Relecture : Ludovic Ligot

Principe de collection, conception et illustration de la couverture :
Marie Sourd, Atelier AAAAA
Illustrations de l’intérieur : Rachid Maraï

© Dunod, 2020
11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff
www.dunod.com

ISBN : 978-2-10-081400-8

Ce document numérique a été réalisé par PCA

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PROLOGUE

LA LUNETTE DE GALILÉE

Lorsque Galilée décroche en 1592, à l’âge de vingt-huit ans, une chaire de mathématique à l’université de Padoue, rien ne présage qu’il deviendra, quelques années plus tard, l’un des astronomes les plus connus de son époque, et sans doute le plus controversé. Car sa jeunesse ne semble pas le prédestiner à l’observation du ciel : ses goûts le portent plutôt vers les mathématiques et les sciences de la nature, dans lesquelles il fait très vite preuve de qualités exceptionnelles, assorties d’une imagination débordante pour la réalisation d’inventions de toutes sortes. De fait, dans ces premières années, Galilée travaille essentiellement sur des problèmes de mécanique ou d’optique, et développe les ferments de ce qui deviendra, pour la postérité, la science physique ; mais entretemps, c’est un événement apparemment anodin qui va sceller sa destinée.

En cette année 1608, un étonnant dispositif optique circule en Hollande : la « lunette ». Son principe a sans doute été découvert de manière fortuite, sans que l’on sache exactement où et par qui ; Descartes lui-même déplorera qu’une découverte d’une telle importance soit d’origine aussi modeste. En pratique, l’instrument est constitué d’un simple tube opaque équipé de deux lentilles de verre à ses extrémités, et a la particularité remarquable de grossir les objets lointains, au point de donner l’illusion qu’ils sont à portée de main de l’observateur.

Portrait de Galilée par Justus Sustermans (env. 1636).

C’est au printemps de l’année 1609, à l’occasion d’une visite à Venise, que Galilée entend pour la première fois parler de l’invention. Il semble y déceler une opportunité d’améliorer sa situation personnelle, et met à profit son atelier, alors équipé pour la réalisation d’instruments de mesure de précision, pour se lancer dans la fabrication de sa propre lunette. Dès le mois de juin, il parvient à réaliser un instrument grossissant trois fois, à peu près semblable aux modèles en circulation. Et comme en Italie, l’art du travail du verre est en plein essor, la qualité des optiques permet à Galilée de mettre au point un instrument trois fois plus puissant quelques semaines plus tard.

En août, il est invité à présenter sa lunette au Sénat de Venise. Sa démonstration impressionne fortement l’assistance. Galilée lègue les droits de son instrument aux Vénitiens, dont il obtient en retour une nomination à vie à l’université de Padoue et une augmentation substantielle de son salaire. Mais il ne s’agit pas encore d’astronomie, puisque Galilée fait la démonstration de sa lunette du haut du Campanile de la place Saint-Marc en plein jour, et qu’il en vante les mérites pour la surveillance des terres et des mers.

Le vrai tournant a lieu à l’hiver 1609, quand ce dernier décide de tourner vers le ciel une lunette encore améliorée, conçue avec du verre de Florence et grossissant les objets vingt fois. Ses talents d’expérimentateur et d’observateur hors pair font le reste : en quelques mois, il effectue une série d’observations systématiques de la Lune, des étoiles, des nébuleuses, de la Voie lactée et de Jupiter. Il en résulte une suite de découvertes exceptionnelles, qu’il rassemble et publie en mars 1610 dans son premier ouvrage majeur : Sidereus Nuncius. Le titre du livre peut aussi bien s’entendre comme « le message des étoiles » ou « le messager des étoiles » ; curieusement, ce dernier sens s’impose, ce qui place Galilée dans la position d’un émissaire des mondes célestes, chargé d’annoncer et de traduire pour l’humanité les secrets du cosmos. À l’âge de quarante-six ans, il publie ainsi son premier grand ouvrage scientifique. La facilité de lecture et les découvertes qu’il y relate lui valent immédiatement une très grande popularité et le soutien de personnalités influentes, dont l’une n’est autre que le futur pape Urbain VIII. Cependant, le texte révèle déjà en filigrane la préférence de Galilée pour le système copernicien, proclamant l’héliocentrisme, tandis que la doctrine prônée par l’Église place alors la Terre au centre du monde, conformément au système de Ptolémée. Galilée reste cependant extrêmement prudent sur la question ; jusque-là, il ne s’est déclaré pro-copernicien qu’en privé, notamment dans une lettre envoyée treize ans plus tôt à l’astronome Johannes Kepler, après avoir lu son opus Mysterium Cosmographicum (« Le secret du monde »).

Le système géocentrique de Ptolémée.

Durant l’été 1610, Galilée est approché par le grand-duc de Toscane, Côme II de Médicis, qui s’intéresse à ses recherches. Saisissant l’opportunité de retourner s’installer dans sa région natale, il accepte de devenir premier mathématicien et premier philosophe du grand-duc à Florence, et obtient en même temps un poste de mathématicien sans obligation de résidence à l’université de Pise. Sa nouvelle situation lui procure plusieurs avantages, notamment celui d’être totalement dégagé de ses charges d’enseignement, et son statut de philosophe l’autorise désormais à discourir publiquement sur les problèmes d’ordonnancement du monde. À partir de là, Galilée s’engage dans de nombreuses polémiques, et débat âprement sur des sujets tels que la nature et l’origine des taches solaires, des comètes ou des marées. Il va jusqu’à envoyer à Benedetto Castelli, l’un de ses amis mathématicien de Pise, une lettre de sept pages, où il critique sans détour la position dogmatique de l’Église sur le sujet sensible du copernicianisme. En février 1615, une copie de cette lettre est envoyée à l’Inquisition à Rome ; devant l’émotion suscitée par la lecture de son contenu, Galilée écrit à l’un de ses amis romains pour démentir ses propos et en fournit une version beaucoup moins critique, en assurant opiniâtrement que la première lettre est un faux. Le doute persistera durant près de quatre cents ans, avant que des historiens retrouvent, en 2018, dans les archives de la Royal Society à Londres, la version originale de la lettre datée de 1613, écrite et signée de la main de Galilée, dans laquelle des corrections apportées à la première version du texte sont visibles. Galilée a délibérément préféré mitiger ses propos plutôt que de s’engager dans un conflit frontal avec l’Église. Mais s’il évite cette fois de justesse les ennuis, sa liberté de parole lui vaudra rapidement beaucoup d’ennemis.

C’est dans ce contexte qu’en 1616, l’ouvrage de Copernic est mis à l’Index par les autorités ecclésiastiques, et que Galilée est sommé d’abandonner la théorie héliocentrique. Mais pour le grand savant, la science ne peut s’arrêter aux idées reçues et aux dogmes, fussent-ils établis depuis des siècles : il poursuit sans relâche sa quête de vérité sur les phénomènes naturels, et entreprend à partir de 1625 l’écriture de son grand ouvrage de synthèse, le Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, qu’il publie en 1632. Il n’en faut pas plus à l’Inquisition pour lui intenter en 1633 un procès au cours duquel, on le sait, Galilée est conduit à abjurer ses thèses.

Dès lors, condamné à vivre en résidence surveillée, il ne reviendra plus sur les questions astronomiques, jusqu’à sa mort en 1642. Mais les grandes idées qu’il a défendues sans concession sur la base d’observations neuves vont inéluctablement porter leurs fruits, contribuant à consommer la rupture avec près de deux millénaires de conceptions erronées sur l’Univers. Galilée érige au passage les principes fondamentaux de la science expérimentale, en soutenant que l’observation doit être à la base de la compréhension du monde physique, au lieu de la seule réflexion philosophique ou de la lecture dogmatique des écrits des Anciens.

Les découvertes astronomiques ont inévitablement entraîné une révolution philosophique : l’être humain perd la place centrale qu’il pensait jusque-là occuper dans l’Univers, la Terre se retrouvant reléguée au simple statut de planète, au même titre que Vénus ou Jupiter. Au XVIIIe siècle, la découverte de nombreux autres objets célestes confirme cette situation, et au XIXe siècle, l’idée que le Système solaire lui-même fait partie d’un ensemble plus vaste, la Voie lactée, s’impose. L’anthropocentrisme a fait son temps.

Au XXe siècle, un foisonnement de découvertes aussi spectaculaires qu’inattendues a profondément modifié notre compréhension du cosmos ; de la nature des objets célestes qu’il héberge à sa structure à grande échelle, et jusqu’à son histoire même, c’est un Univers neuf qui s’offre à nous.

Depuis Galilée, nous y avons certes un peu perdu le confort d’un univers éternel et immuable, mais en retour, la nature nous a dévoilé un cosmos d’une richesse inouïe.

CHAPITRE 1

LE CIEL VU DE LA TERRE

Dans l’Antiquité, la course des astres sur la voûte étoilée interroge les philosophes sur le fonctionnement du cosmos. Après Aristote, le géocentrisme s’impose pour presque deux mille ans, malgré ses difficultés à expliquer des mesures toujours plus précises. Or, à la veille des premières observations de Galilée, une révolution se prépare…

IllustrationLA NUIT DES TEMPS

Aussi loin que les vestiges sauvés du temps et les archives des civilisations perdues permettent d’en juger, les rapports qu’entretiennent les humains au cosmos sont aussi divers et multiples qu’il existe d’époques et de cultures. La mythologie, maintes fois, l’emporte sur l’explication rationnelle, sacrifiant la logique et la compréhension des rouages de la nature aux mythes flatteurs pour l’espèce humaine, ou utiles au pouvoir politique.

Les premiers humains de la Préhistoire, dans leur observation naïve du monde qui les entoure, interprètent sans doute les phénomènes et, faute de pouvoir les comprendre ou les expliquer, leur donnent forme et leur attribuent un sens. Le développement des civilisations renforce les images, qui se transforment en dogmes. Nombreux sont les suiveurs qui commentent, détaillent et bâtissent des justifications qu’ils couchent dans des textes encyclopédiques. Les idées s’ancrent dans la culture, deviennent vérités irréfutables, et rares sont ceux qui se risquent à y opposer une voix discordante.

Pour l’humain ignorant, la première des évidences, c’est que la Terre est plate. D’un horizon à l’autre, l’astre le plus brillant du ciel, le Soleil, parcourt l’azur dans une course immuable et, avec une régularité inébranlable, marque de son rythme l’alternance des jours et des nuits. Lorsque le Soleil disparaît sous l’horizon, c’est pour côtoyer des abîmes de noirceur, approcher les feux de l’enfer ou le domaine des morts. La Lune, de nature changeante et cyclique avec ses phases, ses croissants, ses pleines et ses nouvelles lunes, est intimement liée aux rites terrestres, et la croyance concernant son influence sur le sort des humains reste aujourd’hui encore vivace. Quand la nuit tombe sur l’horizon, le ciel étoilé déploie le mystère de son échafaudage, et celui de la nature des briques qui maintiennent le firmament en place. Une matrice immatérielle semble porter les minuscules points brillants que sont les étoiles… à moins qu’il ne s’agisse d’une toile de fond percée de mille trous, ne laissant passer qu’une infime fraction d’une aveuglante lumière d’arrière-plan ?

IllustrationCARTE CÉLESTE

Si la juxtaposition des étoiles sur la toile du firmament produit des figures indéchiffrables, l’astrologue les nomme, les regroupe par associations visuelles, relie les étoiles par des lignes imaginaires qui dessinent les constellations. Le ciel présente alors aux habitants de la Terre des figures familières, comme la Grande Ourse ou le Bouvier, ou encore des personnages mythologiques tels Persée ou Cassiopée. Certaines sont plus mystérieuses, à l’image des créatures fantastiques que sont Pégase ou le Centaure.

Chaque époque encre sur le ciel un fragment de sa culture. Les premières expéditions maritimes dans les mers australes dévoilent un ciel neuf, et ajoutent à la liste nombre de constellations nouvelles : des oiseaux exotiques comme le Toucan ou le Paon et, reflet des progrès techniques, des appareils scientifiques comme l’Octant, la Machine pneumatique ou le Microscope. Le ciel du XXIe siècle est constellé de quatre-vingt-huit figures, dont les frontières en lignes brisées ont été fixées en 1930. Elles dessinent les grands et immatériels continents de la carte du ciel.

Représentation de la Grande Ourse (Urania’s Mirror ; or, a view of the Heavens, 1824).

Vue de la Terre, la voûte céleste émaillée de ses constellations tourne autour de deux points demeurant fixes sur le ciel : les pôles célestes. Au nord, ce point se trouve approximativement à l’emplacement de l’étoile Polaire, et diamétralement opposé, le pôle Sud céleste se situe dans la constellation de la Croix du Sud. Le cosmographe ajoute à la carte l’équateur céleste, qui sépare le ciel en ses hémisphères nord et sud ; il y représente aussi l’écliptique, qui marque sur le ciel la trajectoire du Soleil au cours des saisons. Comme son nom le suggère, c’est sur cette ligne que se produisent les éclipses, quand les trajectoires de la Lune et du Soleil viennent à se rencontrer. L’écliptique coupe l’équateur selon un angle d’environ 23 degrés en deux points. L’une de ces intersections est le « point vernal », situé actuellement dans la constellation des Poissons. Il correspond à la position du Soleil à l’équinoxe de printemps, qui a lieu autour du 20 mars.

Le point vernal a une importance particulière pour l’étude des positions des objets célestes : il sert de point de référence pour repérer la longitude des astres, autrement appelée « ascension droite », le long de l’équateur céleste. Quant à la latitude céleste, appelée « déclinaison », elle est mesurée en partant de l’équateur céleste, en direction du nord ou du sud.

Globes célestes et astrolabes

Employé depuis l’Antiquité, le globe céleste est une projection du ciel étoilé sur une sphère, et s’utilise à la manière d’un globe terrestre. On y trouve bien sûr toutes les étoiles connues à une époque donnée, regroupées en constellations, mais aussi le système de repérage que constituent le grand cercle de l’écliptique et celui de l’équateur céleste. Parfois, le globe est établi pour une date donnée, et les positions des planètes y figurent aussi. Il existe une grande diversité de globes célestes, selon leur usage : les globes très colorés et ouvragés, notamment dans le soin apporté à la réalisation des figures des constellations, sont à visée esthétique ou astrologique, tandis que pour d’autres modèles, la position des étoiles sur la voûte céleste prime sur le dessin, souvent dans un but didactique.

Cousin du globe céleste, l’astrolabe est un instrument de mesure inventé dans l’Antiquité grecque et perfectionné par les astronomes arabes à partir du VIIIe siècle. À la différence du globe, la position des étoiles est projetée sur un disque plat et n’est utilisable que par un observateur situé à une latitude donnée. Un second disque y est superposé, celui-ci tournant pour pouvoir viser une étoile connue ou le Soleil. L’ajustement de la position du disque permet alors de déterminer l’heure d’observation, de jour comme de nuit. Les heures de prière sont indiquées sur les astrolabes arabes. Si son usage en navigation maritime est détrôné par l’invention du sextant au siècle des Lumières, l’astrolabe connaît un grand succès chez les astrologues, qui l’utilisent pour prédire la position des astres à une date donnée.

Astrolabe indo-persan d’Isa ibn Allahdad, vers 1601, et globe céleste (1579).

IllustrationLA CEINTURE DU ZODIAQUE

L’observation du ciel sur une longue période révèle de manière évidente que certains astres, parmi les plus brillants, ne sont pas immobiles par rapport au champ des étoiles. Ils traversent les constellations, en s’écartant peu du chemin que trace le Soleil au cours des saisons. Il s’agit des planètes, un mot dont l’origine grecque planêtês, signifiant « astre vagabond », évoque les épisodes parfois chaotiques qui accompagnent leur course nocturne, comme on le verra plus tard. À l’œil nu, de fait l’unique instrument astronomique disponible jusqu’à l’utilisation de la lunette au tout début du XVIIe siècle, seul un petit nombre de planètes est repérable dans le ciel.

Le promeneur du soir peut ainsi espérer, au cours d’une belle nuit claire, distinguer Vénus, tout particulièrement brillante au crépuscule, quand elle se trouve proche de l’horizon, et qui a hérité dans la culture populaire des surnoms d’« étoile du berger » et d’« étoile du matin ou du soir » ; Mars, la « planète rouge », reconnaissable à sa diffuse clarté ocre ; et enfin Jupiter, petit point jaune éclatant dans le champ stellaire.

Mais l’œil distrait ne remarquera probablement pas Saturne, la plus lointaine des planètes visibles sans télescope, et encore moins ses énigmatiques anneaux. Quant au promeneur matinal, peut-être aura-t-il la chance de distinguer la fugitive apparition de Mercure sur l’horizon, juste avant que l’aube ne vienne effacer la faible lueur qu’elle réfléchit du Soleil. La grande proximité entre Mercure et le Soleil a d’ailleurs longtemps contrarié les astronomes dans leur quête d’informations sur l’origine et la constitution de cette planète très discrète.

Le noyau métallique hors norme de Mercure

En 1974, les images de la sonde spatiale Mariner 10 révèlent pour la première fois les détails de la surface de Mercure, criblée de cratères et teintée d’une monotone coloration tirant vers le gris uniforme. Mercure a la particularité de posséder un noyau métallique exceptionnellement gros par rapport à sa taille : alors que le noyau de la Terre ne représente que dix-sept pour cent de son volume, cette proportion atteint quarante pour cent avec Mercure. Une partie de ce noyau est probablement liquide, car la planète génère un faible champ magnétique. Son origine reste mystérieuse, mais il n’est pas exclu que Mercure ait d’abord été une planète plus grosse, qui aurait perdu une partie de sa matière au cours des processus ayant présidé à sa formation. La sonde BepiColombo, en route depuis 2018, devrait se mettre en orbite autour de Mercure en 2025 et fournir nombre d’informations manquantes sur la composition et la nature de l’astre le plus proche du Soleil.

Mercure et sa surface très cratérisée, imagée par la sonde MESSENGER.

On sait depuis longtemps que les planètes visibles à l’œil nu ne s’éloignent jamais beaucoup de l’écliptique. Plus précisément, leur course dans le ciel est confinée à une bande large de 8 degrés de part et d’autre de l’écliptique ; sa largeur totale représente trente-quatre pleines lunes mises bout à bout, ou encore un dixième de la voûte céleste. Elle ceinture douze constellations, que les astrologues de l’Antiquité avaient assimilées à des « maisons », tour à tour occupées par le Soleil dans son cheminement sur l’écliptique. La plupart de ces constellations portent des noms d’animaux : le Bélier, le Taureau, et ainsi de suite jusqu’aux Poissons. Cette particularité est inscrite dans le mot grec zodiakos – littéralement « ayant trait à des animaux » – qui désigne cette région du ciel, aujourd’hui connue sous le nom de « ceinture du zodiaque ».

Sur la carte du ciel, il existe en fait une treizième constellation traversée par la bande du zodiaque : il s’agit d’Ophiuchus, entre le Scorpion et le Sagittaire. Mais l’Histoire ne l’a pas promue au rang de signe astrologique. Autre particularité, les « maisons » du zodiaque n’ont pas toujours hébergé le Soleil aux mêmes dates de l’année. C’est une découverte majeure de l’un des plus grands astronomes antiques, le Grec Hipparque (actif entre env. – 147 et – 127). Au cours des siècles, la position du Soleil à l’équinoxe de printemps (c’est-à-dire au point vernal) dérive lentement sur le ciel. En à peu près vingt-six mille ans, elle fait un tour complet du zodiaque, à cause du phénomène dit de « précession des équinoxes ». Le Soleil est donc actuellement décalé d’une constellation par rapport à sa position dans l’Antiquité : au lieu de se trouver dans le Bélier à la mi-mars, il se situe dans les Poissons. L’origine du nom « Verseau » (qui verse l’eau) prend tout son sens quand on comprend qu’à l’origine, le Soleil s’y trouvait dans les mois pluvieux d’automne !

Cette répresentation d’Ophiuchus est tirée du Livre des étoiles fixes d’Azophi (vers 965), astronome et horloger persan.

L’astronomie d’aujourd’hui n’a, heureusement, plus rien à voir avec de quelconques considérations astrologiques, et ces bizarreries sont parfaitement expliquées par les lois de la mécanique céleste. Mais en ces temps anciens, l’étude de la position des astres sur le zodiaque eut une importance primordiale dans le développement des sociétés humaines, en permettant la mise en place des calendriers et l’établissement des fêtes de traditions religieuses ou culturelles. Nombre d’astronomes, parmi les plus illustres, recevaient des salaires pour leurs observations, afin d’établir des horoscopes avidement suivis pas les monarques et les despotes, qui finançaient ainsi leurs recherches astronomiques.

Lumière zodiacale

Le plan de l’écliptique, dans lequel orbitent non seulement les planètes, mais aussi nombre de comètes et d’astéroïdes, est jonché de minuscules particules qui réfléchissent la lumière solaire. La lueur résultante, dite « lumière zodiacale », est visible en tout début de nuit en direction de l’horizon ouest, ou juste avant le lever de Soleil vers l’Est. Si le ciel est bien dégagé, elle a l’apparence d’une pointe diffuse qui s’estompe rapidement en direction du zénith. Son origine, liée à la présence de poussières interplanétaires, n’a été comprise qu’à la fin du XVIIe siècle.

IllustrationHARMONIE DES SPHÈRES

On raconte que les marins quittant l’Europe pour s’aventurer dans les mers du Sud à la conquête de nouvelles terres, membres d’équipage d’un Christophe Colomb ou d’un Vasco de Gama, craignaient de rencontrer, en approchant de l’horizon du monde cartographié, des créatures étranges et monstrueuses. À l’extrême limite d’une Terre aussi plate et circulaire qu’une crêpe, ils éprouvaient l’inquiétude de parvenir à la fin des océans, où les eaux chuteraient en cascade dans l’abysse insondable du néant censé border le monde.

Or, dès l’Antiquité grecque, l’hypothèse d’une Terre ronde est affirmée par le fameux philosophe et mathématicien Pythagore (env. – 580 à – 500) et s’impose chez ses disciples. Si ce choix relève alors davantage d’une position philosophique que scientifique, Ératosthène de Cyrène (– 275 à – 195) apporte, un peu plus de deux siècles plus tard, la première preuve expérimentale de la sphéricité de la Terre.

Ératosthène mesure la Terre

La mesure du rayon terrestre par Ératosthène est basée sur le fait qu’entre Assouan et Alexandrie, deux villes situées le long du Nil et approximativement alignées selon la direction nord-sud, les ombres portées au sol sont de tailles différentes. En ajoutant l’hypothèse, alors très audacieuse, que le Soleil est si éloigné que ses rayons nous arrivent à peu près parallèles, il en déduisit que cette différence est due à une courbure de la surface terrestre. Ératosthène obtint en sus une mesure de sa circonférence, que l’on sait aujourd’hui correcte à moins de dix pour cent. Malgré cette démonstration éclatante, il faudra attendre les grandes expéditions en mer du XVe siècle pour convaincre les plus sceptiques, par l’expérience sensible, de la réalité de la rotondité de la Terre.

Pour les disciples de l’école fondée par Pythagore, la première sphère qui compose le monde est donc la Terre. Elle se tient immobile au centre du cosmos, selon une conception fondamentalement géocentrique. L’homme occupe ainsi le centre de l’Univers. À ce globe central, les pythagoriciens ajoutent un ensemble de sphères concentriques, transparentes car cristallines, et toutes emboîtées les unes dans les autres. Ces « orbes » célestes – ainsi nommés dans les livres savants – s’empilent à la manière des couches successives d’un oignon, et chacun d’eux porte un astre sur son équateur et a sa propre vitesse de rotation. De la sorte, les orbes étendent à tout le cosmos la figure géométrique de la sphère, que les Anciens considéraient comme une forme parfaite de la nature. Cette idée s’applique de facto aux astres : le Soleil, la Lune et les planètes sont eux-mêmes sphériques.

Dans cet édifice, les orbes portent successivement la Lune, Mercure, Vénus, le Soleil, Mars, Jupiter et Saturne ; les autres planètes ne sont pas encore connues. Le système est clos par un dernier orbe, appelé « sphère des fixes ». Son rôle est de supporter l’ensemble des étoiles qui paraissent gravées dans la voûte céleste, sans mouvement apparent les unes par rapport aux autres.

De plus, la taille des orbes ne doit rien au hasard. Les pythagoriciens choisissent leurs distances mutuelles de telle sorte qu’elles suivent des proportions harmonieuses, intimement liées à celles des gammes musicales. Dans leur rotation, le frottement des orbes fait vibrer le cristal qui les compose, et remplit l’espace d’une « musique des sphères » dont l’harmonie des intervalles reflète celle du cosmos. La théorie pythagoricienne du ciel mêle sans distinction art, musique, science et religion, dans une tradition qui persiste sous diverses formes jusqu’après la révolution copernicienne.

Des sphères armillaires aux planétaires

Le mouvement des planètes et des orbes a longtemps été enseigné grâce à un système de sphères matérialisées par des cerclages métalliques, appelés « armilles ». Ces « sphères armillaires » comportent souvent une boussole et des engrenages destinés à reproduire le mouvement des astres. Leur volume peut parfois être imposant, et les mécanismes incluant plusieurs sphères sont d’une grande complexité ; certaines sont de vraies œuvres d’art. Jusqu’au XVIIIe siècle, les nouvelles sphères armillaires héliocentriques du XVIIe siècle cohabitent avec les modèles classiques géocentriques, avant que ces derniers ne disparaissent tout à fait, reflet de l’évolution des idées. Ces dispositifs sont ensuite avantageusement remplacés par les « planétaires », systèmes bien plus compacts où chaque planète est portée par une simple tige en lieu et place des armilles.

Datant de l’Antiquité, cette sphère armillaire est composée de laiton et repose sur un support en bois.

IllustrationLA DIVISION DU COSMOS

La conception dominante durant l’Antiquité grecque est donc celle d’un Univers dont l’édifice serait séparé en deux étages : au-dessous, le globe terrestre massif, complexe et chaotique, celui des humains ; au-dessus, celui des orbes célestes cristallins et des astres lisses et sphériques. Comment pourraient-ils être de nature identique ?

Chez les peuples primitifs, la vie quotidienne était rythmée par l’utilisation des éléments naturels : le pouvoir destructeur du feu, celui purifiant de l’élément liquide, la fermentation des matières due à l’air, l’importance de la terre pour les cultures et son rôle dans la putréfaction des matières organiques. Chez les Grecs, puis les Romains, ces éléments naturels prennent peu à peu une dimension philosophique, et s’introduisent dans la description du monde sous forme de quatre éléments : le Feu, l’Air, la Terre et l’Eau. Pour les philosophes grecs, ils caractérisent la nature profonde de la Terre, au centre du système des orbes.

Alors que l’école pythagoricienne est en déclin sur l’île de Samos, Platon (env. – 428 à – 347) fonde à Athènes l’Académie, une école de pensée d’un retentissement considérable dans les cultures gréco-romaines et arabes, jusqu’à constituer l’un des piliers philosophiques de la culture classique européenne. En postulant l’existence d’un monde idéal de la pensée et des idées, accessible au seul intellect et s’opposant au monde sensible (celui de nos cinq sens, ne présentant à l’être humain qu’une ombre très imparfaite de la réalité idéale), il renforce la distinction entre les éléments constitutifs du Ciel et de la Terre : au monde « sublunaire » les défauts peu flatteurs et l’aveuglement de ses hôtes, au monde céleste la perfection, les sphères et les cercles, garants d’une géométrie idéale. Dorénavant, pour rester fidèle aux préceptes de Platon, les seuls mouvements acceptables sont circulaires, et la rotation des orbes se doit d’être uniforme. C’est la condition indispensable pour respecter le caractère d’absolue perfection des astres.

D’un point de vue philosophique, l’harmonie ainsi accordée aux cieux peut paraître louable. Mais sur le plan scientifique, c’est une vision très discutable, et de fait, elle va entraver les progrès des sciences astronomiques durant plusieurs siècles.

IllustrationLE MOTEUR DU MONDE

Comment rendre compte des mouvements des astres, aussi particuliers soient-ils, à partir de la rotation uniforme d’orbes de forme sphérique ? Dans le système de Platon, hérité des pythagoriciens, la Terre est immobile au centre du monde, et c’est par conséquent le ciel qui tourne autour d’elle. La raison de ce mouvement a bien sûr été le sujet d’innombrables dissertations, et a suscité des explications allant des plus ésotériques aux plus pragmatiques. Première explication : les astres seraient habités d’une sorte d’âme encline à les faire se mouvoir. Une autre explication, communément admise, consiste à dire que les astres se déplacent car ils sont faits d’une matière intrinsèquement liée au mouvement : l’« Éther ». Ce cinquième élément, qui se distingue nettement des quatre éléments terrestres par son insaisissable pureté immatérielle, caractériserait le monde céleste en lui conférant sa substance, et le support nécessaire au déplacement des astres.

En posant les bases d’une philosophie nouvelle basée sur l’examen des réalités empiriques et sur la logique du raisonnement, Aristote (env. – 384 à – 322), parfois considéré comme le père des sciences, met en doute la nature purement idéale du mouvement des astres et en cherche la cause véritable. Il s’éloigne ainsi de Platon, dont il était le disciple, et étend son mode de pensée en fondant une école rivale de l’Académie, le Lycée. Aristote s’inscrit ainsi dans une tradition de « philosophes savants » qui s’intéressent non seulement aux idées, mais cherchent aussi à comprendre les causes des phénomènes naturels. Avec la segmentation des sciences en spécialités à partir du XVIIe siècle, il deviendra impossible de mener de front ces deux aspirations, mais en se séparant de la philosophie, les sciences auront le champ libre pour révolutionner la compréhension de la nature par l’observation, l’expérience et la mesure.

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