Terre plate : la naissance de l'astronomie moderne #5

L'astronome Copernic ou Conversations avec Dieu
Artiste : Jan Matejko (1838-1893), Date d'achèvement : 1873, Collection : Musée de l'Université Jagellonne, Cracovie, Pologne

La science à l'ère moderne

À l'ère moderne, la science s'est affranchie des systèmes de pensée théologiques et autoritaires du Moyen Âge pour se développer en une structure fondée sur l'observation, l'expérimentation et la preuve mathématique. Cette transformation, qui a débuté à la Renaissance, a atteint son apogée aux XVIe et XVIIe siècles grâce aux travaux de scientifiques tels que Copernic, Kepler, Galilée et Newton. Alors qu'au Moyen Âge, les écrits d'Aristote et de Ptolémée étaient acceptés sans discussion, à l'époque moderne, la nature était considérée comme un livre écrit en langage mathématique et examiné à travers des expériences systématiques. La méthode scientifique qui s'est développée pendant cette période, axée sur la vérification expérimentale des hypothèses, a rompu complètement avec la méthode scolastique du Moyen Âge.

En astronomie, cette révolution fut encore plus frappante ; à partir de l'ouvrage de Copernic intitulé « Des révolutions des sphères célestes », publié en 1543, le modèle ptolémaïque, qui plaçait la Terre au centre de l'univers, céda la place au système héliocentrique (centré sur le soleil). La conception médiévale du ciel, régie par des constructions géométriques plutôt que par des cercles parfaits, des sphères de cristal et des principes physiques, a été complètement transformée par les orbites elliptiques et les lois mathématiques de Kepler, les observations de Galilée à travers le télescope (les lunes de Jupiter, les phases de Vénus, les montagnes de la Lune) et enfin la loi de la gravitation universelle de Newton. La conception médiévale selon laquelle les événements célestes étaient régis par des règles différentes de celles qui régissaient les événements terrestres a été bouleversée ; à l'ère moderne, l'idée de lois physiques universelles applicables partout dans l'univers s'est imposée, et les mathématiques, l'observation et les preuves expérimentales sont devenues le fondement de la science, remplaçant l'autorité des textes sacrés.

Les architectes de la révolution astronomique

La révolution astronomique, ou révolution copernicienne, désigne la transformation fondamentale de la cosmologie et de l'astronomie qui s'est produite au cours des XVIe et XVIIe siècles. Cette révolution a conduit au renversement du modèle géocentrique (centré sur la Terre) de Ptolémée, qui était accepté depuis plus de mille ans, et à son remplacement par le modèle héliocentrique (centré sur le Soleil). Initialement proposé comme une simple hypothèse mathématique, ce modèle a été progressivement étayé par des preuves observationnelles, des découvertes faites grâce à l'invention du télescope et le développement de théories physiques. Cette révolution n'a pas seulement été un changement astronomique, mais aussi une rupture intellectuelle qui a transformé la perception qu'avait l'humanité de sa place dans l'univers et les fondements de la méthodologie scientifique.

Nicolas Copernic (1473-1543), premier architecte de cette révolution, affirmait dans son ouvrage de 1543 intitulé « Des révolutions des sphères célestes » (De Revolutionibus Orbium Coelestium) que la Terre n'était pas le centre de l'univers, mais l'une des planètes tournant autour du Soleil. Né en Pologne, ecclésiastique, médecin et astronome, Copernic était troublé par la complexité mathématique du système ptolémaïque et cherchait un modèle plus simple et plus esthétique. Son système expliquait les mouvements des planètes de manière plus simple en retirant la Terre du centre et en y plaçant le Soleil à la place. Cependant, Copernic ne parvint pas à se détacher complètement du paradigme de son époque, se contentant de réduire les épicycles tout en conservant les orbites circulaires. Son ouvrage, publié sur son lit de mort, n'a pas eu un impact considérable de son vivant, mais il a déclenché une révolution pour les générations futures.

Galileo Galilei (1564-1642), deuxième architecte de la révolution astronomique, fit des observations révolutionnaires en pointant vers le ciel le télescope qu'il avait mis au point en 1609. Dans son ouvrage « Le Messager céleste » (Sidereus Nuncius), le physicien et astronome italien a décrit la structure montagneuse de la Lune, les lunes de Jupiter, les phases de Vénus similaires à celles de la Lune et la Voie lactée comme étant composée de milliers d'étoiles. Ces observations portèrent un coup dur à la conception aristotélicienne selon laquelle les corps célestes étaient « parfaits » et « immuables », et les phases de Vénus ne pouvaient s'expliquer que par le modèle copernicien. La défense du modèle copernicien par Galilée le mit en conflit avec l'Église catholique et, lors du célèbre procès de 1633, il fut contraint de renier ses opinions. Cependant, ses observations et les théories mécaniques qu'il développa constituèrent la base observationnelle du système copernicien.

Portrait de Galilée
Artiste : Justus Sustermans (1597-1681), Date d'achèvement : vers 1636, Collection : Galerie des Offices, Florence, Italie

Johannes Kepler (1571-1630), troisième architecte à avoir achevé la structure mathématique de la révolution, a formulé trois lois fondamentales décrivant le mouvement des planètes à partir des observations précises de Tycho Brahe. Dans ses ouvrages « Nouvelle astronomie » (Astronomia Nova, 1609) et « Harmonies de l'univers » (Harmonices Mundi, 1619), Kepler démontra que les planètes tournent autour du Soleil sur des orbites elliptiques plutôt que circulaires (première loi), que des aires égales sont balayées en des temps égaux (deuxième loi) et que les cubes des périodes orbitales sont proportionnels aux carrés des distances moyennes au Soleil (troisième loi). Avec son approche recherchant l'harmonie mathématique et les causes physiques, Kepler a donné une base physique à la révolution initiée par Copernic, ouvrant la voie à la loi de la gravitation universelle de Newton. Sa compréhension des orbites elliptiques représente une rupture définitive avec la cosmologie grecque basée sur des cercles parfaits.

Modèle héliocentrique (centré sur le Soleil)

Le modèle héliocentrique (centré sur le soleil) est un système cosmologique dans lequel le Soleil est au centre de l'univers et les planètes (y compris la Terre) tournent autour de lui. Ce modèle a été proposé au XVIe siècle par Nicolas Copernic dans son ouvrage de 1543 intitulé « Des révolutions des sphères célestes », remettant en question le modèle géocentrique (centré sur la Terre) qui était accepté depuis plus de deux mille ans. Dans le modèle de Copernic, la Terre était réduite au statut de planète ordinaire, tournant à la fois autour de son propre axe et autour du Soleil, initiant un changement de paradigme révolutionnaire tant d'un point de vue scientifique que philosophique. 

Johannes Kepler a considérablement développé le modèle de Copernic, découvrant que les planètes se déplacent sur des orbites elliptiques plutôt que circulaires et que leur vitesse varie en fonction de leur distance au Soleil. Les trois lois qu'il a présentées dans ses ouvrages publiés en 1609 et 1619 (orbites elliptiques, aires égales en temps égaux et relation entre les cubes des périodes orbitales et les carrés des distances) permettaient de décrire les mouvements des planètes avec une grande précision mathématique. Galileo Galilei, quant à lui, a fourni des preuves observationnelles importantes en faveur du modèle héliocentrique grâce à ses observations révolutionnaires au télescope en 1610 (les phases de Vénus, les lunes de Jupiter, les montagnes à la surface de la Lune).

Le modèle héliocentrique a acquis ses fondements physiques avec la loi universelle de la gravitation et les lois du mouvement énoncées par Isaac Newton dans son ouvrage « Principia » publié en 1687. Newton a expliqué mathématiquement la raison des mouvements planétaires définis par Kepler, faisant du modèle héliocentrique une réalité scientifique. Ces théories physiques ont renforcé la cohérence du modèle en expliquant pourquoi les planètes tournent autour du Soleil et comment elles restent sur leurs orbites.

Le modèle héliocentrique a finalement été confirmé au cours des siècles suivants grâce aux progrès de la technologie d'observation. En 1729, James Bradley a découvert l'aberration (déviation) de la lumière stellaire, fournissant ainsi une preuve indirecte du mouvement de la Terre, tandis qu'en 1838, Friedrich Bessel a directement prouvé que la Terre tourne autour du Soleil en mesurant la parallaxe de l'étoile 61 Cygni. En 1851, l'expérience du pendule de Léon Foucault a démontré de manière visible la rotation de la Terre sur son axe. Ces preuves observationnelles, combinées à des preuves physiques telles que le renflement à l'équateur et l'effet Coriolis, ont prouvé de manière concluante l'exactitude du modèle héliocentrique.

L'acceptation du modèle héliocentrique symbolise non seulement une transformation de l'astronomie, mais aussi de la méthode scientifique. La conception moderne de la science, fondée sur l'observation, l'expérimentation, la cohérence mathématique et la pensée critique plutôt que sur l'autorité et la tradition, a pris forme avec cette révolution. La transformation de la Terre, qui est passée du centre de l'univers à une planète ordinaire, a bouleversé la vision anthropocentrique du monde et a jeté les bases de la pensée scientifique moderne et du siècle des Lumières. Aujourd'hui, le modèle héliocentrique est accepté dans le cadre de modèles galactiques et cosmologiques plus larges et décrit avec précision la structure fondamentale de notre système solaire.

Caractéristiques du modèle héliocentrique :

1. Le Soleil est situé au centre du système (ou près du centre).
2. Les planètes (y compris la Terre) tournent autour du Soleil.
3. La Lune tourne autour de la Terre en tant que satellite.
4. La Terre tourne quotidiennement autour de son propre axe et tourne autour du Soleil chaque année.
5. Les orbites des planètes sont elliptiques, et le Soleil est situé à l'un des foyers de cette ellipse (1ère loi de Kepler).
6. Les planètes accélèrent lorsqu'elles s'approchent du Soleil et ralentissent lorsqu'elles s'en éloignent (2ème loi de Kepler).
7. Les carrés des périodes orbitales des planètes sont proportionnels aux cubes de leurs distances moyennes au Soleil (troisième loi de Kepler).
8. Le mouvement des planètes est régi par la loi universelle de la gravitation (contribution de Newton).
9. Le mouvement rétrograde apparent des planètes s'explique simplement par un effet de perspective causé par la Terre qui dépasse des planètes se déplaçant plus ou moins vite.
10. L'absence de mouvement de parallaxe des étoiles fixes s'explique par leur grande distance par rapport au système solaire.
11. Les saisons s'expliquent par l'inclinaison de l'axe de la Terre et sa rotation autour du Soleil.
12. Vénus et Mercure apparaissent toujours près du Soleil, et leurs phases pleines peuvent être observées par rapport à la Terre.