ont besoin pour leur doctrine.
L'héritage scientifique transmis au Moyen Âge
consiste de :
1. La physique et la cosmologie d'Aristote
2. L'astronomie et la géographie de Ptolémée
3. Une idée pernicieuse: ce n'est pas aux astronomes
de définir la structure du monde; la cosmologie revient
aux philosophes.
Claude Ptolémée (v. 100-v. 170)
Au IIe siècle de notre ère un grand scientifique,
Claude Ptolémée d'Alexandrie, collecte une partie
des connaissances hellénistiques dans des oeuvres encyclopédiques:
- L'Almageste (astronomie)
- La Géographie
- L'Optique
Dans l'Almageste on retrouve le système de sphères
d'Eudoxe, remanié par Apollonios et Hipparque. Pour la
physique, Ptolémée ne perds pas de temps : il reprend
telle quelle celle d'Aristote.
- La Terre est au centre, immobile. Autour d'elle:
- les étoiles fixes font leur révolution en env.
24h
- La Lune tourne en un mois;
- Mercure, Vénus et le Soleil en un an;
- Mars, en deux ans; Jupiter, en douze; Saturne, en trente;
1 - Orbites allongées
Les saisons (qui séparent les solstices et les équinoxes)
n'ont pas la même durée:
- Printemps 94 ½ jours
- Eté 92 ½ jours
- Automne 88 1/8 jours
- Hiver 90 1/8 jours
2 - Stations et rétrogradations - Selon
Ptolémée :
L'orbite du Soleil autour de la Terre n'est pas parfaitement
ronde.
Déférents et Epicycles - Pour limiter le nombre
de sphères, Ptolémée utilise pour chaque
astre un petit cercle ("épicycle"), porté
par un cercle principal, le "déférent".
Au besoin, on utilise des petites tricheries, en déplaçant
un peu les centres ou en modulant les vitesses de rotation.
Quatorze siècles de géocentrisme
Les astronomes qui suivront, y compris les astronomes arabes,
emploieront le système géocentrique, avec les retouches
nécessaires pour obtenir des tables astronomiques à
jour.
A partir des modèles et des paramètres de Ptolémée,
progressivement modifiés, les astronomes dressent les tables
du mouvement des planètes, du Soleil et de la Lune, pendant
1400 ans.
A l'époque de Copernic (en 1500) il n'y avait plus "une"
astronomie de Ptolémée: comme pour les recettes
de cuisine, il y en avait autant qu'il y avait d'auteurs de tables
astronomiques.
L'astronomie arabe (VIIIe - XIVe siècle)
Selon la légende, en l'an 150 de l'Hégire (622),
le calife Al Mansur reçoit un homme expert dans le calcul
de la position des étoile, provenant de l'Inde.
Le calife ordonna alors de traduire les livres indiens d'astronomie,
jusqu'à que l'on s'aperçoive qu'il s'agissait en
général d'extraits de la Sintaxis Mathematica de
Ptolémée.
L'Almageste (al Majestic) était depuis longtemps dans les
bibliothèques du calife, mais personne ou presque s'était
donné la peine de l'étudier.
Bientôt, ce furent toutes les œuvres scientifiques grecques
à être traduites, sans distinction, avec l'aide des
médecins chrétiens appartenant à la secte
des Nestoriens.
Le grand mécène de l'astronomie arabe fut le calife
Al Ma'mun (813-833) qui fit construire un observatoire à
Bagdad même.
Les études astronomiques se poursuivirent intensément,
de ville en ville (Maragha, Samarkand, Tolède, Granada)
du VIIIe jusqu'au XVe siècle.
Les observatoires
A Bagdad au Xe siècle (Abu l-Wafa).
A Maragha, voulu par l'empereur mongol Hülägü (petit-fils
de Gengis Khan) en 1259, dirigé pendant une vingtaine d'années
par at-Tusi.
Puis à Samarkand au XVe siècle, voulu par Ulug-Beg
(petit fils de Tamerlan), utilisé par ar-Rumi et surtout
par al-Kashi.
A Istanbul, voulu par le sultan ottoman Murad III (1574-1743)
et utilisé au XVIe s. par Ibn Mahruf.
Plus tard, en Inde, Jai Singh II (1686-1743) voudra de belles
architectures pour les observatoires de Delhi, Bénarès,
Jaipur, Ujjain et Mathura.
Livres et études se comptent par milliers. La précision
des tables astronomiques s'améliore au fil des publications.
Encore aujourd'hui beaucoup de noms d'étoiles et constellations
sont d'origine arabe.
On produit de magnifiques instruments de poche (compas + astrolabe),
pour satisfaire les besoins de chacun en fait d'astronomie :
- Détermination de l'heure de la prière
- Détermination de la direction de la Mecque
- Détermination du premier et dernier jour du Ramadan
- Compilation du calendrier (luni-solaire)
Les applications religieuses protégent même les scientifiques
des attaques récurrentes des 'bigots'.
Malgré une activité si intense et prolongée,
il n'y a pas de véritables révolutions conceptuelles
(par e. vers l'héliocentrisme) ni instrumentales (optique).
Astronomie médiévale
Chute de l'empire romain d'Occident (476) =>
- perte des connaissances, y c. de la langue grecque.
- Le savoir est condensé dans des « summae »
assez rudimentaires.
Peux de noms remarquables avant l'an 1000 :
- le sénateur Boèce, condamné à
mort par Théodoric en 524 (De consolatione philosophiae),
- Bède le vénérable (672-735).
- Gerbert d'Aurillac (945-1003), le pape Silvestre II.
Le nouveau millénaire (XIe et XIIe siècle) marque
l'inversion de la pente :
- première traduction occidentale des Eléments
d'Euclide, par Adélard de Bath (1080-1160, un anglais
qui traduit de l'arabe…).
- Traduction des premières œuvres arabes par Gérard
de Crémone et beaucoup d'autres, à Tolède
et à Salerne.
- Leonardo Pisano, dit le Fibonacci, démontre les mathématiques
greco-arabes en Occident (sans beaucoup de suite).
Les idées s'emballent littéralement au XIIIe siècle
:
- Albert le Grand (1194-1280) et son disciple Thomas d'Aquin
(1225-1275) fondent la scolastique médiévale -
le néoplatonisme de St. Augustin est remplacé
par la philosophie d'Aristote (expérimentation et étude
de sciences naturelles).
- Robert Grosseteste (1175-1253), évêque anglais,
fonde l'école franciscaine d'Oxford, à Paris de
1215 à 1219.
- Son élève Roger Bacon (1214-1293), Epître
de segretis operibus :
" on pourra faire des navires qui avancent sans rameurs,
[...] de même, on pourra faire des chars qui ne seront
tirés par aucun animal, et avanceront avec une force
incroyable. On pourra construire des machines pour voler, [...]
Et on pourra faire des instruments, très petits en eux
mêmes, mais suffisants pour soulever ou descendre des
énormes poids, [...] Ces machines ont été
construites dans l'antiquité."
En astronomie :
- Johannes de Sacrobosco (John Holywood, mort à Paris
en 1256) relance l'étude des mouvements célestes
avec son traité Sur la sphère, complété
par le Theoricae planetarum de Campano da Novara (1215-1296).
- Les astronomes arabes au service d'Alphonse X de Castille
( El Sabio, 1252-1284) rédigèrent des tables astronomiques,
les Tables Alphonsines, utilisées faute de mieux jusqu'en
1550 (=> Tables Coperniciennes).
- Nicolas Oresme (1320-1382) :
les phénomènes célestes paraîtraient
les mêmes si la terre tournait sur elle même, au
lieu du ciel (le Livre du ciel et du monde).
- Nicolas de Cuses (1400-1464) :
« tous les points de l'univers ont la même structure,
pourquoi la Terre serait immobile au centre?
Un habitant de Mars, voyant le monde tourner autour de lui (y
compris la Terre), pourrait construire un système martio-centrique
» (De docta ignorantia).
Que c'était-il passé ?
Voir :
=> Le retour des œuvres scientifiques en Occident et
=> les horloges médiévales.
Il n'y a pas d'horloges astronomiques en Europe avant le XIIIe
siècle.
Un expert de horloges médiévales:
« Les chercheurs s'accordent à penser que l'origine
des horloges astronomiques en Europe n'est pas antérieure
à 1200 ».
Puis en un siècle, entre 1300 et 1400, plus de 100 horloges
astronomiques font leur apparition en Europe:
1308-18 Cambrai
1322-25 Cathédrale de Norwich
1307-8 Orvieto
1309 Milan, S. Eustorgio
1343 Cathédrale de Modena
1344 G. Dondi, à Padoue
1386 Cathédrale de Salisbury
etc. etc.
Giovanni e Novello Dondi, Padova 1344 et 1424.
Astrario di Giovanni Dondi, reconstruit par Aldo Bullo à
Chioggia en 2003
Astronomie médiévale, XVe siècle
Malgré ces idées révolutionnaires, les calculs
astronomiques utilisent encore le seul model perfectionné
existant : le système de Ptolémée.
Les versions arabes étant corrompues,
- George Peuerbach, vers 1460, et Regiomontanus (de son vrai nom
Johannes Müller, ~1476) traduisent en latin le texte grecque
de l'Almageste de Ptolémée.
Dans la pratique … A partir de modèles et des paramètres
de Ptolémée , au besoin retouchés, les astronomes
dressent les tables du mouvement des planètes, du Soleil
et de la Lune.
A l'époque de Copernic (1473-1543) il n'y avait plus "une"
astronomie de Ptolémée: comme pour les recettes
de cuisine, il y en avait autant qu'il y avait d'auteurs de tables
astronomiques.
Le XVe siècle apporte aussi son lot de révolutions
:
- invention de l'imprimerie par les frères Gutenberg
en 1455
- découverte de l'Amérique en 1492
- l'Almageste de Ptolémée est publié à
Venise en 1496.
- Luther affiche ses 95 thèses en 1517, est excommunié
en 1521, réécrit le catéchisme en 1529
et traduit la Bible en allemand en 1534.
- Le concile de Trente (1545-1563) produit la contre-réforme
et la révision du calendrier julien (1582).
C'est dans ce contexte que vit Nicolas Copernic.
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