Une histoire ancienne

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le monde mythologique
Dans les temps anciens, la cosmologie était purement symbolique, avec souvent la vision du ciel comme un couvercle sur la Terre, l'eau des océans servant de joint entre les deux.

Les premiers véritables astronomes furent les Mésopotamiens, mais ils se contentèrent d'accumuler des données, sans chercher d'explications scientifiques aux phénomènes célestes.

Au VI ème siècle avant notre ère, la société grecque s'émancipe, et certains, pour échapper au pouvoir des prêtres, commencent ainsi à se poser des questions sur l'univers.

Les philosophes grecs

A Milet, ville aujourd'hui en Turquie, ces philosophes commencent à réfléchir sur l'origine du monde comme Thalès, ou Anaximandre qui considère l'univers comme infini et éternel, avec la Terre isolée au milieu de l'espace.

 Pythagore le premier essaye de mathématiser le cosmos, c'est pourquoi il est souvent considéré comme l'ancêtre de la science physique.

Anaximène se demande comment les étoiles tiennent en l'air et imagine des sphères de cristal pour les supporter. Cette idée sera promise à un grand avenir ...

Aristarque de Samos, au III ème siècle avant notre ère, propose le premier l'idée d'un système héliocentrique, et imagine des méthodes permettant de calculer les distances de la Terre à la Lune et au Soleil. Mais l'absence d'instruments précis ne lui permettra pas d'obtenir des valeurs correctes.

L'effondrement de la civilisation grecque fait disparaître ces idées, et au début de notre ère, Ptolémée va imaginer un système géocentrique, où les astres sont accrochés à des sphères de cristal.

Comme les planètes semblent parfois reculer dans le ciel, il conçoit un ensemble de petits cercles portés par de grands cercles pour tenter de rendre compte de ce fait : il y parvient à 5° près, ce qui, pour l'époque, était une prouesse scientifique.

mouvement apparent de Mars
Mouvement apparent de la planète Mars dans le ciel de Février à Octobre 2001.
On voit clairement apparaître le mouvement rétrograde aux mois de Juin et Juillet.

(D'après le programme Cartes du Ciel)

le système de Ptolémée
Pour rendre compte des variations de taille de la Lune, ainsi que des mouvements apparents des planètes, qui parfois apparaissent faire marche arrière, Ptolémée va concevoir des "épicycles", petits cercles portés par un grand cercle en rotation autour de la Terre.

 


La Renaissance en Occident

 

Les astronomes arabes vont essayer de perfectionner le système de Ptolémée en le compliquant pour mieux le faire coller à la réalité observée, mais ils n'y parviendront jamais.

 En 1543, Nicolas Copernic, astronome polonais, présente son système héliocentrique : pour lui, les planètes tournent autour du Soleil, et la Terre présente un mouvement de précession, comme une toupie. Les étoiles sont accrochées à une sphère fixe et un peu plus lointaine que Saturne, dernière planète connue à l'époque.
Cette théorie, bien qu'elle ne soit présentée que comme un moyen de calcul sans réalité physique, est rejetée par l'église, parce qu'elle n'accorde pas d'importance particulière à la Terre.

En 1596, Johannes Kepler présente une explication à la théorie de Copernic : il suggère que le Soleil exerce sur les planètes une force diminuant avec la distance, ce qui lui permet de formuler les lois qui portent son nom, relatives aux orbites des planètes.
Ce travail est important parce qu'il présente la première explication complète et valable des avantages géométriques de la théorie de Copernic.

Au début du XVIIème siècle, Galilée invente la lunette astronomique, et permet la naissance de la cosmologie observationnelle : il découvre alors, par des mesures de parallaxe que les étoiles sont beaucoup plus éloignées qu'on ne le croit.
Il introduit le principe mécanique de l'inertie, et la notion de relativité : tous les référentiels en mouvement uniforme sont équivalents pour l'étude de l'univers.

 


Newton et la gravitation

En 1666, Newton formule la loi de la gravitation universelle : deux objets matériels exercent l'un sur l'autre une force proportionnelle aux masses mises en jeu, et inversement proportionnelle au carré de leur distance.

Cette découverte lui permet de retrouver les lois de Képler et de justifier ainsi le mouvement des planètes.

Pour Newton, l'espace et le temps sont absolus, ils sont les mêmes pour tout observateur, et l'espace existe indépendamment de tout contenu matériel.
Pour décrire celui-ci, on a besoin de trois dimensions d'espace, et d'une de temps : localiser un événement, c'est donner trois nombres pour le repérer (par exemple sur Terre : longitude, latitude, altitude) et une date pour indiquer quand il a lieu.

Ceci constitue le premier modèle mathématique cohérent de l'univers, mais il n'est pas exempt de problèmes, comme Newton s'en aperçoit lui-même :
Puisque la gravitation attire tous les corps les uns vers les autres, comment se fait-il que l'univers ne s'effondre pas sur lui-même ?

Trois possibilités sont envisageables : ou l'univers est infini et éternel, ou il est en expansion, ou alors il est très jeune et n'a pas encore eu le temps de s'effondrer.
Pour des raisons philosophiques, Newton opte pour l'univers infini et éternel.

En 1823, un astronome allemand, Heinrich Olbers énonce un paradoxe déjà entrevu, mais qui restera connu comme le paradoxe d'Olbers :
Si l'univers est infini et homogène, donc avec des étoiles dans toutes les directions, comment se fait-il que le ciel soit noir ?

En effet, où que l'on porte son regard, on devrait finir par trouver une étoile. Le calcul montre que la brillance du ciel devrait être uniforme.

Comme tout le monde peut s'en apercevoir, le ciel est noir. Donc une des hypothèses de l'univers newtonien est fausse : il ne peut pas être statique, infini, éternel et uniforme.

A l'époque, on pensait soit que l'univers était fini, soit, comme Olbers, que la lumière était absorbée par de la poussière invisible au long de son trajet.
Cette explication ne peut pas tenir, parce que la poussière finirait par se réchauffer, et briller autant que les étoiles.
L'hypothèse moderne repose sur la vitesse finie de la lumière, et le fait que l'univers n'ait pas toujours existé : ainsi nous ne voyons pas encore la lumière de certaines étoiles trop lointaines, tandis que d'autres ont déjà fini d'exister en tant qu'étoiles lumineuses.