La révolution de l'héliocentrisme ou quand Copernic affirme l'impensable

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Cet article est extrait du hors-série n°191 « 9 révolutions scientifiques qui transforment le monde » daté octobre/novembre 2017. Une histoire de l’héliocentrisme racontée par Denis Savoie, astronome et historien des sciences.

« Une Terre immobile autour de laquelle tournent les corps célestes… Lorsque Nicolas Copernic voit le jour à Toruń (Pologne), le 19 février 1473, le géocentrisme n’a jamais été remis en question. On estime, depuis Aristote (384- 322 av. J.-C.) et Ptolémée (v. 100- 168), que le Soleil et les planètes qui l’escortent sont portés par des sphères concentriques. Sur la plus éloignée se trouvent des astres fixes, les étoiles. Cette théorie, en phase avec la course apparente du Soleil, fait l’unanimité : l’astre ne se couche-t-il pas vers l’ouest, après s’être levé vers l’est ?

À l’Université, l’enseignement de cette cosmologie s’appuie sur le grand texte grec qui domine l’astronomie depuis des siècles : l’Almageste de Ptolémée. Certains astronomes, notamment arabes et perses, ont toutefois repéré quelques anomalies entre leurs observations et la doctrine du savant. Ainsi, la position des planètes ne correspond pas exactement aux prédictions issues des tables dressées à partir de sa théorie. Mais dans l’Europe médiévale, le géocentrisme a la vie dure. Aristote a décrété que le ciel était immuable, donc il ne peut rien s’y passer – inutile de l’observer !

Pour autant, toutes les activités astronomiques n’ont pas été abandonnées. Mais elles sont plutôt fondées sur des commentaires de textes anciens. En outre, en plaçant la Terre au centre de l’Univers, le géocentrisme s’accorde parfaitement avec les Saintes Écritures. Ce qui satisfait l’Église, omnipotente. Et c’est un homme seul, éloigné des sphères intellectuelles, qui, depuis les brumes de sa Pologne natale, va parvenir à déloger la Terre de sa place imprenable. Incroyable !

Dans un premier manuscrit anonyme, le Commentariolus, qu’il laisse circuler à partir de 1510, Copernic décrit sa nouvelle cosmologie : l’héliocentrisme. Le Soleil, immobile, occupe le centre du monde ; la Terre – dont l’axe est incliné – effectue autour de lui une rotation en une année, et tourne sur elle-même en un jour ; les planètes accomplissent, elles aussi, une révolution solaire. Comment l’homme a-t-il pu en arriver à ces audacieuses conclusions ? N’a-t-il pas été influencé par quelques précurseurs ? Des générations d’historiens se sont penchés sur la question… Ils n’ont rapporté que de maigres prémices.

Ainsi le pythagoricien Philolaos de Crotone (v. 470-385 av. J.-C.) – mentionné par Copernic – a émis l’idée que la Terre et le Soleil tournaient autour d’un feu central. Une vision tout de même différente de l’héliocentrisme, dont le concept sera formulé un peu plus tard, mais de manière vague, par l’astronome Aristarque de Samos (v. 310-v. 230 av. J.-C.), pour expliquer que les dimensions du monde sont plus grandes qu’on ne le croit. Qui plus est, le texte mentionnant cette hypothèse – l’Arénaire d’Archimède – ne sera publié qu’en 1544, soit un an après la mort de Copernic. Impossible donc que celui-ci en ait eu connaissance. Le mystère reste entier : le chanoine polonais semble n’avoir été influencé par personne, si ce n’est l’air du temps.

L’astrologie, face marchande de l’astronomie

Son époque sonne en effet le glas de plusieurs siècles de léthargie. Copernic naît à la charnière du Moyen Âge et de la Renaissance, peu après la fin de la guerre de Cent Ans et la prise de Constantinople par les Turcs (1453), mais aussi l’invention de l’imprimerie par l’Allemand Johannes Gutenberg (1454). C’est également le temps des grandes explorations géographiques, avec la découverte de l’Amérique par Christophe Colomb en 1492. L’heure est donc propice aux révolutions intellectuelles. Outre-Rhin, notamment, où l’Église toute-puissante doit faire face à la montée du protestantisme.

Copernic a la chance de bénéficier d’une excellente formation, car il est né dans une famille – catholique – aisée. Orphelin de père à l’âge de dix ans, il est pris en charge par son oncle, l’évêque Lucas Watzenrode, qui l’enverra à l’université de Cracovie dans l’objectif de le faire élire chanoine du chapitre de la cathédrale de Frombork, sur lequel il a autorité. Là, Copernic découvre l’astronomie qu’il étudie pendant trois ans auprès de maîtres chevronnés, car cette discipline fait partie des sept arts libéraux enseignés à l’époque à l’Université. Élu à Frombork en 1495, il profite bientôt d’un congé pour se rendre en Italie et étudier le droit à l’université de Bologne. Dès son arrivée, il s’adonne aussi à l’astronomie, sa vraie passion, avec l’un des grands maîtres de l’époque, Domenico Maria Novara. Le voilà qui se lance dans l’observation du ciel (dès 1497) et dans la lecture de l’Almageste de Ptolémée.

À l’époque, on ne lit pas directement l’original écrit en grec, mais plutôt des ouvrages de vulgarisation qui commentent la théorie et les calculs du savant. À partir de ces textes, on élabore des tables astronomiques prédisant la position des planètes. Celles-ci permettent d’établir le calendrier et de dresser les horoscopes. L’astrologie, alors très en vogue, est en quelque sorte la face marchande de l’astronomie. Elle est utilisée dans de nombreux domaines comme outil d’aide à la décision, notamment en médecine et en politique. Les tables issues de l’Almageste sont considérées comme immuables. Même si, on l’a vu, certaines observations du ciel indiquent qu’elles sont inexactes, personne ne veut l’admettre. Et l’on ne cherche pas à développer l’instrumentation, puisqu’il ne sert à rien d’explorer le ciel.

De retour à Frombork en 1510 après avoir refusé la carrière épiscopale à laquelle le destinait son oncle, Copernic peut enfin travailler à sa nouvelle théorie. Mais il est obligé d’avancer masqué. Souvenons-nous que le document où il énonce pour la première fois la doctrine de l’héliocentrisme, le Commentariolus, n’est pas signé. Il n’en diffuse que quelques copies auprès de lecteurs choisis, acquérant ainsi dans le milieu des savants une bonne réputation d’astronome et de mathématicien. Et il s’attelle aux démonstrations mathématiques de sa théorie en vue d’établir un traité capable de rivaliser avec l’Almageste.

Nicolas Copernic : chanoine, juriste, cartographe…

Qui était réellement Nicolas Copernic ? Sa personnalité peut-elle expliquer – du moins en partie – son génie ? Difficile de répondre, car on ne dispose d’aucun document écrit retraçant sa vie ou décrivant son caractère. On sait néanmoins que, excellent mathématicien, astronome plus qu’audacieux, il ne fut pas pour autant un grand observateur. De 1497, date de sa première observation (celle de la Lune s’approchant de l’étoile Aldebaran), à la publication du De revolutionibus, son traité sur l’héliocentrisme, en 1543, il ne réalisa qu’une soixantaine d’observations, dont vingt-sept seulement lui ont permis d’établir sa théorie. Et l’on ignore dans quelles conditions et avec quels instruments !

De son parcours, on peut néanmoins déduire que Copernic était doté d’une personnalité forte et déterminée : il a notamment résisté aux sirènes de la carrière épiscopale voulue par son oncle et préféré se consacrer à son oeuvre. On peut également lui prêter une capacité de travail impressionnante : à côté de son cursus juridique suivi à l’université de Bologne, il a entamé des études de médecine à l’université de Padoue. Et c’est en marge de ces enseignements officiels qu’il s’est formé à l’astronomie, d’abord dès 1491 à l’université de Cracovie, puis probablement à partir de 1497 (il a alors 24 ans) avec l’étude de l’Almageste de Ptolémée à Bologne. Ce n’est pas tout ! Il a également excellé dans d’autres domaines que l’astronomie : ainsi de la politique monétaire – il propose de créer une nouvelle monnaie qui serait émise par un organisme s’engageant à maintenir le taux d’argent par rapport au cuivre – et de la cartographie – il dresse des cartes de sa région. Sa fonction de chanoine le conduisait à arpenter les campagnes pour prélever un impôt sur le revenu des paysans. Peut-être est-ce cette activité qui l’amena à exercer son talent sur des domaines bien plus terre-à-terre que l’astronomie.

L’arrivée d’un jeune et brillant mathématicien

Copernic bute cependant sur plusieurs écueils. En effet, s’il place le Soleil au centre, il reprend les observations de Ptolémée, dont il reste trop dépendant. Résultat : il doit chercher des modèles géométriques compliqués pour rendre compte des différences entre les observations du Grec et les siennes, par exemple l’inclinaison, variable dans le temps, de l’axe de la Terre par rapport au Soleil. Et il achoppe sur le calcul de la longitude et de la latitude des planètes par rapport au Soleil. Ces blocages vont être levés grâce à l’arrivée à Frombork, en 1539, d’un jeune et brillant mathématicien, l’Allemand Georg Joachim Rheticus, attiré dans ces contrées nordiques par la réputation de Copernic. Rheticus a lu le Commentariolus. Il transporte dans ses bagages le texte original, en grec, de l’Almageste, beaucoup plus clair que la mauvaise traduction arabo-latine de Gérard de Crémone sur laquelle travaillait Copernic.

Quelques mois plus tard, Rheticus publie un premier texte très pédagogique, Narratio Prima (Premier Rapport), dans lequel il expose au monde savant la doctrine héliocentrique. Puis il aide Copernic, malade et vieillissant, à finaliser son oeuvre majeure, De revolutionibus orbium coelestium (Des révolutions des orbes célestes) qui repose sur les trois mêmes composantes que l’Almageste : une cosmologie, un outil mathématique (trigonométrie plane et sphérique) et une modélisation du mouvement des planètes. L’ouvrage est publié en 1543 à Nuremberg, peu avant le décès de Copernic, par le grand éditeur protestant Petreius à qui Rheticus l’a confié.

Anticipant que l’héliocentrisme serait mal vu par l’Église, le théologien luthérien Andreas Osiander a surveillé l’impression du livre. Il lui ajoute même une seconde préface, non signée, où il précise qu’il s’agit d’une simple hypothèse destinée à faciliter le calcul de la position des planètes. Copernic, lui, a écrit dans la sienne que sa théorie était conforme à la réalité du monde. Une réalité dont il sait qu’elle va déranger, car il ose changer le statut de la Terre, devenue une planète comme une autre. Pourtant, l’héliocentrisme explique enfin pourquoi plus une planète est éloignée du Soleil, plus elle met du temps à tourner autour de lui : un an pour la Terre, trente ans pour Saturne.

Les planètes tournent autour du Soleil… sauf la Terre !

La portée du livre est énorme. À sa sortie, il suscite chez les astronomes diverses réactions. Ceux qui calculent les éphémérides et dressent les horoscopes s’en emparent avec intérêt, y voyant une nouvelle source de profit. Ils restent toutefois circonspects vis-à-vis de l’héliocentrisme, qu’ils considèrent non pas comme une nouvelle cosmologie, mais comme une simple facilité mathématique. D’autres, tels le Danois Tycho Brahe et nombre d’astronomes jésuites, adoptent un système géo-héliocentrique : la Terre demeure au centre du monde et les cinq autres planètes connues tournent, elles, autour du Soleil. Mais un courant de plus en plus puissant rejette ce compromis. L’Anglais Thomas Digges, l’Allemand Johannes Kepler, l’Italien Galileo Galilei acceptent très vite l’héliocentrisme comme le véritable système du monde. Les observations progressent alors grâce à l’invention de la lunette (1609). Celles de Kepler et de Galilée confirment la thèse copernicienne. En 1619, Kepler publie son traité magistral, l’Épitomé de l’astronomie copernicienne, où il applique à toutes les planètes les trois lois des mouvements qu’il a découvertes dix ans plus tôt et qui décrivent notamment leur orbite elliptique. Toujours valables aujourd’hui, les lois de Kepler sont par exemple utilisées, avec celles de Newton sur la gravitation, pour la mise en orbite des satellites.

Reste qu’à l’époque, les autorités religieuses – elles ont mis du temps à réagir ! – ne sont pas prêtes à admettre cette nouvelle cosmologie qui représente une rupture théologique inadmissible. En 1616, elles mettent le traité de Copernic à l’Index… Il y restera jusqu’en 1835 ! En 1633, elles forcent Galilée, qui enseigne l’héliocentrisme depuis des années, à abjurer.

Face à ces attaques répétées, les astronomes ne cesseront de chercher à établir une preuve de la doctrine copernicienne. Ce sera la parallaxe : si la Terre tourne autour du Soleil, on doit en effet remarquer un très léger déplacement des étoiles depuis notre planète. L’astronome anglais James Bradley sera le premier, en 1727, à faire le lien entre la vitesse de déplacement de la Terre autour du Soleil et ce déplacement lui-même. Puis la parallaxe sera mesurée pour la première fois en 1838 par l’astronome allemand Friedrich Bessel… mettant fin à trois siècles de doutes. »

 

A DECOUVRIR

Jean-Paul Walch, Galilée dans l’Histoire, Nouveau Monde, 2017

Christian Nitschelm, Histoire de l’astronomie, Nouveau Monde, 2013

Copernic, Des révolutions des orbes célestes, première traduction en français, Les Belles Lettres, 2015

Une interview de Denis Savoie : http://sciav.fr/ denissavoie

Le satellite Gaia : https://gaia-mission. cnes.fr

 

LEXIQUE

Tables astronomiques

Livres comportant des suites de nombres, présentés sous forme de tableaux, indiquant la position des astres en fonction de la date et calculés en application d’une théorie astronomique. Les positions planétaires peuvent être ainsi établies plusieurs années à l’avance, donnant naissance à des éphémérides, exploitées principalement par les astrologues.

Pythagoriciens

Membres de l’école philosophique de l’Antiquité fondée par le mathématicien Pythagore (v. 580- 495 av. J.-C.), une secte où l’aspect mystico-religieux était central et qui fut l’une des premières à suggérer que la Terre tourne sur son axe.

Sept arts libéraux

Enseignés au Moyen Âge à l’Université, ils comprennent d’abord le trivium – grammaire, dialectique et rhétorique – complété par le quadrivium – arithmétique, géométrie, musique et astronomie.

Gaia au secours de Galilée

Contre l’héliocentrisme de Copernic défendu par Galilée, un inquisiteur, le cardinal Robert Bellarmin, soulève dans les années 1610 l’objection suivante : si la Terre décrivait une orbite autour du Soleil, on devrait observer une parallaxe, c’est-à-dire un déplacement apparent des étoiles vues de la Terre à différents moments de l’année (voir l’infographie ci-dessous). Or, ce n’est pas le cas. À cet argument, Galilée répondit que les étoiles étaient trop lointaines pour que la parallaxe puisse être vue et mesurée avec les instruments de l’époque.

Au cours des siècle suivants, la mesure de la parallaxe des étoiles s’est muée en une quête destinée à prouver la pertinence de l’héliocentrisme. Après l’ère des observations terrestres, elle a connu une impulsion nouvelle avec le lancement en 1989 du satellite d’astrométrie Hipparcos, de l’Agence spatiale européenne (Esa). Celui-ci a révélé le positionnement de plus de 100.000 étoiles dans le ciel, avec une précision supérieure à 0,001 seconde d’arc, soit cent fois mieux qu’auparavant. Lancé en 2013 pour une durée de cinq ans, Gaia, nouveau satellite de l’Esa, avait pris la suite d’Hipparcos avec un objectif plus ambitieux : mesurer les caractéristiques de plus d’un milliard d’objets célestes, dont les positions, mouvements propres et parallaxes d’une multitude d’étoiles. En 2018, Gaia avait livré la carte tridimensionnelle la plus complète de la Voie lactée avec la position de… 1,7 milliard d’étoiles !

MEHDI BENYEZZAR

Par Mehdi Benyezzar pour Sciences et Avenir

Propos recueillis par Marie-Laure Théodule

Cet article est extrait du hors-série n°191 « 9 révolutions scientifiques qui transforment le monde » daté octobre/novembre 2017. Une histoire de l’héliocentrisme racontée par Denis Savoie, astronome et historien des sciences.

« Une Terre immobile autour de laquelle tournent les corps célestes… Lorsque Nicolas Copernic voit le jour à Toruń (Pologne), le 19 février 1473, le géocentrisme n’a jamais été remis en question. On estime, depuis Aristote (384- 322 av. J.-C.) et Ptolémée (v. 100- 168), que le Soleil et les planètes qui l’escortent sont portés par des sphères concentriques. Sur la plus éloignée se trouvent des astres fixes, les étoiles. Cette théorie, en phase avec la course apparente du Soleil, fait l’unanimité : l’astre ne se couche-t-il pas vers l’ouest, après s’être levé vers l’est ?

À l’Université, l’enseignement de cette cosmologie s’appuie sur le grand texte grec qui domine l’astronomie depuis des siècles : l’Almageste de Ptolémée. Certains astronomes, notamment arabes et perses, ont toutefois repéré quelques anomalies entre leurs observations et la doctrine du savant. Ainsi, la position des planètes ne correspond pas exactement aux prédictions issues des tables dressées à partir de sa théorie. Mais dans l’Europe médiévale, le géocentrisme a la vie dure. Aristote a décrété que le ciel était immuable, donc il ne peut rien s’y passer – inutile de l’observer !

Pour autant, toutes les activités astronomiques n’ont pas été abandonnées. Mais elles sont plutôt fondées sur des commentaires de textes anciens. En outre, en plaçant la Terre au centre de l’Univers, le géocentrisme s’accorde parfaitement avec les Saintes Écritures. Ce qui satisfait l’Église, omnipotente. Et c’est un homme seul, éloigné des sphères intellectuelles, qui, depuis les brumes de sa Pologne natale, va parvenir à déloger la Terre de sa place imprenable. Incroyable !

Dans un premier manuscrit anonyme, le Commentariolus, qu’il laisse circuler à partir de 1510, Copernic décrit sa nouvelle cosmologie : l’héliocentrisme. Le Soleil, immobile, occupe le centre du monde ; la Terre – dont l’axe est incliné – effectue autour de lui une rotation en une année, et tourne sur elle-même en un jour ; les planètes accomplissent, elles aussi, une révolution solaire. Comment l’homme a-t-il pu en arriver à ces audacieuses conclusions ? N’a-t-il pas été influencé par quelques précurseurs ? Des générations d’historiens se sont penchés sur la question… Ils n’ont rapporté que de maigres prémices.

Ainsi le pythagoricien Philolaos de Crotone (v. 470-385 av. J.-C.) – mentionné par Copernic – a émis l’idée que la Terre et le Soleil tournaient autour d’un feu central. Une vision tout de même différente de l’héliocentrisme, dont le concept sera formulé un peu plus tard, mais de manière vague, par l’astronome Aristarque de Samos (v. 310-v. 230 av. J.-C.), pour expliquer que les dimensions du monde sont plus grandes qu’on ne le croit. Qui plus est, le texte mentionnant cette hypothèse – l’Arénaire d’Archimède – ne sera publié qu’en 1544, soit un an après la mort de Copernic. Impossible donc que celui-ci en ait eu connaissance. Le mystère reste entier : le chanoine polonais semble n’avoir été influencé par personne, si ce n’est l’air du temps.

L’astrologie, face marchande de l’astronomie

Source de cet article : Sciences

Roberta Flores
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