HISTOIRE DE L’ASTRONOMIE

Décrire l’évolution de la pensée scientifiqueRéaliser l’importance de la révolution

Copernicienne dans l’histoireSituer l’importance des mathématiques dans

l’évolution de la démarche scientifiqueDresser la liste des événements qui ont

marqués l’histoire de l’astronomie

Astronomie primitive

A) Noter des phénomènes célestes exceptionnels comme des comètes, des météores ou l’apparition d’étoiles nouvelles (novae & supernovae)

Ex: Nébuleuse du Crabe

Astronomie primitive

B) Utiliser le mouvement régulier du Soleil, de la Lune ou de tout autre astre pour mesurer l’écoulement du temps, repérer les saisons, etc

Ex: Stonehenge

Les Sumériens (~ 2000 av. J.C.)

Premiers à avoir un calendrier basé sur 12 mois et dont les noms référaient à des activités agricoles (4iè: semis, 11iè: récolte)

Calendrier basé sur les phases de la Lune: 291/2 j. x 12 = 354 jours (vs 1 an = 3651/4). Le problème de la différence était réglé en introduisant un mois extra certaines années.

Les Assyriens (~ 800 av. J.C.)

Naissance de l’astrologie: les premiers à croire que les événements dans le pays et chez les individus étaient influencés par les astres.

Naissance de l’astronomie de position: les premiers qui ressentent le besoin de connaître la position précise du Soleil , de la Lune & des planètes p/r au fond étoilé

Les Égyptiens

Ils ne croient pas à la nature divine des étoiles (astrologie non-existante)

Ils découvrirent la révolution de Mercure et de Vénus autour du Soleil et dressèrent une liste d’étoiles

Le lever Héliacal de Sirius (1er fois que Sirius est visible à l’aube du matin) annonçait les crues prochaines du Nil (printemps). Maintenant, à cause de la précession terrestre, cet événement est à l’automne.

GRÈCE ANCIENNE 600-300 av. J.C.

Contrairement à l’astronomie primitive basée sur l’observation, les premiers Grecs élaborent des modèles basés sur l’esthétique plus que sur des observations. Ils utilisent le CERCLE et les SPHÈRES considérés comme des formes parfaites.

Thales de Miletus (Turquie) (636-546)

L’eau est le principe premier de toute chose, la terre est un disque plat flottant sur l’eau

Sans qu’on ne sache trop comment, il avait prédit l’éclipse de 580 B.C. (il avait probablement mis la main sur des tables mésopotamiennes)

Il est le premier à dire que le Soleil et les étoiles n’étaient pas des dieux mais des boules de feu

Anaximandre (610-547)

Le premier avec une théorie assez complète du système solaire (les planètes sont des roues pleines de feu tournant autour de la terre)

Première tentative de représenter un système astronomique à partir d’un modèle mécanique

Le premier à dire que la matière à partir de laquelle les choses sont faites est éternelle

Anaximène (610-546)

Il suppose que les astres sont des corps fixés à des sphères en révolution

Il est le premier à supposer l’existence des sphères célestes, ce qui deviendra l’aspect dominant de l’Univers Grec jusqu’au temps médiévaux.

Pythagore (582-507)

Il suggère que la Lune et la Terre sont des sphères et non des disques plats

Lune: la pénombre visible dans la phase croissant de Lune

Terre: la disparition des bateaux à l’horizon

Paradigme de Pythagore

Les planètes, le Soleil, la Lune et les étoiles se déplacent sur des orbites parfaitement circulaires

La vitesse des planètes, du Soleil, de la Lune et des étoiles est parfaitement uniforme sur leur orbite respective

La Terre est situé exactement au centre du mouvement des corps célestes

Platon (427-347)

“Si on n’avait jamais vu les étoiles, le Soleil et les cieux, aucune des paroles que l’on a dite à propos de l’Univers n’aurait été prononcée. Mais la vue du jour et de la nuit, le défilé des années ont créé les nombres et nous ont donné le concept de temps et le pouvoir de s’interroger sur la nature de l’Univers et de ceci est né la philosophie.”

Platon

1. Il y a des certitudes2. Les mathématiques nous ouvrent la porte de la

perception3. Malgré le fait que les applications physiques des

mathématiques puissent changer, les pensées demeurent éternelles puisqu’elles existent dans un autre domaine de la conscience

4. Les mathématiques sont des pensées pures. Elles sont donc éternelles et accessibles à tous

Aristote (384-322)

Le philosophe (astronome) Grec ayant eu le plus d’influence. Certaines de ses idées ont fait loi jusqu’au 18iè siècle (~ 2000 ans)

Ses idées sont basées sur des connaissances précédentes mais biaisées en faveur de concepts comme:

Symétrie absolueSimplicitéIdée abstraite de la perfection

Aristote

Univers d’AristoteSPHÉRIQUEDIMENSION FINIEGÉOCENTRIQUE

Planètes et autres corps célestes se déplacent sur des coquilles sphériques centrées sur la Terre

Le modèle d’Aristote

+/- d’Aristote

Bien qu’il avait tord avec son Univers sphérique, fini & Géocentrique, il avait raison sur d’autres points:

1. La Lune est sphérique (phases)

2. Le Soleil est plus loin que la Lune (croissant => Lune entre Terre & Soleil)

3. La Terre est sphérique (voyage vers Nord)

Aristote

Il rejette l’idée que la Terre se déplace car il n’observe pas de changement apparent de la distance angulaire entre deux étoiles fixes (ne peut s’imaginer les distances énormes)

Aristote

Il n’a pas seulement influencé l’Astronomie pendant 2000 ans mais aussi la plupart des autres sciences

Il a eu comme élève Alexandre le Grand (répand ses idées)

Son école à LYCÉUM contenait:

1. Une librairie

2. Un zoo

3. Un laboratoire de physique

4. Un laboratoire de biologie

Grèce classique & Alexandrie (300-140)

Période où on commence à réaliser les dimensions et les distances énormes des corps célestes

Période où on commence à utiliser des méthodes plus quantitatives (géométriques) et des observations plus précises (instruments)

Aristarque (310-230)

Il s’intéresse au problème géométrique des diamètres relatifs du Soleil, de la Terre et de la Lune & au rapport des distances Terre-Soleil et Terre-Lune

Il reconnaît: Lune < Terre & Terre < SoleilLune << Soleil + même angle sur le ciel =>

Soleil est beaucoup plus loin que la Lune

Aristarque

Le dernier résultat lui suggère que la Terre tourne autour du Soleil (système héliocentrique) car:

“Les plus petits corps doivent tourner autour des plus gros”

Ératosthène (276-192)

Il calcule le diamètre de la Terre en observant au même moment les rayons parallèles du Soleil arrivant à Syène et Alexandrie

Hypothèses :1. La ville de Syène est directement au sud

d’Alexandrie2. Distance Alexandrie-Syène = 5000 stades

Ératosthène

3. Syène est sous le tropique du Cancer puisqu’un bâton ne projette aucune ombre à midi au solstice d’été

4. Au même moment, un bâton à Alexandrie projette une ombre qui forme avec la verticale un angle de 7.2deg.

Ératosthène

360/7.2 = 50 stade = 157,7 m.

Circonférence = 50 x 5000 x 157,7

= 39 425 km

Valeur actuelle = 40 075 km (1.5%)

Hipparque

Le plus grand astronome de l’Antiquité, même si on parle plus d’Aristote et de Ptolémée, qui ont eu plus d’influence

Après avoir construit un observatoire sur l’île de Rhodes, équipé d’instruments de mesure précis, il a compilé le premier catalogue d’étoiles (850 * avec coordonnées et magnitudes (1-6 – origine de nos mag.s)

Hipparque

En comparant ses positions à d’autres mesurées dans le passé, il s’est aperçu que le pôle nord céleste avait changé de position (découverte de la précession de l’axe de rotation de la Terre)

Tout en utilisant un système géocentrique, il estime la durée de l’année à 6 minutes près

Il mesure la distance Terre-Lune = 67 rayons terrestres (valeur actuelle = 60)

Ptolémée (100-165 ap. J.C.)

La principale contribution de Ptolémée a été de compiler toutes les connaissances astronomiques de l’époque dans un encyclopédie de 13 volumes:

AmalgesteL’Amalgeste ne parle pas de ses propres

travaux mais de ceux de ses prédécesseurs

Ptolémée

Il a également écrit ce qui demeure, encore aujourd’hui, le livre de référence des astrologues:

TÉTRABIBLOSSa principale contribution (acceptée

jusqu’au Moyen-Âge) est son système d’épicycles et de déférents pour expliquer le mouvement rétrograde des planètes

Ptolémée

Ptolémée

• Épicycles • Modèle géocentrique

200 - 1400

Durant cette période, très peu de développement en astronomie

Les Arabes préservent et propagent les idées de Ptolémée et d’Aristote

Introduction des chiffres arabes et invention du zéro

Copernic (1473-1543)

Il est le premier à proposer un modèle non plus avec la Terre au centre mais le Soleil

Sa théorie dans De Revolutionibus, bien qu’élaborée bien avant sa mort, n’est publiée que le jour de sa mort:

“Cette nouvelle théorie n’a pas besoin d’être acceptée comme une réalité physique mais peut être vue comme un modèle pratique pour calculer la position des planètes.”

Modèle Héliocentrique

Principes du modèle héliocentrique

1. Le principe métaphysique de la perfection du mouvement circulaire

2. Le principe mathématique de la représentation possible de tout mouvement périodique par un ensemble de mouvements circulaires uniformes

3. Le principe épistémologique de la description plus simple de la nature par des théories mathématiques

Tradition Pythagore - Ptolémée

Postulats du modèle héliocentrique

Il n’existe pas de centre commun pour tous les cercles des sphères célestes

Le centre de la Terre n’est pas le centre de l’Univers

Toutes les sphères tournent autour du Soleil, centre de l’Univers

Tout mouvement du firmament est produit par le mouvement de la Terre et non celui du firmament

Distances des planètes au Soleil

Planète Copernic Vraie valeur

Mercure 0,38 0,39

Vénus 0,72 0,72

Terre 1,00 1,00

Mars 1,52 1,52

Jupiter 5,22 5,20

Saturne 9,18 9,54

Tycho Brahé

Il n’est pas reconnu pour sa théorie du système solaire (géohéliocentrique) mais pour ses mesures très précises de la position des planètes

Grâce à une pension très généreuses du roi du Danemark, il s’est construit un observatoire équipé d’instruments de mesure très précis

Tycho Brahé

Képler (1546-1601)

Ce sont les mesures de Brahé qui permirent à Képler (engagé par Brahé pour analyser ses observations) de dériver ses lois du mouvement des planètes

Il est celui qui a concrétisé en lois mathématiques l’intuition héliocentrique de Copernic et les observations minutieuses de Tycho Brahé

Lois de Képler

1. Chaque planète se déplace sur une ellipse avec le Soleil à un de ses foyers

Lois de Képler

2. La ligne entre le Soleil et la planète balaie des aires égales en des temps égaux

Lois de Képler

Le rapport entre le carré des périodes de révolution et le cube de leur distance moyenne au Soleil est constant

P**2/a**3 = cste

Les lois de Képler s’appliquent encore aujourd’hui aux sondes spatiales et aux voyages sur la Lune

Elles sont utilisées pour toutes sortes de problèmes ex: étoiles multiples.

Galilée (1564-1642)

Il est souvent cité comme l’inventeur du télescope. En fait, c’est le Hollandais Hans Lippershey qui l’inventa en 1608

Galilée fut le premier à l’utiliser pour des fins astronomiques en 1610 (3X) et en fabriqua alors un grand nombre

En l’espace de 3 mois il fit des découvertes importantes:

Galilée

1. Il découvrit 4 satellites de Jupiter

2. Il montra que Vénus avait des phases comme la Lune

3. Il découvrit les cratères lunaires

4. Il confirma la présence des tâches solaires et s’en servit pour estimer sa période de rotation (< 1 mois)

Galilée

Sa découverte la plus importante: la loi de l’inertie (père de la mécanique)

1. Une force est nécessaire pour mettre un corps en mouvement, pour l’arrêter, pour le ralentir et pour changer sa direction

2. Tous les corps accélèrent de façon uniforme (expérience de la tour de Pise)

Galilée

• Cratères lunaires • Tâches solaires