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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. Liste…
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"),
c.à.d. :
La Lune
Le Soleil
Mercure, Venus, Mars, Jupiter, Saturne
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:
1) il semblent changer de luminosité le long de leur période
de révolution (comme s'ils se rapprochaient de la Terre),
2) 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].
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).
Au faîte de sa puissance Athènes 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 demanda à ses mathématiciens quel combinaison
de mouvements circulaires uniformes (quel "modèle")
l'on pouvait imaginer pour "sauver les apparences" célestes.
Plus tard, 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 (modèle "héliocentrique", que
l'on attribue aussi à Copernic).
Mais 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 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'expliquent pas les changements de luminosité; on feint
donc de ne pas les voir.
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.
A Athènes (où la science n'avait pas d'adeptes),
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").
]]
Eudoxe de Cnide propose un système de 27 sphères
"homocentriques" emboîtées, avec le même
centre, mais des axes et vitesses de rotation différents.
Ce système 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 rien modifier à ce système sans le re-formuler
complètement, chose que personne ne saura faire jusqu'au
XVIIe 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 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
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
Les scientifiques du IIIe et IIe siècle av. J.-C. (période
de l'hellénisme) jettent Aristote aux oubliettes.
Aristarque, Euclide, Archimède, Séleucos, Eratosthène,
Apollonios continuent leurs découvertes :
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 ...
Premiers siècles de notre ère
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:
La Lune tourne en un mois;
Mercure, Vénus et le Soleil en un an;
Mars, en deux ans; Jupiter, en douze; Saturne, en trente;
les étoiles fixes font leur révolution en env.
24h
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, pendant 1400 ans, s'emploieront
à retoucher les paramètres du système pour
en tirer des tables astronomiques acceptables.
A partir de modèles et des paramètres de Ptolémée
, au besoin légèrement modifiés, les astronomes
dressent les tables du mouvement des planètes, du Soleil
et de la Lune, pendant 1400 ans.
A l'époque de Copernic 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.
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