3- De la Renaissance à la fin du 17ème siècle

La Renaissance

En un peu moins d'un siècle, la vision du monde héritée des grecs va être totalement remise en cause par quelques penseurs de génie. Quand meurt Galilée en 1642, il ne reste quasiment plus rien de la physique d'Aristote et de ses dogmes fondamentaux.

Nicolas Copernic (1473-1543), un chanoine et astronome polonais, va remettre en cause le modèle géocentrique du monde de Ptolémée et d'Aristote dans un ouvrage publié l'année de sa mort : le "De Revolutionibus orbium caelestium". Cet ouvrage propose un modèle héliocentrique du monde, dans lequel tous les mouvements planétaires sont centrés sur le Soleil. Mais surtout, ce que Copernic va affirmer c'est que la Terre n'est ni immobile, ni au centre du monde. Elle est en effet animée de 2 mouvements : l'un sur elle-même en 24h (qui remplace le mouvement de la sphère des fixes des Grecs anciens) et l'autre autour du Soleil en un an, faisant de la Terre une planète comme les autres. Contrairement à ce que l'on croit parfois, Copernic ne va pas démontrer l'héliocentrisme, car il faudra attendre plus de 150 ans pour avoir une preuve du mouvement de la Terre. L'argument de Copernic est que son modèle est plus simple, plus logique et plus "harmonieux" que celui de Ptolémée (même si dans le détail le fonctionnement mathématique du système copernicien est assez complexe).

Le De Revolutionibus, malgré son côté fondamentalement révolutionnaire, fut reçu avec relativement d'indifférence par les savants de l'époque. Les travaux de Copernic connurent dans un premier temps la célébrité grâce aux éphémérides des planètes qui en furent déduites : les tables pruténiques calculées par Reinhold (1511-1553), qui finirent par détrôner les tables alphonsines, fondées sur l'Almageste et alors utilisées.

Ce fut ainsi un astronome polonais qui remit l'héliocentrisme à la lumière.
 

Tycho Brahe (1546-1601) fut avant tout un observateur hors pair. Il construisit ses instruments lui permettant d'atteindre une précision de mesure inégalée (2 minutes de degré). Il effectua des observations continues du Soleil, de la Lune, des planètes et des étoiles pendant trente ans et constata les erreurs des tables d'éphémérides de l'époque. Il observa la supernova de 1572 ce qui sera le point de départ de la remise en cause de l'immuabilité de la sphère des fixes d'Aristote et de Ptolémée. Il observa une comète en 1577 et, là aussi, il prit en défaut les théories d'Aristote : la comète n'appartenait pas au monde sublunaire et son orbite coupait celles des autres planètes. Il ne put mesurer de parallaxe annuelle des étoiles, ce qui lui fit adopter le système géohéliocentrique.

Giordano Bruno (1548-1600) était plus un philosophe qu'un astronome mais il introduisit une vision du monde fondée sur un univers infini qui tranchait avec les idées admises alors. Il défendit aussi l'idée de la pluralité des mondes habités autour des étoiles et celle que la Terre n'était pas le centre de l'univers, pas plus que le Soleil. Il se heurta à l'Inquisition, ce qui n'était pas prudent à l'époque.

Johannes Kepler (1571-1630), très grand calculateur et mathématicien, eut la chance de prendre la suite de Tycho Brahe dont il analysa les observations. Kepler fut capable d'en déduire les orbites des planètes et d'énoncer les lois qui portent son nom et qui caractérisent ces orbites. Il introduisit pour la première fois la notion d'orbite elliptique, rompant avec les sacro-saints mouvements circulaires uniformes érigés en dogme par les Grecs. Kepler montra par ailleurs que les plans des orbites planétaires passaient par le Soleil et non par la Terre, ce qui contredisait un des postulats du géocentrisme. Il conserva cependant les théories d'Aristote et repoussa l'idée d'un univers infini, en opposition avec G. Bruno. Il publia des éphémérides fondées sur son modèle et les observations de Tycho Brahe en 1627 : les tables rodolphines.

Galilée (1564-1642) était d'abord un physicien et il étudia la mécanique et la dynamique des corps en mouvement. Galilée démontra l'invariance de l'accélération dans le champ de pesanteur terrestre à la surface du globe et établit la loi de l'inertie (tout corps non soumis à une force extérieure est animé d'un mouvement rectiligne uniforme et se trouve dans un référentiel que l'on nomme aujourd'hui "galiléen"). C'est à la fin de l'année 1609 et au début de 1610 qu'il a l'idée de braquer une lunette d'approche récemment inventée et qu'il a construit lui-même vers le ciel. Ses découvertes seront nombreuses et vont bouleverser la vision de l'univers de l'époque. Il observa des taches sur le Soleil, des cratères sur la Lune, les phases de Vénus, une multitude d'étoiles dans la Voie lactée et des satellites autour de Jupiter. Cette dernière découverte donnait le coup de grâce au géocentrisme. Il adhéra aux idées de Copernic et à l'héliocentrisme sans pouvoir le démontrer et ne considéra pas le géohéliocentrisme qui nous semble aujourd'hui être une étape incontournable dans l'élaboration d'un modèle d'univers.

En temps, le monde occidental était entré dans une nouvelle ère en 1582. A cette date, le calendrier julien toujours en usage avait en effet dérivé de 10 jours par rapport aux saisons. Déjà quelques papes s'en étaient inquiétés mais c'est Grégoire XIII (1502-1585), qui fit la réforme en faisant appel à l'astronome Clavius (1537-1612). Le calendrier julien prit donc fin le jeudi 4 octobre 1582, qui fut suivi par le vendredi 15 octobre du calendrier, plus précis, qui prit le nom de grégorien et que nous utilisons toujours.

Le 17^ème siècle

Ce siècle va annoncer l'astronomie moderne. C'est au 17^ème siècle que les observatoires modernes vont être fondés : Paris en 1667 (on y publiera des éphémérides dans la Connaissance des temps dès 1679) et Greenwich en 1675, mais aussi Leyde en Hollande en 1632, Copenhague au Danemark en 1637 et Strasbourg en 1690. Les gouvernements vont prendre conscience de l'intérêt stratégique de l'astronomie qui fournit l'heure et la position sur la surface de la Terre et qui permet de mesurer les territoires. Outre les observatoires, ce sont les académies des sciences qui apparaissent au 17^ème siècle : la Royal Society à Londres en 1660, l'Académie Royale des Sciences à Paris en 1666, puis de nombreuses académies en province.

René Descartes (1596-1650) apporta alors une vision complètement nouvelle de l'univers. L'univers évolue seul : il n'est point besoin d'un dieu intervenant à tout moment. Descartes étudia l'optique et fit une théorie de la réflexion et de la réfraction. Il introduisit les concepts mathématiques en physique, en particulier un système de coordonnées aujourd'hui dites cartésiennes facilitant les calculs.

Pierre Gassendi (1592-1655) observa le premier passage de Vénus devant le disque solaire et lutta contre l'astrologie. Il fut nommé professeur au collège de France en 1631 mais il fallut attendre la décision de Colbert en 1666 d'interdire l'enseignement de l'astrologie à l'université pour que soit reconnu le fait que l'astrologie n'était pas une science.

Johann Hévélius (1611-1687) était citoyen de la ville de Dantzig : il construisit des instruments astronomiques de plus en plus grand (il amena la précision de mesure à une minute de degré) et observa la surface de la Lune qu'il cartographia, Jupiter, Saturne ainsi que les taches solaires. Il émit l'hypothèse que les comètes suivaient des orbites paraboliques dont le Soleil occupait le foyer. Enfin, il publia un catalogue de 1500 étoiles.

Christian Huygens (1629-1695), hollandais, développa une théorie ondulatoire de la lumière. Il construisit des lunettes astronomiques puissantes et découvrit Titan, le plus gros des satellites de Saturne en 1655. Il expliqua que l'anneau de Saturne était en fait un mince disque de matière sans contact avec la planète en 1659. En 1673, il publia la loi sur l'accélération centrifuge des corps en mouvement circulaire. Il séjourna quinze ans en France sur l'invitation de Colbert.

Jean-Dominique Cassini (1625-1712), né dans le comté de Nice alors italien, fut le premier directeur de l'observatoire de Paris sans cependant en avoir le titre puisque l'observatoire dépendait de l'académie royale des sciences. Entre 1671 et 1684 Cassini I découvrit trois satellites de Saturne : Téthys, Rhéa et Japet. En 1675, il remarqua que l'anneau de Saturne était fait de deux parties distinctes séparées par un espace vide que l'on appelle depuis la "division de Cassini". Ses fils, petit-fils et arrière-petit-fils lui succédèrent créant ainsi une dynastie d'astronomes à la tête de l'observatoire de Paris.

Le danois Ole Roemer (1644-1710), assistant de Jean-Dominique Cassini à l'observatoire de Paris, trouva une explication aux retards observés des phénomènes des satellites de Jupiter : la transmission de la lumière n'est pas instantanée mais se fait avec une vitesse finie. On n'a pas compris à l'époque toute la signification d'un tel fait.

Au 17^ème siècle vécurent aussi des mathématiciens de génie : Blaise Pascal (1623-1662) en France qui inventa la première machine à calculer ainsi que le calcul des probabilités, et Gottfried von Leibniz (1646-1716) en Allemagne qui découvrit, en même temps que Newton, le calcul infinitésimal ou calcul différentiel.

Isaac Newton (1643-1727) réussit à unifier les diverses théories de ses prédécesseurs. En 1687 Newton publie l'ensemble de ses travaux reliant la mécanique et l'astronomie dans son oeuvre majeure Philosophiae Naturalis Principia Mathematica désignée par "Les Principes". Il montre que la loi de la gravitation universelle (deux corps subissent une force d'attraction proportionnelle au produit de leurs masses, divisé par le carré de la distance qui les sépare) explique aussi bien la chute d'un corps sur Terre, l'oscillation du pendule que les mouvements de la Lune et des planètes. Il fut également l'inventeur du premier télescope à miroir exempt des aberrations des lunettes réfractrices utilisées jusqu'alors.

Edmund Halley (1656-1743) fut un observateur de talent : il découvrit le premier que les étoiles n'étaient pas fixes mais animées d'un mouvement propre grâce à des observations anciennes de Sirius, Procyon et Arcturus. Surtout, il observa un grand nombre de comètes et, appliquant les principes de Newton, montrer que les comètes de 1378, 1456, 1531, 1607 et 1682 n'étaient en fait qu'une seule et même comète à cause de leurs éléments orbitaux très proches. Il put ainsi prévoir le retour de cette comète pour 1759, comète désignée désormais sous le nom de "comète de Halley".