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J'ai donc décide de réaliser une grande frise chronologique compilant les grandes dates et découvertes de l'astronomie mettant en lumière les moments clés qui ont façonné notre compréhension du cosmos.
N'oublions pas que des la Préhistoire, des structures comme Stonehenge démontrent que nos ancêtres avaient déjà une compréhension de certains cycles célestes. Mais c'est vers 3000 avant J-C que les choses sérieuses vont véritablement commencer pour l’astronomie.
SOMMAIRE
Antiquité: les débuts de l'astronomieApports de l’Antiquité jusqu'au Moyen-Age
Ptolémée et son Almageste
L'Âge d'Or de l'Astronomie Islamique
Déclin de l'Âge d'Or Islamique et Renaissance scientifique en Europe
Exploration du Système solaire (sondes)
Exploration humaine de l'Espace
Ptolémée et son Almageste
L'Âge d'Or de l'Astronomie Islamique
Déclin de l'Âge d'Or Islamique et Renaissance scientifique en Europe
18e et 19e siècles : l’astronomie se professionnalise
19e siècle : l'astronomie devient une science physique
Le 20e siècle - l'Univers s'agrandit !19e siècle : l'astronomie devient une science physique
Exploration du Système solaire (sondes)
Exploration humaine de l'Espace
Stations spatiales et vols habités réguliers
Ainsi, au 6e siècle av J-C, Thalès (oui celui du célèbre théorème!), considéré comme l’un des tout premiers philosophes et savants de l’Antiquité, envisage une Terre flottant librement dans l’espace.
L'apport de Thalès ne s’arrête pas la puisque son élève, Anaximandre, a été l’un des tout premiers penseurs à proposer une vision rationnelle et naturaliste du cosmos. Ses apports à l’astronomie sont à la fois fondateurs, audacieux et symboliques, car ils marquent un tournant dans l’histoire des idées : l’abandon progressif des explications mythologiques au profit de la raison et de l’observation.
Vers le 4e siècle av J-C, c'est Aristote qui propose un modèle géocentrique : la Terre est au centre de l’Univers.
Antiquité: les débuts de l'astronomie (de -3000 au Moyen-Age)
Environ 2000 a 3000 ans avant J-C, en Mésopotamie, les Sumériens, Babyloniens et Assyriens développent des systèmes de calendrier basés sur les cycles lunaires, observent et prédisent les éclipses, et créent les premières cartes célestes et listes de constellations. Ils sont les premiers à utiliser des méthodes mathématiques pour l'astronomie. Ils utilisent notamment des étoiles pour l’agriculture et la navigation.Les Égyptiens vont également utiliser des étoiles (Sirius par exemple) pour leur calendrier agricole mais aussi, plus célèbre, pour la construction des pyramides alignées sur certains points cardinaux.
Vers 2000 - 1400 av J-C, Les Chinois se seront pas en reste et vont tenir des registres d’éclipses solaires et lunaires. Ils vont développer un calendrier solaire et lunaire précis. Ils sont les premiers a observer et enregistrer des supernovæ (étoiles "invitées"), comètes et taches solaires.
Dans le même temps, les Indiens développement des textes védiques avec des descriptions des mouvements planétaires et des constellations.
Il faudra attendre presque 1000 ans encore pour voir naître une véritable pensée autour de la place de la Terre et le premier concept "d'univers" chez les Grecs.
Thalès - premier astronome?
Bien que peu de ses écrits aient survécu, les témoignages postérieurs (notamment ceux d'Aristote ou Hérodote) nous permettent de reconstituer certaines de ses contributions, notamment en astronomie.
Selon Hérodote, Thalès aurait prédit une éclipse solaire qui mit fin à une bataille entre les Mèdes et les Lydiens. Même si les détails sont discutés par les historiens modernes (la précision d'une telle prédiction sans modèles mathématiques avancés reste douteuse), cela témoigne de son intérêt pour les phénomènes célestes cycliques. L’éclipse en question aurait eu lieu le 28 mai 585 av. J.-C., ce qui correspond à une éclipse réellement observable en Asie Mineure.
Thalès aurait voyagé en Égypte et peut-être en Babylonie, où il aurait appris les bases de l’astronomie mésopotamienne, notamment les cycles lunaires et solaires, et aurait introduit ces savoirs en Grèce, jetant les bases de l’astronomie grecque rationnelle.
Il aurait aussi proposé que la Lune n’émet pas sa propre lumière, mais réfléchit la lumière du Soleil, une idée novatrice à l’époque, et que cela expliquerait les phases lunaires. Il aurait avancé que les éclipses de Lune résultent de l’ombre de la Terre projetée sur la Lune, ce qui correspond à notre compréhension actuelle des éclipses lunaires.
Enfin, Thalès est souvent cité comme le premier à avoir tenté une explication rationnelle et géométrique des phénomènes naturels, sans recourir aux mythes. Il aurait aussi mesuré la hauteur des pyramides en utilisant les ombres, montrant ainsi une application du raisonnement géométrique à la nature.
Anaximandre: l'élève dépasse le maître?
Ainsi, Anaximandre est le premier penseur connu à affirmer que la Terre “flotte” librement dans le vide, sans être soutenue par quoi que ce soit (ni pilier, ni mer, ni animal mythologique). Il imagine la Terre comme un cylindre suspendu au centre de l’univers, en équilibre par symétrie : n’ayant aucune raison de tomber dans une direction plutôt qu’une autre, elle reste immobile.
Cette idée est révolutionnaire : elle rompt avec les modèles mythiques dans lesquels la Terre repose sur une structure matérielle. C’est la première tentative connue d'expliquer la stabilité de la Terre par des principes rationnels et géométriques.
Ses théories ne s’arrêtent pas a la Terre, puisque Anaximandre propose une structure de l’univers ordonnée, constituée de cercles ou roues de feu entourant la Terre. Le Soleil, la Lune et les étoiles seraient des ouvertures (comme des bouches ou soupapes) dans ces roues de feu. Les éclipses se produiraient lorsque ces ouvertures se ferment temporairement.
Bien que ce modèle soit erroné, il est remarquable car il repose sur des principes mécaniques plutôt que mythiques et cherche à unifier les phénomènes célestes (lumière, mouvement, éclipse) dans une même logique.
Plus encore, il propose que le Soleil est plus grand que la Terre, ce qui était audacieux à son époque, mais aussi que le Soleil et la Lune ne sont pas des disques plats accrochés au ciel, mais des objets éloignés et circulaires.
Cela implique une tentative de quantifier la distance et la taille des astres, même si les valeurs qu’il propose sont arbitraires.
Il aurait été l’un des premiers Grecs à utiliser un gnomon (instrument vertical projetant une ombre) pour mesurer la hauteur du Soleil, les solstices et les équinoxes et les saisons. Cela montre un effort de mathématisation du ciel à des fins pratiques.
Héritage et importance
Bien que ses modèles aient été dépassés, Anaximandre est crucial pour l’histoire de l’astronomie car il ouvre la voie à une pensée rationnelle en cherchant des causes naturelles aux phénomènes ; géométrique en pensant le cosmos en volumes, distances et cercles ; et théorique en ne se contentant pas seulement d’une observation empirique. Il influence de nombreux penseurs qui vont lui succéder en posant les bases d’une cosmologie cohérente et systémique.Apports de l’antiquité jusqu'au Moyen-Age
Pythagore (vers -570 à -495 av. J.-C.) est traditionnellement considéré comme l’un des premiers à avoir proposé que la Terre était sphérique, plutôt que plate, une idée qui allait profondément influencer la pensée grecque et occidentale.Vers le 4e siècle av J-C, c'est Aristote qui propose un modèle géocentrique : la Terre est au centre de l’Univers.
Environ 150 ans plus tard, vers -250, Aristarque propose audacieusement un modèle héliocentrique (Terre qui tourne autour du Soleil), mais son idée est rejetée au profit du géocentrisme, défendu notamment par Aristote, avec la Terre immobile au centre.
Ératosthène calcule la circonférence de la Terre avec une remarquable précision vers l’année -240 av. J.-C., alors qu’il était directeur de la célèbre bibliothèque d’Alexandrie.
Vers -150, Hipparque crée le premier catalogue d’étoiles connu et découvre la précession des équinoxes.
Ptolémée et son Almageste: un modèle qui perdurera 1300 ans !
Vers 150 après J.-C. Ptolémée (Claudius Ptolemaeus), astronome et mathématicien grec vivant à Alexandrie, a formalisé le modèle géocentrique de l’Univers dans son ouvrage majeur, l’Almageste.
Ce modèle dominera la cosmologie pendant plus de 1300 ans, jusqu’à ce qu’il soit renversé par Copernic au XVIe siècle.
Le titre original grec était "Μαθηματικὴ Σύνταξις" (Mathēmatikē Syntaxis, « Composition mathématique »), mais il est devenu connu sous le nom d’Almageste via les traductions arabes (al-Majisti).
Dans cet ouvrage, Ptolémée développe un système géocentrique très sophistiqué où, notamment, la Terre est au centre de l’univers. Les planètes, le Soleil et la Lune tournent autour de la Terre selon des cercles appelés épicycles et déférents pour expliquer les mouvements rétrogrades.
L’Almageste est aussi un recueil d’observations, de catalogues d’étoiles (hérités notamment d’Hipparque), et de mathématiques astronomiques.
Egalement connu sous son nom latinisé Albatenius, fut l’un des plus grands astronomes du monde arabo-musulman. Son œuvre a marqué un tournant majeur dans l’histoire de l’astronomie médiévale. Héritier de l’astronomie grecque (notamment de Ptolémée), il l’a corrigée, perfectionnée et enrichie par des observations rigoureuses et une approche mathématique fine.
Al-Battani a réalisé des observations astronomiques extrêmement précises pendant plus de 40 ans, depuis son observatoire de Raqqa (dans l’actuelle Syrie). Il a amélioré les valeurs de nombreuses constantes astronomiques, comme:
- la durée de l’année solaire, qu’il calcule à 365 jours, 5 heures, 46 minutes et 24 secondes, soit seulement 2 minutes d’erreur comparé à la valeur actuelle.
Il découvre par ailleurs la variation de l’aphélie du Soleil. Il observe que la position du Soleil à son apogée (ou aphélie) change lentement au fil du temps, anticipant ce que l’on appelle aujourd’hui la précession de l’ellipse terrestre.
Cette variation de l’orbite du Soleil autour de la Terre (selon son modèle) traduit en réalité un phénomène héliocentrique, mais à son époque cela restait encore inconcevable.
persan du Xe siècle, né en 903 à Rey (près de l’actuelle Téhéran) et mort en 986. Il est surtout célèbre pour avoir fusionné l’héritage grec (notamment le catalogue d’Hipparque et de Ptolémée) avec les observations propres à la tradition islamique et à son époque. Son œuvre a eu une influence profonde et durable, tant dans le monde islamique que dans l’Europe médiévale.
Son œuvre majeure s’intitule en arabe: "Kitāb Ṣuwar al-Kawākib al-Thābita" , ou Le Livre des Constellations des Étoiles Fixes, achevé en 964.
Cet ouvrage est l’un des premiers manuels d’astronomie illustrés de l’histoire. C'est une mise à jour critique - et illustrée donc - du catalogue de Ptolémée, tiré de l’Almageste, enrichi par des observations propres d’Al-Sufi, des descriptions plus précises des constellations, des illustrations détaillées montrant les étoiles sous deux angles.
Al-Sufi compare systématiquement les données de Ptolémée (magnitudes, positions) avec ses propres observations réalisées depuis la Perse. Il corrige les magnitudes apparentes de nombreuses étoiles, il ajuste leurs coordonnées (longitude et latitude célestes), il ajoute des commentaires culturels (noms arabes, légendes, positions saisonnières).
En son honneur, un cratère lunaire a été baptisé "Azophi".
Ibn al-Haytham (en arabe : ابن الهيثم, latinisé en Alhazen) est l’un des plus grands savants du monde islamique médiéval, né vers 965 à Bassora (actuel Irak) et mort vers 1040 au Caire. Il est surtout connu comme le père de l’optique moderne, mais ses travaux ont également eu un impact important sur l’astronomie, les mathématiques, et la méthode scientifique dans son ensemble.
Il démolit l’idée grecque que la vision résulte d’un rayon émis par l’œil (théorie de l’émission) et démontre que la lumière entre dans l’œil depuis une source extérieure, ce qui jette les bases de l’optique moderne.
Il décrit avec précision la réfraction de la lumière dans différents milieux, le fonctionnement de l’œil humain et la formation des images sur une surface.
Ces concepts seront fondamentaux plus tard pour la construction de lentilles, lunettes astronomiques et télescopes, bien que ceux-ci apparaîtront bien après sa mort.
Son œuvre a été traduite en latin dès le XIIe siècle, notamment en Espagne (Toledo), sous le nom Alhazen.
Al-Biruni (de son nom complet : Abū al-Rayḥān Muḥammad ibn Aḥmad al-Bīrūnī) fut l’un des plus grands savants polymathes du monde islamique médiéval. Né en 973 à Kath (actuel Ouzbékistan) et mort vers 1050, il a laissé une œuvre monumentale touchant à l’astronomie, la géographie, la physique, les mathématiques, la pharmacologie, la philosophie et l’histoire des religions.
- Mesure de la circonférence de la Terre: l’un des plus célèbres exploits d’Al-Biruni fut de calculer la circonférence de la Terre. Il utilisa une méthode ingénieuse basée sur la trigonométrie et la hauteur d’une montagne. En mesurant l’angle d’abaissement de l’horizon depuis le sommet, il put calculer le rayon terrestre, et donc la circonférence. Il trouva une valeur très proche de la réalité : environ 40 200 km, soit moins de 1% d’erreur par rapport à la valeur moderne.
- Son œuvre magistrale : al-Qānūn al-Mas‘ūdī, un traité en 11 volumes, rédigé vers 1030, souvent considéré comme son chef-d'œuvre en astronomie. Il contient des tables astronomiques très précises, des révisions des paramètres planétaires donnés par Ptolémée, des méthodes de calcul trigonométriques et sphériques, des réflexions théoriques sur le mouvement des astres et la structure de l’univers. Le Qānūn est une sorte d’encyclopédie astronomique qui anticipe les besoins d’une science d’observation moderne.
- Études sur la Lune et les éclipses: Al-Biruni s’est aussi intéressé aux phénomènes lunaires et solaires. Il a expliqué de façon rigoureuse la cause des éclipses, estimé la distance Terre-Lune et Terre-Soleil à l’aide d’observations d’éclipses, et il a compris que la lumière de la Lune est réfléchie, et non émise par elle-même.
L’un des aspects les plus fascinants d’Al-Biruni est son ouverture intellectuelle.
Il affirme qu’il n’est pas possible de trancher, par l’observation seule, entre le géocentrisme et l’héliocentrisme. Autrement dit, il envisage l’héliocentrisme (bien avant Copernic), sans pouvoir le prouver empiriquement.
- Observation du ciel et instruments: Al-Biruni a contribué à l’amélioration des astrolabes et quadrants, à l’usage de méridiens pour calculer les durées des jours, à l’étude des étoiles fixes et de leur mouvement apparent et à la compréhension des phénomènes de réfraction atmosphérique (déviation des rayons lumineux à l’horizon).
Nasir al-Din al-Tusi (1201–1274), philosophe, mathématicien, astronome et savant persan, est considéré comme l’un des plus grands astronomes du monde islamique médiéval. Son œuvre a non seulement corrigé des éléments du modèle de Ptolémée, mais elle a également préfiguré certaines idées de l’astronomie moderne, au point d’avoir influencé, selon certains historiens, les travaux de Copernic.
Al-Tusi vécut à une époque marquée par l’instabilité politique (notamment les invasions mongoles), mais malgré cela, il fonda un observatoire exceptionnel à Maragha (actuel Iran), qui devint un centre scientifique majeur du XIIIe siècle.
- Création de l’observatoire de Maragha (1259)
Sous le patronage du souverain mongol Hülegü, Al-Tusi fonde l’observatoire de Maragha, qui possédait notamment des instruments astronomiques de grande précision (quadrants, armilles, sphères…), une équipe internationale de savants, une immense bibliothèque scientifique.
Cet observatoire est considéré comme l’un des modèles des grands observatoires modernes, comme celui d’Ulugh Beg à Samarcande ou de Tycho Brahe à Uraniborg.
- Le couple de Tusi : une révolution géométrique
Son invention la plus célèbre est le "couple de Tusi" (ou "Tusi couple"). Il s’agit d’un dispositif géométrique composé de deux cercles imbriqués. Il permet de transformer un mouvement circulaire uniforme en un mouvement linéaire oscillant.
Cette innovation était destinée à remplacer certains éléments problématiques du système ptolémaïque (comme l’équan), sans rompre avec le principe aristotélicien du mouvement circulaire parfait.
Ce mécanisme sera retrouvé, modifié, dans les écrits de Copernic : certains chercheurs pensent qu’il s’en est directement inspiré.
- Critique du système de Ptolémée. Al-Tusi ne remet pas en cause le géocentrisme, mais il critique ouvertement certains aspects du modèle de Ptolémée. Il dénonce le recours à des artifices mathématiques (comme l'équan) qui contredisent la physique d’Aristote. Il cherche des modèles mathématiquement équivalents, mais physiquement plus acceptables, dans une perspective de cohérence philosophique. Cette volonté d’unifier mathématiques et physique est essentielle dans l’histoire de l’astronomie.
Nasir al-Din al-Tusi fut un pionnier discret mais décisif dans la construction d’une astronomie mathématiquement rigoureuse et philosophiquement cohérente, à la charnière entre le monde antique et la Renaissance.
Omar Khayyam est surtout connu aujourd’hui comme un poète philosophe pour ses célèbres Rubâ’iyyât (quatrains), mais il fut aussi un mathématicien, astronome et savant majeur de la science persane. Son génie en astronomie se manifeste dans des travaux fondamentaux de calendrier, d’observation céleste et de géométrie céleste. Moins prolifique que d’autres grands astronomes de son époque, il a cependant laissé une empreinte décisive dans l’histoire de l’astronomie et du temps.
- La réforme du calendrier persan : un chef-d'œuvre de précision
L'apport le plus spectaculaire d’Omar Khayyam à l’astronomie est la réforme du calendrier solaire, entreprise à la demande du sultan Malik Shah (empire seldjoukide) autour de 1074–1079.
Sous sa direction, un groupe d’astronomes élabora le calendrier Jalālī (du nom du sultan Jalāl ad-Dawla Malik Shah). Ce calendrier repose sur l’année solaire réelle et non sur des approximations lunaires ou symboliques.
- Création des Tables de Tolède
Al-Zarqali est l’un des auteurs principaux des Tables de Tolède, un ensemble de données astronomiques compilées à partir des travaux de Ptolémée qu’il corrige, d’astronomes arabes (comme Al-Battani), et de ses propres observations.
Ces tables contiennent les mouvements des planètes, les éclipses, les conjonctions astrales et des calendriers précis.
Ces tables furent traduites en latin dès le XIIe siècle et influencèrent profondément les astronomes européens jusqu’à Copernic.
- Découverte du déplacement de l’aphélie du Soleil
Al-Zarqali remarque que l’orbite du Soleil évolue dans le temps, et que la position de son aphélie se déplace lentement. Ce phénomène, aujourd’hui interprété comme la précession de l’orbite terrestre, avait aussi été entrevu par Al-Battani.
Il calcule ce mouvement à environ 12 secondes d’arc par an, une valeur très proche de celle mesurée aujourd’hui (11,6). Il propose une orbite elliptique en mouvement lent, en rupture avec l’idée d’un Soleil immobile par rapport aux étoiles fixes.
Cette idée contredit partiellement le modèle ptolémaïque et préfigure certaines intuitions du système héliocentrique.
- Construction de l'astrolabe universel
Al-Zarqali conçoit un astrolabe universel, une innovation technique remarquable car contrairement aux astrolabes classiques, qui devaient être adaptés à une latitude donnée, le sien pouvait fonctionner à toutes les latitudes, rendant son usage plus souple pour les astronomes, navigateurs et astrologues.
Ce fut une révolution instrumentale, diffusée dans le monde islamique comme en Occident.
- Écriture du Sahîh al-Zīj ("Traité vérifié des tables astronomiques")
Dans ce traité, Al-Zarqali défend un modèle épicyclique légèrement différent de celui de Ptolémée. Il introduit une longitude variable du Soleil et donne des formules très précises pour le calcul des positions célestes.
Nicolas Copernic fut un astronome, mathématicien et chanoine polonais dont les travaux ont profondément transformé la compréhension de l’univers. Son principal apport en astronomie est la formulation du modèle héliocentrique, une révolution intellectuelle qui marque le début de l’astronomie moderne.
Avant Copernic, l’univers était conçu selon le modèle géocentrique de Ptolémée, où la Terre se trouvait au centre, immobile, et tous les astres tournaient autour d’elle.
Vers 1510–1530, Copernic, notamment inspiré par les révisions des grands penseurs arabes (mais aussi par Aristarque), élabore un nouveau modèle cosmologique où:
Ce modèle permettait d’expliquer les rétrogradations planétaires (le mouvement apparent en arrière de certaines planètes) de façon plus naturelle que le système de Ptolémée, qui nécessitait des épicycles complexes.
Attention, Copernic n’a pas prouvé que le Soleil était au centre de l’univers, cela viendra plus tard, mais il a déplacé le centre de gravité de la pensée humaine en mettant la Terre en mouvement, il a ouvert la voie à une vision scientifique, dynamique et décentrée de l’univers.
À court terme, peu d’astronomes adhérèrent à sa vision, car elle allait à l’encontre des Écritures et du sens commun (on ne "sent" pas la Terre bouger).
Mais à long terme, son œuvre inspira profondément des figures comme Galilée, Kepler et Newton, qui fourniront ensuite les preuves observationnelles (lunette, lois des orbites, gravitation) confirmant et dépassant son modèle.
L’Église catholique mit De revolutionibus à l’Index des livres interdits en 1616, à cause de son incompatibilité avec la lecture littérale de la Bible.
Tycho Brahe (1546–1601) fut un astronome danois dont les contributions à l’astronomie reposent principalement sur l’extrême précision de ses observations à l’œil nu, à une époque qui précède l’invention de la lunette astronomique.
Observation de la "nouvelle étoile" de 1572
En 1572, Tycho observa une supernova dans la constellation de Cassiopée (la "nova stella") et démontra que cette étoile n’était pas un phénomène atmosphérique, comme on le croyait à l’époque. Cela prouvait que le ciel des étoiles fixes n’était pas immuable, contredisant un dogme aristotélicien majeur.
C’est l’un des premiers grands coups portés à la cosmologie antique.
L'observation de la comète de 1577
Tycho observa cette comète pendant plusieurs semaines et montra, grâce à des mesures de parallaxe, qu’elle se trouvait au-delà de l’orbite lunaire, ce qui allait contre la théorie des sphères célestes solides d’Aristote et Ptolémée. Cela renforçait l’idée que les corps célestes pouvaient se mouvoir librement dans l’espace.
Un modèle cosmologique intermédiaire : le "système de Tycho"
Tycho rejette le modèle copernicien pour des raisons religieuses et physiques (absence de parallaxe stellaire mesurable à l’époque), mais il reconnaît les insuffisances du modèle géocentrique pur.
Il propose donc un modèle géo-héliocentrique hybride:
En 1599, Tycho Brahe engage Johannes Kepler comme assistant à Prague. À sa mort en 1601, Kepler hérite de toutes ses données d’observation, en particulier celles sur la planète Mars. Grâce à ces données, Kepler découvrira ses trois lois du mouvement planétaire, fondations de la mécanique céleste moderne.
Sans les observations de Tycho, ces découvertes n’auraient probablement pas été possibles à ce moment-là.
Tycho Brahe fut un astronome de transition, entre l’observation ancienne et la science moderne. S’il n’a pas adhéré à l’héliocentrisme, sa méthode rigoureuse et empirique a préparé la Révolution scientifique. Il a, en somme, donné les yeux à Kepler, qui a su ensuite voir plus loin.
Il est l’une des figures fondatrices de la science moderne, et un pionnier majeur de l’astronomie instrumentale. Grâce à ses observations au télescope, à sa méthode expérimentale et à sa défense du système héliocentrique de Copernic, Galilée a profondément bouleversé notre vision du cosmos. Il a été l’un des premiers à affirmer que le ciel n’était pas immuable, mais bien fait de matière sujette au changement, tout comme la Terre.
Utilisation du télescope pour observer le ciel
En 1609, après avoir entendu parler de l’invention de la lunette optique aux Pays-Bas, Galilée en construit une version améliorée et la tourne vers le ciel. Il devient ainsi le premier à utiliser un instrument d’optique pour explorer l’Univers. Ses découvertes ont un impact colossal.
- Les phases de Vénus
Il observe que Vénus présente des phases similaires à celles de la Lune, ce qui confirme que la planète tourne autour du Soleil et non autour de la Terre, un argument crucial en faveur de l’héliocentrisme.
- Les satellites de Jupiter (lunes galiléennes)
En 1610, il découvre quatre lunes orbitant autour de Jupiter : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Cela prouve qu’un corps céleste peut posséder des satellites, donc tout ne tourne pas autour de la Terre.
Il a profondément transformé l'astronomie grâce à plusieurs contributions majeures qui ont marqué une rupture décisive dans la compréhension de l’univers.
La loi de la gravitation universelle
C’est sans doute sa contribution la plus célèbre. Dans son œuvre majeure Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687), Newton énonce que tous les corps de l’univers s’attirent mutuellement avec une force proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Cette loi permet, pour la première fois, d’expliquer à la fois la chute des corps sur Terre et le mouvement des planètes dans le ciel par une même force naturelle: la gravité.
Grâce à cette loi, Newton parvient à démontrer que le mouvement elliptique des planètes, décrit empiriquement par Kepler, découle d’une loi physique universelle. Cela explique également la trajectoire des comètes, autrefois considérées comme imprévisibles mais avant tout a unifier la physique terrestre et la physique céleste dans une même théorie cohérente.
Révolution optique et conception du télescope
Newton a aussi joué un rôle pionnier dans l’optique astronomique. Il démontra que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs du spectre visible, en utilisant un prisme.
Mais surtout, pour éviter les aberrations chromatiques des lunettes astronomiques, il construisit en 1668 le premier télescope à miroir: le télescope de Newton, ou télescope newtonien. Cette innovation majeure permet une image plus nette et plus lumineuse, sans dispersion de la lumière. C’est un modèle encore très utilisé aujourd’hui, notamment par les astronomes amateurs.
La mécanique céleste moderne
En combinant ses lois du mouvement et sa loi de gravitation, Newton fonda la mécanique céleste moderne. Il montra qu’on pouvait, à partir de principes mathématiques simples, prédire le mouvement des planètes, des satellites, et même des marées.
Héritage et impact durable
Newton établit les fondations sur lesquelles reposera toute l’astronomie physique jusqu’au XXe siècle. Il inspira Laplace qui développa une mécanique céleste analytique, Einstein, dont la théorie de la relativité générale peut être vue comme un approfondissement et une généralisation de la gravitation newtonienne mais encore toute l’astronautique moderne, qui utilise encore les équations de Newton pour lancer satellites et sondes.
En résumé, Isaac Newton a donné à l’astronomie ses lois fondamentales, unifiant le mouvement des astres et les phénomènes terrestres sous une même science mathématisée. Son œuvre a permis à l’homme de ne plus seulement observer le ciel, mais de le comprendre et le prédire, ouvrant la voie à l’exploration de l’univers.
Les XVIIIe et XIXe siècles ont été des périodes d’immenses progrès en astronomie. Grâce à l’amélioration des instruments d’observation, à l’essor des mathématiques et à l’émergence de nouvelles théories, l’humanité a considérablement approfondi sa compréhension du cosmos. Voici les principales découvertes astronomiques de ces deux siècles, regroupées par thème et ordre chronologique.
Edmond Halley (1656–1742) fut l’un des astronomes les plus brillants de son époque, et ses contributions à l’astronomie sont aussi variées que décisives, bien qu’il soit surtout connu pour avoir prédit le retour de la comète qui porte aujourd’hui son nom.
Catalogue des étoiles de l’hémisphère sud
En 1676, Halley est envoyé sur l’île de Sainte-Hélène dans l’Atlantique Sud afin d’observer les étoiles de l’hémisphère austral, encore très mal connues à l’époque. Il y établit un catalogue de 341 étoiles méridionales, publié en 1679. Ce travail représente une contribution capitale à la cartographie du ciel et complète celui de Tycho Brahe pour l’hémisphère nord.
Étude du mouvement propre des étoiles
En comparant ses relevés avec ceux d’Hipparque et de Tycho Brahe, Halley remarque que certaines étoiles, notamment Sirius, Arcturus et Aldébaran, semblent avoir changé de position. Il en déduit que les étoiles ne sont pas fixes, mais se déplacent dans le ciel au fil du temps. Il est ainsi le premier à identifier le mouvement propre des étoiles.
Théorie du mouvement de la Lune
Halley étudia également les irrégularités du mouvement lunaire. Il observa que les éclipses anciennes ne correspondaient pas parfaitement aux calculs modernes, ce qui le mena à proposer que la vitesse de la Lune augmente avec le temps, un effet réel qu’on appellera plus tard l’accélération séculaire de la Lune.
William Herschel (1738–1822) fut l’un des astronomes les plus influents de la fin du XVIIIe siècle. Originaire d’Allemagne mais installé en Angleterre, il révolutionna l’astronomie non seulement par ses découvertes, mais aussi par sa méthode rigoureuse d’observation et sa capacité à construire lui-même des télescopes d’une qualité exceptionnelle.
Découverte de lunes et d’anneaux
Herschel découvre par la suite deux satellites d’Uranus : Titania et Oberon (1787). Il identifie également deux lunes de Saturne : Mimas et Encelade (1789).
Il observe les anneaux de Saturne avec plus de précision que ses prédécesseurs et décrit leur structure comme étant composée de nombreux petits corps.
Premiers relevés de la structure de la Voie lactée
En balayant le ciel avec ses télescopes, Herschel essaie de cartographier la Voie lactée. Il propose un premier modèle de la forme de notre galaxie, qu’il imagine comme un disque plat avec le Soleil approximativement au centre (erreur compréhensible à l’époque). Bien que ce modèle soit incorrect dans les détails, c’est la première tentative d’étude de la structure galactique.
Ces objets deviendront une base pour le New General Catalogue (NGC) utilisé encore aujourd’hui par les astronomes.
Construction de télescopes géants
Herschel construit lui-même ses instruments, perfectionnant les techniques de fabrication de miroirs en métal poli. En 1789, il achève un télescope de 1,20 mètre de diamètre et 12 mètres de long, le plus grand du monde à l’époque.
Ces instruments lui permettent des observations bien plus précises que celles possibles avec les lunettes astronomiques précédentes.
Découverte du rayonnement infrarouge (1800)
En plaçant un thermomètre au-delà du spectre visible rouge de la lumière solaire, Herschel découvre un rayonnement invisible qui chauffe davantage qu’une lumière visible : le rayonnement infrarouge.
Cette expérience est fondatrice de l’astronomie infrarouge, bien que son importance ne soit pleinement reconnue qu’au 20e siècle.
Herschel propose que les nébuleuses ne soient pas forcément des « amas d’étoiles » mais des gaz en cours de condensation, anticipant les théories sur la formation stellaire.
Il avance aussi que certaines étoiles binaires sont réellement en orbite l'une autour de l'autre, et non des coïncidences optiques: cela ouvre la voie à l’étude de la dynamique stellaire.
Charles Messier publie son célèbre catalogue d’objets nébuleux (nébuleuses, amas, galaxies), dont M1 (nébuleuse du Crabe) ou M31 (galaxie d’Andromède).
Cette découverte marque le triomphe de la gravitation newtonienne: une planète inconnue est localisée grâce aux lois de la physique, avant même d’être observée.
Cela ouvre le débat. Sont-elles des objets à l’intérieur de notre galaxie ou bien des « univers-îles » lointains (ce que l’on confirmera au 20e siècle) ?
En 1887 est lancé le projet Carte du Ciel, première tentative de photographier systématiquement tout le ciel.
Le 20e siècle a été une période de révolution scientifique majeure en astronomie, marquée par une transformation radicale de notre compréhension de l’Univers. Grâce à l’avènement de nouveaux instruments, de l’astrophysique moderne et de l’exploration spatiale, les astronomes ont repoussé les limites du visible et du connaissable.
Des le début du 20e siècle, Albert Einstein (1879 - 1955) va révolutionner notre compréhension de la gravité et de l'espace-temps. Bien que ses travaux aient d’abord été théoriques et non spécifiquement destinés à l’astronomie, ses théories de la relativité ont jeté les bases de l’astrophysique moderne. Les conséquences de ses idées sont immenses et se retrouvent dans presque tous les domaines de l’astronomie contemporaine.
Dans sa théorie de la relativité restreinte, Einstein établit que la vitesse de la lumière est une constante universelle, indépendante du mouvement de la source ou de l’observateur.
Le temps et l’espace ne sont pas absolus, mais dépendent du référentiel d’observation. L’équation célèbre E = mc² montre l’équivalence entre la masse et l’énergie.
En 1912, Henrietta Swan Leavitt (1868–1921), une astronome américaine, publie un article fondamental dans lequel elle remarque, en étudiant des dizaines de Céphéides dans le Petit Nuage de Magellan, que plus la période de variation d'une Céphéide (une étoile variable pulsante dont la luminosité varie de manière régulière, sur des périodes allant de quelques jours à quelques dizaines de jours) est longue, plus sa luminosité absolue est grande.
Cette relation mathématique entre la période (durée du cycle de variation) et la luminosité intrinsèque devient connue sous le nom de loi période-luminosité de Leavitt.
En 1929, Hubble établit une relation linéaire entre la vitesse d’éloignement des galaxies (mesurée grâce à leur redshift) et leur distance à la Terre (déduite grâce aux Céphéides): plus une galaxie est lointaine, plus elle s’éloigne vite.
C’est ce qu’on appelle aujourd’hui la loi de Hubble. Elle s’écrit :
v = H₀ × d
(v = vitesse, d = distance, H₀ = constante de Hubble)
Hubble n’a pas découvert seul l’expansion de l’univers. Georges Lemaître (1894–1966) en avait déjà déduit l’existence par des raisonnements théoriques.
Lemaître, prêtre catholique belge, physicien et astronome, publie en effet un article fondamental en français en 1927: "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant, rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques"
Dans cet article, deux ans avant Hubble, il applique les équations de la relativité générale à un modèle dynamique de l’univers pour en déduit que l’univers n’est pas statique, mais en expansion.
Il utilise les observations disponibles (notamment les redshifts de Vesto Slipher) pour estimer la constante d’expansion (ce qu’on appellera plus tard la constante de Hubble) et propose que les galaxies s’éloignent les unes des autres selon une loi linéaire: v = H × d
Lemaître anticipe les conclusions de Hubble (cependant, Hubble a apporté la preuve observationnelle de cette expansion), mais son article passe inaperçu car il est publié dans une revue belge peu lue. Ce n’est qu’en 1931 qu’il est traduit en anglais à la demande d’Eddington.
Le fond diffus cosmologique (ou Cosmic Microwave Background, CMB) est un rayonnement fossile émis 380 000 ans après le Big Bang, en quelque sorte, "la lueur du Big Bang" lorsque l'Univers est devenu transparent.
L'objet est confirmé comme transneptunien et nommé Pluton. Pendant des décennies, Pluton fut considérée comme la 9e planète du Système solaire, avant d'être reclassée en planète naine en 2006.
- Mariner 10 en 1973 va utiliser l'assistance gravitationnelle de Vénus pour atteindre Mercure et réaliser le premier survol de cette planète. On découvre une surface similaire a celle de la Lune.
Après les survols de Mariner, la NASA veut étudier Mars de près. Elle veut notamment analyser le sol et chercher des traces de vie. Viking 1 est lancée le 20 août 1975 et atterrit le 20 juillet 1976. Viking 2, lancée le 9 septembre 1975, atterrit le 3 septembre 1976.
La NASA profite d’un alignement rare des planètes (1 fois tous les 175 ans) pour lancer deux sondes vers les géantes gazeuses afin d'en étudier les atmosphères, les lunes et les anneaux, mais aussi y chercher des signes de vie (par exemple dans les océans sous-glaciaires).
Voyager 1 est lancée le 5 Septembre 1977 vers Jupiter (1979) et Saturne (1980) avant de continuer son chemin dans l'espace interstellaire en 2012. C'est cette sonde qui a pris le "Portrait de Famille" (1990), incluant la célèbre photo "Pale Blue Dot" (la Terre à 6 milliards de km).
Lancée en 1989, la sonde Galileo de la NASA a été la première à se mettre en orbite autour de Jupiter et à étudier en détail la planète géante, ses lunes et son environnement magnétique. Sa mission a duré 14 ans, révélant des découvertes majeures sur le système jovien.
Le télescope spatial Hubble est l’un des instruments scientifiques les plus emblématiques de l’histoire de l’astronomie moderne. Placé en orbite autour de la Terre, au-dessus de l’atmosphère qui trouble les observations depuis le sol, Hubble nous offre encore une vue inégalée de l’Univers et a permis des découvertes majeures dans presque tous les domaines de l’astrophysique.
Le télescope spatial Hubble a coûté environ 2,5 milliards de dollars au moment de son lancement en 1990. Autant dire que les enjeux sont considérables !
Problème initial (1990) et mission de réparation (1993)
La réparation du télescope spatial Hubble est l’un des épisodes les plus emblématiques de l’histoire de l’exploration spatiale. Elle a permis de transformer ce qui aurait pu être un échec coûteux en un triomphe scientifique.
La mission Mars Pathfinder, lancée par la NASA, a atterri avec succès sur Mars le 4 juillet 1997, dans la région d’Ares Vallis, une plaine martienne potentiellement façonnée par d’anciens écoulements d’eau.
Cette mission a aussi marqué le retour de la NASA sur Mars après deux décennies d’absence, et a suscité un immense engouement public à l’époque, notamment via les premières images diffusées sur Internet.
Mais tout cela n'est pas arrivé en un soir, voici les grandes dates de l'exploration spatiale humaine.
Années 1960 : L’ère des pionniers
Le module lunaire Eagle piloté par Buzz Aldrin se pose en Mer de la Tranquillité le 20 Juillet à 20h17 GMT. Armstrong annonce alors: "Houston, ici la base de la Tranquillité. L'Aigle a atterri".
Il faudra attendre quelques heures de plus le 21 Juillet, à 2h56 GMT pour que Neil Armstrong pose le pied sur la Lune. Sa phrase est restée historique: "C'est un petit pas pour l'homme, un bond de géant pour l'humanité". 20 minutes plus tard, Buzz Aldrin le rejoint, décrivant le paysage comme une "magnifique désolation".
Saliout 1 (ou Salyut 1 en transcription anglaise, "Салют-1") a été une réalisation majeure et une première historique dans la conquête spatiale.
Lancée le 19 avril 1971 par une fusée Proton depuis le cosmodrome de Baïkonour, elle est la première station spatiale jamais placée en orbite avec succès. Son poids était d'environ 18,6 tonnes pour une longueur de 15 mètres.
L'objectif principal de Saliout 1 était de démontrer qu'il était possible pour des humains de vivre et de travailler dans l'espace pendant de longues périodes, ouvrant la voie à une présence humaine permanente en orbite. Les missions prévues incluaient des expériences scientifiques en microgravité, des tests technologiques des systèmes de la station mais aussi des observations astronomiques et de la Terre.
La station fut construite à partir d'un étage supérieur de fusée Saturn S-IVB reconverti. Elle comprenait un atelier orbital (espace de vie et de travail principal), un module d'amarrage pour les vaisseaux Apollo, et l'Apollo Telescope Mount (ATM), un observatoire solaire.
- 1977-1986: Série de stations soviétiques Saliout et début du programme Mir.
- 1981: premier vol de la navette spatiale américaine (Columbia).
- 1984: premières sorties en scaphandre autonome (MMU).
La station était composée d'un module central qui servait de lieu de vie et de cœur opérationnel. Au fil du temps, 5 modules sont venus s'y amarrer:
Crise Cosmologique en Europe
Après Ptolémée, l’astronomie européenne connaît un long ralentissement, voire un quasi arrêt des découvertes, pendant près de 1000 ans. Cette période, parfois appelée à tort "âge sombre", s’explique par un ensemble de facteurs plutôt que par un manque d’intérêt pour le ciel, et particulièrement: la chute de l'Empire romain et émergence et le développement de l'Eglise catholique.
Après la chute de l’Empire romain d’Occident en 476, l’Europe entre dans une période d'instabilité politique, économique et culturelle. Les structures de transmission du savoir antique (bibliothèques, écoles, académies) disparaissent ou se réorientent vers la religion.
Non seulement l’Almageste de Ptolémée est un système extrêmement cohérent, mathématiquement puissant et prédictif, mais surtout, l’Église chrétienne adopte cette vision comme conforme à la théologie biblique. Toute remise en cause du modèle était perçue comme une atteinte à l’ordre cosmique et religieux, freinant l’innovation.
Ajoutons a cela que l’éducation est dominée par les monastères, où les sciences naturelles sont secondaires, voire suspectes. Le christianisme médiéval voit dans l’astronomie une tentation païenne ou une menace à la doctrine (l’idée d’un univers infini ou en mouvement pouvant sembler hérétique). Le modèle cosmique devient symbolique plutôt que scientifique : les cieux sont les lieux de Dieu et des anges, et non des objets physiques à analyser.
Ainsi, le modèle de Ptolémée est devenu incontestable pendant des siècles... et même plus d'un millénaire !
L'Âge d'Or de l'Astronomie Islamique: 8e - 13e siècles
Tandis que l’Europe stagne, le monde arabo-musulman devient, entre le 8et le 13siècle, le grand foyer de la science. Les astronomes comme Al-Khwarizmi, Al-Battani, Al-Zarqali, Al-Tusi corrigent et enrichissent le système ptolémaïque.
Ce savoir sera redécouvert par l’Europe au Moyen Âge tardif, notamment via l’Espagne andalouse et les traductions latines.
S'inspirant des Grecs et leurs écrits, le monde arabe développe de nouveaux instruments (astrolabe perfectionné, quadrants), construit des observatoires sophistiqués pour observer les étoiles et créent des tables astronomiques. Cela contribuera a l'amélioration des modèles ptolémaïques.
Al-Battani (vers 858 – 929)
- l’inclinaison de l’écliptique (qu’il mesure à 23° 35’, très proche de la valeur réelle)
- la durée de l’année solaire, qu’il calcule à 365 jours, 5 heures, 46 minutes et 24 secondes, soit seulement 2 minutes d’erreur comparé à la valeur actuelle.
Il ne remettra pas en cause le modèle géocentrique de Ptolémée , mais il en corrigera certaines erreurs importantes. Il constate par exemple que l’orbite du Soleil n’est pas parfaitement circulaire et remplace certains dispositifs compliqués de Ptolémée (comme l’équan) par des modèles plus simples, mais tout aussi précis. Il améliore également les calculs des équinoxes, solstices, et phases de la Lune.
Il découvre par ailleurs la variation de l’aphélie du Soleil. Il observe que la position du Soleil à son apogée (ou aphélie) change lentement au fil du temps, anticipant ce que l’on appelle aujourd’hui la précession de l’ellipse terrestre.
Cette variation de l’orbite du Soleil autour de la Terre (selon son modèle) traduit en réalité un phénomène héliocentrique, mais à son époque cela restait encore inconcevable.
Al-Battani est l’un des premiers à utiliser la trigonométrie dans les calculs astronomiques, remplaçant progressivement les méthodes géométriques grecques par une approche algébrique et trigonométrique. Il introduit l’usage du sinus, du cosinus et de la tangente dans ses calculs. Il établit de nombreuses formules trigonométriques, encore utilisées aujourd’hui.
Son œuvre principale est le Kitāb al-Zīj (le "Livre des Tables"), un traité monumental rassemblant ses observations et ses calculs. Il est traduit en latin au XIIe siècle sous le titre De Scientia Stellarum.
Ce texte influencera durablement les astronomes européens, notamment Copernic, Regiomontanus, Tycho Brahe et Kepler.
Son œuvre principale est le Kitāb al-Zīj (le "Livre des Tables"), un traité monumental rassemblant ses observations et ses calculs. Il est traduit en latin au XIIe siècle sous le titre De Scientia Stellarum.
Ce texte influencera durablement les astronomes européens, notamment Copernic, Regiomontanus, Tycho Brahe et Kepler.
Al-Sufi (903-986)
Al-Sufi (nom complet : Abd al-Rahman al-Sufi, parfois latinisé en Azophi) fut un éminent astronomepersan du Xe siècle, né en 903 à Rey (près de l’actuelle Téhéran) et mort en 986. Il est surtout célèbre pour avoir fusionné l’héritage grec (notamment le catalogue d’Hipparque et de Ptolémée) avec les observations propres à la tradition islamique et à son époque. Son œuvre a eu une influence profonde et durable, tant dans le monde islamique que dans l’Europe médiévale.
Son œuvre majeure s’intitule en arabe: "Kitāb Ṣuwar al-Kawākib al-Thābita" , ou Le Livre des Constellations des Étoiles Fixes, achevé en 964.
Cet ouvrage est l’un des premiers manuels d’astronomie illustrés de l’histoire. C'est une mise à jour critique - et illustrée donc - du catalogue de Ptolémée, tiré de l’Almageste, enrichi par des observations propres d’Al-Sufi, des descriptions plus précises des constellations, des illustrations détaillées montrant les étoiles sous deux angles.
Al-Sufi compare systématiquement les données de Ptolémée (magnitudes, positions) avec ses propres observations réalisées depuis la Perse. Il corrige les magnitudes apparentes de nombreuses étoiles, il ajuste leurs coordonnées (longitude et latitude célestes), il ajoute des commentaires culturels (noms arabes, légendes, positions saisonnières).
C’est un effort de synthèse entre science grecque et traditions arabes, marquant une grande rigueur scientifique.
L’un de ses apports les plus remarquables est la première mention historique connue de la galaxie d’Andromède. Al-Sufi décrit un "petit nuage flou" dans la constellation d’Andromède.
Ce "nuage" est aujourd’hui reconnu comme la galaxie M31, visible à l’œil nu par ciel clair.
Le Livre des étoiles fixes a été copié pendant des siècles, souvent accompagné de magnifiques illustrations manuscrites. Il a influencé les astronomes musulmans et les savants européens du Moyen Âge, via les traductions latines ultérieures. L’astronome Johann Bayer et d’autres se sont appuyés sur ses travaux pour établir des cartes stellaires modernes.
Ce "nuage" est aujourd’hui reconnu comme la galaxie M31, visible à l’œil nu par ciel clair.
Le Livre des étoiles fixes a été copié pendant des siècles, souvent accompagné de magnifiques illustrations manuscrites. Il a influencé les astronomes musulmans et les savants européens du Moyen Âge, via les traductions latines ultérieures. L’astronome Johann Bayer et d’autres se sont appuyés sur ses travaux pour établir des cartes stellaires modernes.
En son honneur, un cratère lunaire a été baptisé "Azophi".
Ibn al-Haytham (965 - 1040)
Il faut avant tout souligner que l’approche scientifique d’Ibn al-Haytham est révolutionnaire pour son époque. Il insiste sur l’observation rigoureuse, l’expérimentation, et la vérification mathématique. Il rejette les simples arguments d’autorité (comme Aristote ou Ptolémée) s’ils ne sont pas vérifiés par l’expérience.
Dans plusieurs traités, Ibn al-Haytham remet en question le modèle géocentrique de Ptolémée, non pas parce qu’il propose une alternative (il reste géocentriste), mais parce qu’il dénonce les irrégularités géométriques du système (notamment l’usage de l’équan, qui viole le principe du mouvement circulaire uniforme). Il considère aussi que les hypothèses de Ptolémée ne sont pas en accord avec la physique d’Aristote.
Bien qu’il n’apporte pas de modèle alternatif au géocentrisme, son œuvre alimente un débat critique sur la validité du système ancien, essentiel pour faire évoluer l’astronomie.
Dans plusieurs traités, Ibn al-Haytham remet en question le modèle géocentrique de Ptolémée, non pas parce qu’il propose une alternative (il reste géocentriste), mais parce qu’il dénonce les irrégularités géométriques du système (notamment l’usage de l’équan, qui viole le principe du mouvement circulaire uniforme). Il considère aussi que les hypothèses de Ptolémée ne sont pas en accord avec la physique d’Aristote.
Bien qu’il n’apporte pas de modèle alternatif au géocentrisme, son œuvre alimente un débat critique sur la validité du système ancien, essentiel pour faire évoluer l’astronomie.
Cependant, son oeuvre maîtresse, le Kitāb al-Manāẓir (Le Livre de l'Optique), révolutionne la compréhension de la vision et de la lumière.
Il démolit l’idée grecque que la vision résulte d’un rayon émis par l’œil (théorie de l’émission) et démontre que la lumière entre dans l’œil depuis une source extérieure, ce qui jette les bases de l’optique moderne.
Il décrit avec précision la réfraction de la lumière dans différents milieux, le fonctionnement de l’œil humain et la formation des images sur une surface.
Ces concepts seront fondamentaux plus tard pour la construction de lentilles, lunettes astronomiques et télescopes, bien que ceux-ci apparaîtront bien après sa mort.
Son œuvre a été traduite en latin dès le XIIe siècle, notamment en Espagne (Toledo), sous le nom Alhazen.
Elle influence profondément les savants médiévaux comme Roger Bacon, Vitellion, Peuerbach, et les grands penseurs de la Renaissance, dont Kepler et même Descartes.
Kepler, en particulier, reconnaîtra l’importance des travaux d’Ibn al-Haytham sur la vision dans ses propres études sur l’optique astronomique.
Aujourd’hui, le cratère lunaire Alhazen porte son nom.
Kepler, en particulier, reconnaîtra l’importance des travaux d’Ibn al-Haytham sur la vision dans ses propres études sur l’optique astronomique.
Aujourd’hui, le cratère lunaire Alhazen porte son nom.
Al-Biruni (973 - 1050)
En astronomie, ses contributions sont aussi nombreuses que novatrices, et s’inscrivent dans une volonté de comprendre l’Univers par des mesures précises, des calculs rigoureux et une pensée critique.
- Mesure de la circonférence de la Terre: l’un des plus célèbres exploits d’Al-Biruni fut de calculer la circonférence de la Terre. Il utilisa une méthode ingénieuse basée sur la trigonométrie et la hauteur d’une montagne. En mesurant l’angle d’abaissement de l’horizon depuis le sommet, il put calculer le rayon terrestre, et donc la circonférence. Il trouva une valeur très proche de la réalité : environ 40 200 km, soit moins de 1% d’erreur par rapport à la valeur moderne.
- Son œuvre magistrale : al-Qānūn al-Mas‘ūdī, un traité en 11 volumes, rédigé vers 1030, souvent considéré comme son chef-d'œuvre en astronomie. Il contient des tables astronomiques très précises, des révisions des paramètres planétaires donnés par Ptolémée, des méthodes de calcul trigonométriques et sphériques, des réflexions théoriques sur le mouvement des astres et la structure de l’univers. Le Qānūn est une sorte d’encyclopédie astronomique qui anticipe les besoins d’une science d’observation moderne.
- Calcul des coordonnées géographiques par l’astronomie: Al-Biruni a combiné l’astronomie et la géographie pour déterminer la latitude et la longitude de centaines de villes du monde musulman et de l’Inde, les différences horaires entre les lieux, l’orientation de La Mecque (qibla) grâce à une méthode basée sur la sphère céleste. Il est l’un des précurseurs de la géodésie scientifique.
- Études sur la Lune et les éclipses: Al-Biruni s’est aussi intéressé aux phénomènes lunaires et solaires. Il a expliqué de façon rigoureuse la cause des éclipses, estimé la distance Terre-Lune et Terre-Soleil à l’aide d’observations d’éclipses, et il a compris que la lumière de la Lune est réfléchie, et non émise par elle-même.
L’un des aspects les plus fascinants d’Al-Biruni est son ouverture intellectuelle.
Il affirme qu’il n’est pas possible de trancher, par l’observation seule, entre le géocentrisme et l’héliocentrisme. Autrement dit, il envisage l’héliocentrisme (bien avant Copernic), sans pouvoir le prouver empiriquement.
Il critique les modèles trop géométriques sans base physique solide et adopte une posture de doute méthodique, une rareté pour son temps.
- Observation du ciel et instruments: Al-Biruni a contribué à l’amélioration des astrolabes et quadrants, à l’usage de méridiens pour calculer les durées des jours, à l’étude des étoiles fixes et de leur mouvement apparent et à la compréhension des phénomènes de réfraction atmosphérique (déviation des rayons lumineux à l’horizon).
Dans son livre Taḥqīq mā li-l-Hind, consacré à l’Inde, il étudie les calendriers hindous, les systèmes de coordonnées indiens ou encore la cosmologie religieuse et astronomique de l’Inde ancienne.
Il est l’un des premiers comparatistes des systèmes astronomiques, jetant des ponts entre civilisations.
Il est l’un des premiers comparatistes des systèmes astronomiques, jetant des ponts entre civilisations.
Comme beaucoup d'autres scientifiques du monde arabe, son œuvre fut redécouverte tardivement en Europe, mais resta très influente dans le monde islamique jusqu’à la Renaissance.
En 1970, l’astronome américain George Sarton écrivit :"Al-Biruni fut l’un des plus grands esprits scientifiques de tous les temps."
Un cratère lunaire porte aujourd’hui son nom : Al-Biruni.
En 1970, l’astronome américain George Sarton écrivit :"Al-Biruni fut l’un des plus grands esprits scientifiques de tous les temps."
Un cratère lunaire porte aujourd’hui son nom : Al-Biruni.
Al-Tusi (1201–1274)
Al-Tusi vécut à une époque marquée par l’instabilité politique (notamment les invasions mongoles), mais malgré cela, il fonda un observatoire exceptionnel à Maragha (actuel Iran), qui devint un centre scientifique majeur du XIIIe siècle.
- Création de l’observatoire de Maragha (1259)
Sous le patronage du souverain mongol Hülegü, Al-Tusi fonde l’observatoire de Maragha, qui possédait notamment des instruments astronomiques de grande précision (quadrants, armilles, sphères…), une équipe internationale de savants, une immense bibliothèque scientifique.
Cet observatoire est considéré comme l’un des modèles des grands observatoires modernes, comme celui d’Ulugh Beg à Samarcande ou de Tycho Brahe à Uraniborg.
- Le couple de Tusi : une révolution géométrique
Son invention la plus célèbre est le "couple de Tusi" (ou "Tusi couple"). Il s’agit d’un dispositif géométrique composé de deux cercles imbriqués. Il permet de transformer un mouvement circulaire uniforme en un mouvement linéaire oscillant.
Cette innovation était destinée à remplacer certains éléments problématiques du système ptolémaïque (comme l’équan), sans rompre avec le principe aristotélicien du mouvement circulaire parfait.
Ce mécanisme sera retrouvé, modifié, dans les écrits de Copernic : certains chercheurs pensent qu’il s’en est directement inspiré.
- Critique du système de Ptolémée. Al-Tusi ne remet pas en cause le géocentrisme, mais il critique ouvertement certains aspects du modèle de Ptolémée. Il dénonce le recours à des artifices mathématiques (comme l'équan) qui contredisent la physique d’Aristote. Il cherche des modèles mathématiquement équivalents, mais physiquement plus acceptables, dans une perspective de cohérence philosophique. Cette volonté d’unifier mathématiques et physique est essentielle dans l’histoire de l’astronomie.
- Son traité majeur : le Zīj-i Īlkhānī
Ce grand corpus astronomique compile des données d’observations précises (positions des planètes, durées, conjonctions…), des corrections des tables de Ptolémée et des modèles géométriques innovants.
Ce traité influencera plusieurs générations d’astronomes, notamment al-Shatir à Damas, puis Copernic indirectement.
Ce grand corpus astronomique compile des données d’observations précises (positions des planètes, durées, conjonctions…), des corrections des tables de Ptolémée et des modèles géométriques innovants.
Ce traité influencera plusieurs générations d’astronomes, notamment al-Shatir à Damas, puis Copernic indirectement.
Nasir al-Din al-Tusi fut un pionnier discret mais décisif dans la construction d’une astronomie mathématiquement rigoureuse et philosophiquement cohérente, à la charnière entre le monde antique et la Renaissance.
Omar Khayyam (1048 - 1131)
- La réforme du calendrier persan : un chef-d'œuvre de précision
L'apport le plus spectaculaire d’Omar Khayyam à l’astronomie est la réforme du calendrier solaire, entreprise à la demande du sultan Malik Shah (empire seldjoukide) autour de 1074–1079.
Sous sa direction, un groupe d’astronomes élabora le calendrier Jalālī (du nom du sultan Jalāl ad-Dawla Malik Shah). Ce calendrier repose sur l’année solaire réelle et non sur des approximations lunaires ou symboliques.
Voici ce qui le rend exceptionnel: il mesure l’année tropique à 365,24219858156 jours, soit une précision supérieure au calendrier grégorien (adopté en Europe en 1582). Il établit un cycle complexe d’années bissextiles, sans suivre une simple règle tous les 4 ans. Il aligne les saisons de manière stable sur le long terme.
En termes de décalage annuel, le calendrier Jalālī dérive de 1 jour en 5000 ans, contre 1 jour en 3300 ans pour le calendrier grégorien.
Ce calendrier a servi de base au calendrier iranien moderne, toujours en usage aujourd’hui, et considéré comme le plus précis jamais conçu manuellement.
En termes de décalage annuel, le calendrier Jalālī dérive de 1 jour en 5000 ans, contre 1 jour en 3300 ans pour le calendrier grégorien.
Ce calendrier a servi de base au calendrier iranien moderne, toujours en usage aujourd’hui, et considéré comme le plus précis jamais conçu manuellement.
- Observations astronomiques à l’observatoire d’Ispahan
Pour mener à bien la réforme du calendrier, Khayyam travaille à l’observatoire royal d’Ispahan, construit pour l’occasion.
L’équipe observe pendant plusieurs années les solstices et équinoxes, le mouvement apparent du Soleil et les conjonctions planétaires.
Ces observations permettent de recalibrer le cycle des saisons et de fixer le début de l’année au moment du Nowruz (l’équinoxe de printemps), à la minute près.
Al-Zarqali (ou Azarquiel, nom latinisé), né vers 1029 à Tolède (Espagne musulmane) et mort vers 1087, fut un astronome, mathématicien et ingénieur andalou. Il est considéré comme l’un des plus grands savants du monde islamique occidental (Al-Andalus), dont l’œuvre a profondément influencé l’astronomie médiévale arabo-musulmane et latine.
Pour mener à bien la réforme du calendrier, Khayyam travaille à l’observatoire royal d’Ispahan, construit pour l’occasion.
L’équipe observe pendant plusieurs années les solstices et équinoxes, le mouvement apparent du Soleil et les conjonctions planétaires.
Ces observations permettent de recalibrer le cycle des saisons et de fixer le début de l’année au moment du Nowruz (l’équinoxe de printemps), à la minute près.
Al-Zarqali (1029 - 1087)
- Création des Tables de Tolède
Al-Zarqali est l’un des auteurs principaux des Tables de Tolède, un ensemble de données astronomiques compilées à partir des travaux de Ptolémée qu’il corrige, d’astronomes arabes (comme Al-Battani), et de ses propres observations.
Ces tables contiennent les mouvements des planètes, les éclipses, les conjonctions astrales et des calendriers précis.
Ces tables furent traduites en latin dès le XIIe siècle et influencèrent profondément les astronomes européens jusqu’à Copernic.
- Découverte du déplacement de l’aphélie du Soleil
Al-Zarqali remarque que l’orbite du Soleil évolue dans le temps, et que la position de son aphélie se déplace lentement. Ce phénomène, aujourd’hui interprété comme la précession de l’orbite terrestre, avait aussi été entrevu par Al-Battani.
Il calcule ce mouvement à environ 12 secondes d’arc par an, une valeur très proche de celle mesurée aujourd’hui (11,6). Il propose une orbite elliptique en mouvement lent, en rupture avec l’idée d’un Soleil immobile par rapport aux étoiles fixes.
Cette idée contredit partiellement le modèle ptolémaïque et préfigure certaines intuitions du système héliocentrique.
- Construction de l'astrolabe universel
Al-Zarqali conçoit un astrolabe universel, une innovation technique remarquable car contrairement aux astrolabes classiques, qui devaient être adaptés à une latitude donnée, le sien pouvait fonctionner à toutes les latitudes, rendant son usage plus souple pour les astronomes, navigateurs et astrologues.
Ce fut une révolution instrumentale, diffusée dans le monde islamique comme en Occident.
- Écriture du Sahîh al-Zīj ("Traité vérifié des tables astronomiques")
Dans ce traité, Al-Zarqali défend un modèle épicyclique légèrement différent de celui de Ptolémée. Il introduit une longitude variable du Soleil et donne des formules très précises pour le calcul des positions célestes.
Ses travaux furent traduits dès le XIIe siècle par Gérard de Crémone et diffusés dans toute l’Europe. Ses idées sont connues de Regiomontanus, Peuerbach et Copernic.
Il est parfois mentionné comme "le Tolédan" dans les manuscrits latins et fut déterminant dans la transmission du savoir arabe vers l’Europe latine.
Déclin de l'Âge d'Or Islamique et Renaissance scientifique en Europe (15e - 17e siècles)
L'Âge d'or islamique a été une période de floraison scientifique et culturelle remarquable, notamment en astronomie, du 8e au 143 siècle. Son déclin et la simultanée renaissance de la science en Europe ont plusieurs explications.
Tout d'abord, l'Empire Abbaside se fragmente. Le pouvoir central de Bagdad s'affaibli pour donner naissance a des dynasties indépendantes, conduisant à une instabilité politique. Les califes, qui avaient auparavant soutenu généreusement la recherche scientifique (comme Al-Ma'mūn), ont vu leur influence et leurs ressources diminuer.
Ajoutons a cela les invasions mongoles qui, en 1258, vont conduire a la destruction de Bagdad. Un coup dévastateur pour les centres intellectuels, les bibliothèques et les observatoires.
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| Le siège de Bagdad en 1258 |
On observe également des changements au niveau des priorités intellectuelles. L'intérêt pour la science pure, comme l'astronomie théorique, a diminue au profit d'autres domaines et notamment d'une interprétation plus stricte des textes religieux. Certains érudits religieux ont commencé à exprimer une méfiance croissante envers la philosophie et les sciences rationnelles, considérées comme potentiellement déviantes.
Ainsi, dans certaines régions, des pressions religieuses ou sociales ont pu entraver l'innovation et la libre pensée, par exemple la destruction de l'observatoire de Constantinople en 1580 sous l'ordre du sultan Mourad III.
Alors que l'Europe est en plein révolution intellectuelle, le monde islamique ne connait pas de rupture radicale avec les modèles astronomiques établis (comme celui de Ptolémée), malgré des critiques et des raffinements significatifs.
Nicolas Copernic (1473-1543) ouvre la voie a l'astronomie moderne
Avant Copernic, l’univers était conçu selon le modèle géocentrique de Ptolémée, où la Terre se trouvait au centre, immobile, et tous les astres tournaient autour d’elle.
Vers 1510–1530, Copernic, notamment inspiré par les révisions des grands penseurs arabes (mais aussi par Aristarque), élabore un nouveau modèle cosmologique où:
- c'est le Soleil qui est au centre de l’univers (modèle héliocentrique).
- la Terre tourne sur elle-même en 24 heures, expliquant ainsi le mouvement apparent du ciel
- elle tourne aussi autour du Soleil en un an, comme les autres planètes connues à l’époque (Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne)
- la Lune tourne autour de la Terre (elle seule), ce qui conserve la réalité observable des phases et éclipses
- les étoiles fixes sont infiniment éloignées, et ne tournent pas autour de la Terre, leur mouvement apparent étant dû à la rotation terrestre
Ce modèle permettait d’expliquer les rétrogradations planétaires (le mouvement apparent en arrière de certaines planètes) de façon plus naturelle que le système de Ptolémée, qui nécessitait des épicycles complexes.
Son système héliocentrique est exposé et rigoureusement justifié dans son ouvrage majeur, publié en 1543, 'De revolutionibus orbium coelestium' (Des révolutions des sphères célestes), juste avant sa mort.
Il faut noter que ce livre a d’abord reçu un accueil timide. Ses implications philosophiques et religieuses étaient trop radicales pour l’époque. Il remettait en cause la centralité de l’homme dans l’univers.
Attention, Copernic n’a pas prouvé que le Soleil était au centre de l’univers, cela viendra plus tard, mais il a déplacé le centre de gravité de la pensée humaine en mettant la Terre en mouvement, il a ouvert la voie à une vision scientifique, dynamique et décentrée de l’univers.
La révolution Copernicienne est un bouleversement conceptuel plus qu’observationnel.
Contrairement à Galilée un siècle plus tard, Copernic n’avait pas de lunette astronomique et donc pas de preuve directe visuelle. Sa révolution fut théorique et géométrique : il montrait qu’un modèle centré sur le Soleil rendait les mouvements célestes plus simples à comprendre mathématiquement.
Cependant, l’idée principale que la Terre n’est pas au centre de l’univers fut une rupture immense pour l’époque !
Cependant, l’idée principale que la Terre n’est pas au centre de l’univers fut une rupture immense pour l’époque !
À court terme, peu d’astronomes adhérèrent à sa vision, car elle allait à l’encontre des Écritures et du sens commun (on ne "sent" pas la Terre bouger).
Mais à long terme, son œuvre inspira profondément des figures comme Galilée, Kepler et Newton, qui fourniront ensuite les preuves observationnelles (lunette, lois des orbites, gravitation) confirmant et dépassant son modèle.
L’Église catholique mit De revolutionibus à l’Index des livres interdits en 1616, à cause de son incompatibilité avec la lecture littérale de la Bible.
1546-1601 : Tycho Brahe
Bien qu’il ait résisté au modèle héliocentrique de Copernic, son travail a été déterminant pour la science moderne, notamment pour Johannes Kepler qui s’est appuyé sur ses données pour découvrir les lois du mouvement planétaire.
Principaux apports de Tycho Brahe à l’astronomie :
Tycho Brahe construisit et utilisa des instruments astronomiques monumentaux qu’il perfectionna lui-même, notamment des quadrants, astrolabes, sextants, et un grand cercle méridien permettant des mesures angulaires très fines.
Grâce à ces outils, il réalisa des observations d'une précision remarquable (à 1 arcminute près), sans lunette.
Principaux apports de Tycho Brahe à l’astronomie :
Tycho Brahe construisit et utilisa des instruments astronomiques monumentaux qu’il perfectionna lui-même, notamment des quadrants, astrolabes, sextants, et un grand cercle méridien permettant des mesures angulaires très fines.
Grâce à ces outils, il réalisa des observations d'une précision remarquable (à 1 arcminute près), sans lunette.
Il observa les positions exactes des planètes (Mars en particulier), de la Lune, du Soleil, et de centaines d’étoiles fixes (il a compilé un catalogue de plus de 1000 étoiles).
Observation de la "nouvelle étoile" de 1572
En 1572, Tycho observa une supernova dans la constellation de Cassiopée (la "nova stella") et démontra que cette étoile n’était pas un phénomène atmosphérique, comme on le croyait à l’époque. Cela prouvait que le ciel des étoiles fixes n’était pas immuable, contredisant un dogme aristotélicien majeur.
C’est l’un des premiers grands coups portés à la cosmologie antique.
L'observation de la comète de 1577
Tycho observa cette comète pendant plusieurs semaines et montra, grâce à des mesures de parallaxe, qu’elle se trouvait au-delà de l’orbite lunaire, ce qui allait contre la théorie des sphères célestes solides d’Aristote et Ptolémée. Cela renforçait l’idée que les corps célestes pouvaient se mouvoir librement dans l’espace.
Un modèle cosmologique intermédiaire : le "système de Tycho"
Tycho rejette le modèle copernicien pour des raisons religieuses et physiques (absence de parallaxe stellaire mesurable à l’époque), mais il reconnaît les insuffisances du modèle géocentrique pur.
Il propose donc un modèle géo-héliocentrique hybride:
- la Terre est immobile au centre,
- le Soleil tourne autour de la Terre,
- mais toutes les autres planètes tournent autour du Soleil...
Ce modèle cherchait à concilier les observations précises avec une cosmologie acceptable pour les autorités religieuses. Il fut assez influent au tournant du 17e siècle.
Ce modèle cherchait à concilier les observations précises avec une cosmologie acceptable pour les autorités religieuses. Il fut assez influent au tournant du 17e siècle.
En 1599, Tycho Brahe engage Johannes Kepler comme assistant à Prague. À sa mort en 1601, Kepler hérite de toutes ses données d’observation, en particulier celles sur la planète Mars. Grâce à ces données, Kepler découvrira ses trois lois du mouvement planétaire, fondations de la mécanique céleste moderne.
Sans les observations de Tycho, ces découvertes n’auraient probablement pas été possibles à ce moment-là.
Tycho Brahe fut un astronome de transition, entre l’observation ancienne et la science moderne. S’il n’a pas adhéré à l’héliocentrisme, sa méthode rigoureuse et empirique a préparé la Révolution scientifique. Il a, en somme, donné les yeux à Kepler, qui a su ensuite voir plus loin.
Johannes Kepler (1571–1630)
Johannes Kepler (1571–1630) fut un astronome, mathématicien et physicien allemand, dont les travaux ont profondément transformé l’astronomie en jetant les bases de la mécanique céleste moderne. Disciple intellectuel de Copernic et héritier des données d'observation de Tycho Brahe, Kepler a formulé les lois du mouvement planétaire, réfutant pour la première fois la notion de mouvements circulaires parfaits dans le ciel. Ses travaux ont aussi ouvert la voie à Newton et à la physique gravitationnelle.
Les Trois Lois du Mouvement Planétaire
Entre 1609 et 1619, Kepler formule trois lois fondamentales qui décrivent le mouvement des planètes autour du Soleil, à partir des observations de Tycho Brahe :
- Loi des orbites (1609): les planètes décrivent des orbites elliptiques, dont le Soleil occupe l’un des foyers. Cette loi rompt avec la tradition aristotélicienne et ptoléméenne qui imposait des cercles parfaits et des épicycles.
- Loi des aires (1609): une ligne imaginaire reliant une planète au Soleil balaie des aires égales en des temps égaux. Cela signifie que la vitesse d’une planète varie : elle est plus rapide quand elle est proche du Soleil (périhélie) et plus lente quand elle en est éloignée (aphélie).
Défense de l’héliocentrisme
Kepler fut l’un des premiers à adopter et défendre pleinement le système héliocentrique de Copernic, mais en le corrigeant: il abandonne l'idée que les orbites soient circulaires, et démontre qu’elles sont elliptiques.
Il fait ainsi passer l’héliocentrisme d’un modèle théorique à une réalité physique mathématiquement démontrable.
Kepler est l’un des premiers astronomes à rechercher des causes physiques aux mouvements célestes, et non plus seulement des modèles géométriques. Par ailleurs, il émet l’idée d’une force exercée par le Soleil, préfigurant la notion de gravitation.
Les Trois Lois du Mouvement Planétaire
Entre 1609 et 1619, Kepler formule trois lois fondamentales qui décrivent le mouvement des planètes autour du Soleil, à partir des observations de Tycho Brahe :
- Loi des orbites (1609): les planètes décrivent des orbites elliptiques, dont le Soleil occupe l’un des foyers. Cette loi rompt avec la tradition aristotélicienne et ptoléméenne qui imposait des cercles parfaits et des épicycles.
- Loi des aires (1609): une ligne imaginaire reliant une planète au Soleil balaie des aires égales en des temps égaux. Cela signifie que la vitesse d’une planète varie : elle est plus rapide quand elle est proche du Soleil (périhélie) et plus lente quand elle en est éloignée (aphélie).
- Loi des périodes (1619): le carré de la période orbitale d’une planète est proportionnel au cube de la distance moyenne au Soleil, soit : T² ∝ R³ . Cette relation mathématique lie harmonieusement la durée de révolution d’une planète à sa distance au Soleil, et montre que les mouvements célestes obéissent à des lois physiques précises.
Ses Œuvres majeures
"Astronomia Nova" (1609), dans lequel il présente les deux premières loi et "Harmonices Mundi" (1619), où il expose la troisième loi.
"Rudolphine Tables" (1627): regroupe des tables astronomiques extrêmement précises, basées sur ses lois et les données de Tycho, utilisées pendant plus d’un siècle.
"Astronomia Nova" (1609), dans lequel il présente les deux premières loi et "Harmonices Mundi" (1619), où il expose la troisième loi.
"Rudolphine Tables" (1627): regroupe des tables astronomiques extrêmement précises, basées sur ses lois et les données de Tycho, utilisées pendant plus d’un siècle.
Défense de l’héliocentrisme
Kepler fut l’un des premiers à adopter et défendre pleinement le système héliocentrique de Copernic, mais en le corrigeant: il abandonne l'idée que les orbites soient circulaires, et démontre qu’elles sont elliptiques.
Il fait ainsi passer l’héliocentrisme d’un modèle théorique à une réalité physique mathématiquement démontrable.
Kepler est l’un des premiers astronomes à rechercher des causes physiques aux mouvements célestes, et non plus seulement des modèles géométriques. Par ailleurs, il émet l’idée d’une force exercée par le Soleil, préfigurant la notion de gravitation.
Galileo Galilei (1564 -1642)
Utilisation du télescope pour observer le ciel
En 1609, après avoir entendu parler de l’invention de la lunette optique aux Pays-Bas, Galilée en construit une version améliorée et la tourne vers le ciel. Il devient ainsi le premier à utiliser un instrument d’optique pour explorer l’Univers. Ses découvertes ont un impact colossal.
- La Lune : un monde ''terrestre''
Galilée observe que la Lune possède des montagnes, des vallées et des cratères, contrairement à l’idée aristotélicienne d’une sphère parfaitement lisse et céleste. Cela prouve que les corps célestes ne sont pas parfaits, remettant en cause toute la cosmologie antique.
- Les étoiles de la Voie lactée
Il montre que la Voie lactée est composée d’une multitude d’étoiles invisibles à l’œil nu, révélant un ciel bien plus vaste qu’imaginé jusque-là.
Il montre que la Voie lactée est composée d’une multitude d’étoiles invisibles à l’œil nu, révélant un ciel bien plus vaste qu’imaginé jusque-là.
- Les phases de Vénus
Il observe que Vénus présente des phases similaires à celles de la Lune, ce qui confirme que la planète tourne autour du Soleil et non autour de la Terre, un argument crucial en faveur de l’héliocentrisme.
- Les satellites de Jupiter (lunes galiléennes)
En 1610, il découvre quatre lunes orbitant autour de Jupiter : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Cela prouve qu’un corps céleste peut posséder des satellites, donc tout ne tourne pas autour de la Terre.
- Les taches solaires
En observant des taches sombres mouvantes à la surface du Soleil, il démontre que le Soleil lui-même change, ce qui contredit encore une fois la doctrine d’un ciel immuable.
En observant des taches sombres mouvantes à la surface du Soleil, il démontre que le Soleil lui-même change, ce qui contredit encore une fois la doctrine d’un ciel immuable.
Méthode expérimentale et physique du mouvement
Bien que souvent plus célèbre pour son astronomie, Galilée est aussi un fondateur de la physique moderne. Il étudie le mouvement des corps et formule les premières lois de la chute libre. Il rejette l’autorité des textes anciens et insiste sur l’expérimentation et la mathématisation des phénomènes physiques. Il est l’un des premiers à unifier le ciel et la Terre sous les mêmes lois physiques.
Bien que souvent plus célèbre pour son astronomie, Galilée est aussi un fondateur de la physique moderne. Il étudie le mouvement des corps et formule les premières lois de la chute libre. Il rejette l’autorité des textes anciens et insiste sur l’expérimentation et la mathématisation des phénomènes physiques. Il est l’un des premiers à unifier le ciel et la Terre sous les mêmes lois physiques.
Procès et condamnation
En 1633, Galilée est jugé par l’Inquisition pour avoir soutenu ouvertement le système copernicien, jugé alors hérétique. Il est contraint d’abjurer ses convictions sous peine de torture, et placé en résidence surveillée jusqu’à la fin de sa vie.
En 1633, Galilée est jugé par l’Inquisition pour avoir soutenu ouvertement le système copernicien, jugé alors hérétique. Il est contraint d’abjurer ses convictions sous peine de torture, et placé en résidence surveillée jusqu’à la fin de sa vie.
Son procès devient un symbole du conflit entre science et autorité religieuse, et de la lente reconnaissance de l’héliocentrisme.
Héritage
Galilée fut l’un des premiers scientifiques modernes, alliant observation rigoureuse, raisonnement logique et courage intellectuel. Grâce à lui, l’astronomie devient une science fondée sur l’expérimentation et la preuve, et non plus sur l’autorité ou la spéculation. Il a ouvert les yeux de l’humanité sur un Univers plus vaste, plus dynamique, et bien plus étonnant que tout ce que les Anciens avaient imaginé.
Isaac Newton (1642–1727)
La loi de la gravitation universelle
C’est sans doute sa contribution la plus célèbre. Dans son œuvre majeure Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687), Newton énonce que tous les corps de l’univers s’attirent mutuellement avec une force proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Cette loi permet, pour la première fois, d’expliquer à la fois la chute des corps sur Terre et le mouvement des planètes dans le ciel par une même force naturelle: la gravité.
Grâce à cette loi, Newton parvient à démontrer que le mouvement elliptique des planètes, décrit empiriquement par Kepler, découle d’une loi physique universelle. Cela explique également la trajectoire des comètes, autrefois considérées comme imprévisibles mais avant tout a unifier la physique terrestre et la physique céleste dans une même théorie cohérente.
Les lois du mouvement
Newton formalise les trois lois du mouvement qui régissent tous les objets en mouvement :
Newton formalise les trois lois du mouvement qui régissent tous les objets en mouvement :
- Principe d’inertie: un corps reste au repos ou en mouvement rectiligne uniforme tant qu’aucune force n’agit sur lui.
- Relation entre force et accélération: F=maF = maF=ma, c’est-à-dire que la force appliquée à un objet est égale à sa masse multipliée par son accélération.
- Action et réaction: à toute action correspond une réaction de même intensité et de sens opposé.
Ces lois permettent de modéliser avec précision le mouvement des corps célestes, et sont à la base de la mécanique céleste moderne.
- Relation entre force et accélération: F=maF = maF=ma, c’est-à-dire que la force appliquée à un objet est égale à sa masse multipliée par son accélération.
- Action et réaction: à toute action correspond une réaction de même intensité et de sens opposé.
Ces lois permettent de modéliser avec précision le mouvement des corps célestes, et sont à la base de la mécanique céleste moderne.
Révolution optique et conception du télescope
Newton a aussi joué un rôle pionnier dans l’optique astronomique. Il démontra que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs du spectre visible, en utilisant un prisme.
Mais surtout, pour éviter les aberrations chromatiques des lunettes astronomiques, il construisit en 1668 le premier télescope à miroir: le télescope de Newton, ou télescope newtonien. Cette innovation majeure permet une image plus nette et plus lumineuse, sans dispersion de la lumière. C’est un modèle encore très utilisé aujourd’hui, notamment par les astronomes amateurs.
La mécanique céleste moderne
En combinant ses lois du mouvement et sa loi de gravitation, Newton fonda la mécanique céleste moderne. Il montra qu’on pouvait, à partir de principes mathématiques simples, prédire le mouvement des planètes, des satellites, et même des marées.
Ses travaux permirent de confirmer la validité des lois de Kepler à partir de principes physiques fondamentaux, de calculer les orbites de planètes, comètes, et lunes avec une grande précision mais aussi de comprendre les perturbations gravitationnelles entre planètes (ce qui mènera plus tard à la découverte de Neptune).
Héritage et impact durable
Newton établit les fondations sur lesquelles reposera toute l’astronomie physique jusqu’au XXe siècle. Il inspira Laplace qui développa une mécanique céleste analytique, Einstein, dont la théorie de la relativité générale peut être vue comme un approfondissement et une généralisation de la gravitation newtonienne mais encore toute l’astronautique moderne, qui utilise encore les équations de Newton pour lancer satellites et sondes.
En résumé, Isaac Newton a donné à l’astronomie ses lois fondamentales, unifiant le mouvement des astres et les phénomènes terrestres sous une même science mathématisée. Son œuvre a permis à l’homme de ne plus seulement observer le ciel, mais de le comprendre et le prédire, ouvrant la voie à l’exploration de l’univers.
18e et 19e siècles : l’astronomie se professionnalise
Edmond Halley (1656–1742)
La comète de Halley et la périodicité des comètes
En 1705, Halley publie Synopsis of the Astronomy of Comets, un ouvrage dans lequel il analyse les observations de 24 comètes apparues entre 1337 et 1698. En comparant les orbites, il conclut que les comètes observées en 1531, 1607 et 1682 sont en réalité une seule et même comète revenant à intervalle régulier de 76 ans.
Il prédit que cette comète reviendrait en 1758, ce qu’elle fit effectivement, validant ainsi sa théorie post mortem. Cet événement fut une confirmation éclatante que les comètes sont des corps célestes gravitant autour du Soleil et obéissant aux lois de la gravitation de Newton.
En 1705, Halley publie Synopsis of the Astronomy of Comets, un ouvrage dans lequel il analyse les observations de 24 comètes apparues entre 1337 et 1698. En comparant les orbites, il conclut que les comètes observées en 1531, 1607 et 1682 sont en réalité une seule et même comète revenant à intervalle régulier de 76 ans.
Il prédit que cette comète reviendrait en 1758, ce qu’elle fit effectivement, validant ainsi sa théorie post mortem. Cet événement fut une confirmation éclatante que les comètes sont des corps célestes gravitant autour du Soleil et obéissant aux lois de la gravitation de Newton.
Proche de Isaac Newton, Halley fut un grand défenseur des Principia Mathematica. Il joua un rôle fondamental dans leur publication en 1687, allant jusqu’à en financer l’impression. Halley appliqua les lois de Newton à l’étude du mouvement des comètes, validant ainsi la puissance prédictive de la mécanique céleste newtonienne.
Catalogue des étoiles de l’hémisphère sud
En 1676, Halley est envoyé sur l’île de Sainte-Hélène dans l’Atlantique Sud afin d’observer les étoiles de l’hémisphère austral, encore très mal connues à l’époque. Il y établit un catalogue de 341 étoiles méridionales, publié en 1679. Ce travail représente une contribution capitale à la cartographie du ciel et complète celui de Tycho Brahe pour l’hémisphère nord.
Étude du mouvement propre des étoiles
En comparant ses relevés avec ceux d’Hipparque et de Tycho Brahe, Halley remarque que certaines étoiles, notamment Sirius, Arcturus et Aldébaran, semblent avoir changé de position. Il en déduit que les étoiles ne sont pas fixes, mais se déplacent dans le ciel au fil du temps. Il est ainsi le premier à identifier le mouvement propre des étoiles.
Théorie du mouvement de la Lune
Halley étudia également les irrégularités du mouvement lunaire. Il observa que les éclipses anciennes ne correspondaient pas parfaitement aux calculs modernes, ce qui le mena à proposer que la vitesse de la Lune augmente avec le temps, un effet réel qu’on appellera plus tard l’accélération séculaire de la Lune.
1738-1822 : William Herschel
Découverte d'Uranus (1781)
C’est sa contribution la plus célèbre. Herschel découvre par hasard une nouvelle planète en observant le ciel avec son télescope. Il pensait d'abord à une comète, mais l’analyse de son mouvement révéla qu’il s’agissait d’un astre au comportement planétaire.
Cette découverte étend le Système solaire pour la première fois depuis l’Antiquité et marque un tournant historique dans l'astronomie moderne.
C’est sa contribution la plus célèbre. Herschel découvre par hasard une nouvelle planète en observant le ciel avec son télescope. Il pensait d'abord à une comète, mais l’analyse de son mouvement révéla qu’il s’agissait d’un astre au comportement planétaire.
Cette découverte étend le Système solaire pour la première fois depuis l’Antiquité et marque un tournant historique dans l'astronomie moderne.
Découverte de lunes et d’anneaux
Herschel découvre par la suite deux satellites d’Uranus : Titania et Oberon (1787). Il identifie également deux lunes de Saturne : Mimas et Encelade (1789).
Il observe les anneaux de Saturne avec plus de précision que ses prédécesseurs et décrit leur structure comme étant composée de nombreux petits corps.
Premiers relevés de la structure de la Voie lactée
En balayant le ciel avec ses télescopes, Herschel essaie de cartographier la Voie lactée. Il propose un premier modèle de la forme de notre galaxie, qu’il imagine comme un disque plat avec le Soleil approximativement au centre (erreur compréhensible à l’époque). Bien que ce modèle soit incorrect dans les détails, c’est la première tentative d’étude de la structure galactique.
Herschel découvre des centaines de nébuleuses et d’amas d’étoiles, beaucoup d’entre eux invisibles à l’œil nu. Il crée un catalogue de plus de 2 500 objets célestes, que sa sœur Caroline Herschel contribuera à observer et documenter. Elle-même astronome, elle découvre plusieurs comètes et contribue à ses travaux. Le duo Herschel marque une des premières collaborations scientifiques mixtes majeures en astronomie.
Ces objets deviendront une base pour le New General Catalogue (NGC) utilisé encore aujourd’hui par les astronomes.
Construction de télescopes géants
Herschel construit lui-même ses instruments, perfectionnant les techniques de fabrication de miroirs en métal poli. En 1789, il achève un télescope de 1,20 mètre de diamètre et 12 mètres de long, le plus grand du monde à l’époque.
Ces instruments lui permettent des observations bien plus précises que celles possibles avec les lunettes astronomiques précédentes.
Découverte du rayonnement infrarouge (1800)
En plaçant un thermomètre au-delà du spectre visible rouge de la lumière solaire, Herschel découvre un rayonnement invisible qui chauffe davantage qu’une lumière visible : le rayonnement infrarouge.
Cette expérience est fondatrice de l’astronomie infrarouge, bien que son importance ne soit pleinement reconnue qu’au 20e siècle.
Théories novatrices
Herschel propose que les nébuleuses ne soient pas forcément des « amas d’étoiles » mais des gaz en cours de condensation, anticipant les théories sur la formation stellaire.
Il avance aussi que certaines étoiles binaires sont réellement en orbite l'une autour de l'autre, et non des coïncidences optiques: cela ouvre la voie à l’étude de la dynamique stellaire.
Développement des catalogues stellaires
L’astronomie devient plus systématique avec notamment John Flamsteed (premier astronome royal) et d’autres qui compilent des catalogues d’étoiles de plus en plus précis.Charles Messier publie son célèbre catalogue d’objets nébuleux (nébuleuses, amas, galaxies), dont M1 (nébuleuse du Crabe) ou M31 (galaxie d’Andromède).
La théorie de la gravitation perfectionnée
Pierre-Simon de Laplace développe une mécanique céleste très précise basée sur les lois de Newton. Il propose le modèle du Système solaire stable, anticipant l’analyse des perturbations gravitationnelles entre planètes.Laplace propose une hypothèse sur la formation du Système solaire (hypothèse nébulaire). Ce modèle influencera fortement la pensée scientifique jusqu’à la fin du XIXe siècle.
19e siècle : l'astronomie devient une science physique
Découverte de Neptune (1846)
Découverte par Johann Galle et Urbain Le Verrier (France/Allemagne), sa position est prédite par les mathématiques en analysant les anomalies dans l’orbite d’Uranus.Cette découverte marque le triomphe de la gravitation newtonienne: une planète inconnue est localisée grâce aux lois de la physique, avant même d’être observée.
Naissance de l’astrophysique
Joseph von Fraunhofer découvre les lignes d’absorption dans le spectre solaire (1814). Ces lignes permettent d’analyser la composition chimique des étoiles, ouvrant l’ère de la spectroscopie astronomique.Identification de la composition des étoiles
Les années 1840 - 1860 marquent le début de la spectroscopie appliquée à l’astronomie (Joseph Fraunhofer, Kirchhoff, Bunsen) qui se développe largement ensuite. On analyse la lumière des étoiles pour déterminer leur composition chimique, température et vitesse (par l'effet Doppler).Grâce aux travaux de Kirchhoff et Bunsen (vers 1860), on découvre que les mêmes éléments chimiques présents sur Terre se trouvent dans le Soleil et les étoiles. C’est une révolution. Les étoiles ne sont plus mystérieuses et inaccessibles, elles sont faites de matière ordinaire. En 1868 on découvre même de l’hélium dans le Soleil avant même sa détection sur Terre.
Découverte des nébuleuses spirales
Grâce aux télescopes géants (comme celui de Lord Rosse en Irlande), les astronomes observent la structure spirale de certaines nébuleuses.Cela ouvre le débat. Sont-elles des objets à l’intérieur de notre galaxie ou bien des « univers-îles » lointains (ce que l’on confirmera au 20e siècle) ?
Découverte d’astéroïdes
Le premier, Cérès, est découvert en 1801 par Giuseppe Piazzi. Suivent Pallas, Vesta, Junon… L’existence d’une ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter est peu à peu confirmée.Mesure des distances stellaires
Friedrich Bessel réalise en 1838 la première mesure fiable de parallaxe stellaire (61 Cygni), prouvant que les étoiles sont à des distances immenses. Cela ancre l’idée d’un univers vaste et structuré.
Entre le 18e et le 19e siècle, l’astronomie passe d’une science descriptive à une science quantitative et physique. L’étude des orbites laisse place à l’analyse des compositions, des distances et des structures. L’univers cesse d’être un simple système d’objets mobiles, il devient un laboratoire cosmique, régi par les mêmes lois que celles de la Terre.
C’est un moment de transition fondamental qui prépare les grandes révolutions du 20e siècle, notamment la théorie de la relativité, le Big Bang, et l’astronomie moderne.
C’est un moment de transition fondamental qui prépare les grandes révolutions du 20e siècle, notamment la théorie de la relativité, le Big Bang, et l’astronomie moderne.
Le 20e siècle - l'Univers s'agrandit !
Le 20e siècle a été une période de révolution scientifique majeure en astronomie, marquée par une transformation radicale de notre compréhension de l’Univers. Grâce à l’avènement de nouveaux instruments, de l’astrophysique moderne et de l’exploration spatiale, les astronomes ont repoussé les limites du visible et du connaissable.
Naissance de la cosmologie moderne
Théorie de la relativité restreinte en 1905
Dans sa théorie de la relativité restreinte, Einstein établit que la vitesse de la lumière est une constante universelle, indépendante du mouvement de la source ou de l’observateur.
Le temps et l’espace ne sont pas absolus, mais dépendent du référentiel d’observation. L’équation célèbre E = mc² montre l’équivalence entre la masse et l’énergie.
Cela explique comment l’énergie des étoiles (dont le Soleil) provient de la transformation de masse en énergie dans les réactions nucléaires. Cette première théorie jette les bases de la physique des particules et des processus énergétiques extrêmes dans l’Univers (supernovae, rayons cosmiques, étoiles à neutrons…).
Théorie de la relativité générale en 1915
La relativité générale est la grande œuvre d’Einstein. Il y décrit la gravitation non comme une force classique (newtonienne), mais comme une courbure de l’espace-temps provoquée par la masse et l’énergie.
Équation fondamentale: les objets massifs déforment l’espace-temps, et cette déformation dicte la trajectoire des objets en mouvement.
Conséquences astronomiques majeures :
Précession de l’orbite de Mercure: Einstein explique une anomalie non résolue par Newton (confirmée par l’observation).
Lentilles gravitationnelles: la lumière est courbée par la présence de masse, effet vérifié pour la première fois en 1919 par Eddington, lors d’une éclipse.
Trous noirs: objets prédits par les équations d’Einstein, dont l’existence est désormais confirmée (et même imagée depuis).
Dilations du temps gravitationnel: effets temporels mesurés à proximité de corps massifs.
Expansion de l’Univers: les équations d’Einstein permettent un Univers dynamique. Il introduira une constante cosmologique (Λ), qu’il qualifiera plus tard de "plus grande erreur de sa vie", bien qu’elle soit revenue à la mode avec l’énergie noire.
L’Expansion de l’Univers (Leavitt / Hubble)
Cette relation mathématique entre la période (durée du cycle de variation) et la luminosité intrinsèque devient connue sous le nom de loi période-luminosité de Leavitt.
Elle a fourni aux astronomes un "mètre galactique" pour estimer les distances des étoiles, des nébuleuses, puis des galaxies entières. Son apport est considéré comme l’un des piliers de la cosmologie moderne. Grace a sa découverte, on va pouvoir ''mesurer l'Univers''!
Henrietta Swan Leavitt n’a jamais reçu les honneurs qu’elle méritait de son vivant. Pourtant, son travail est un des rares cas dans l’histoire des sciences où une seule relation empirique a transformé la cosmologie. Elle a été proposée (à titre posthume) pour le prix Nobel de physique en 1925, mais elle était déjà décédée en 1921.
La loi de Leavitt est le premier "échelon" de l’échelle des distances dans l’Univers. Elle est encore utilisée aujourd’hui pour calibrer les supernovae de type Ia (utilisées dans la découverte de l’énergie noire), cartographier les galaxies proches ou encore affiner la valeur de la constante de Hubble, qui détermine le taux d’expansion de l’Univers.
C’est grâce à la loi de Leavitt qu’Edwin Hubble (1889 - 1953), en 1924, a pu mesurer la distance à la galaxie d’Andromède et démontrer qu’elle était en dehors de la Voie lactée, prouvant ainsi l’existence d'autres galaxies.
Au début du 20e siècle, une grande question agite les astronomes: les nébuleuses spirales que l’on observe sont-elles de simples structures internes à la Voie lactée, ou bien des "univers-îles", c’est-à-dire des galaxies entières, situées bien au-delà de la nôtre ? C’est dans ce contexte qu’Edwin Hubble, à l’observatoire du Mont Wilson en Californie, commence ses observations en utilisant le télescope Hooker de 2,5 mètres, le plus puissant de son époque.
En 1924, Hubble observe dans la "nébuleuse" d’Andromède des étoiles variables de type Céphéides. En appliquant la relation période-luminosité de Leavitt, il démontre que ces étoiles sont beaucoup trop éloignées pour appartenir à la Voie lactée.
Il en conclut donc qu’Andromède est une galaxie indépendante, située à environ 2,5 millions d'années-lumière.
Cette découverte met fin au modèle géocentrique étendu selon lequel la Voie lactée serait l’univers tout entier. Hubble prouve que notre galaxie est une parmi des milliards.
Cette découverte met fin au modèle géocentrique étendu selon lequel la Voie lactée serait l’univers tout entier. Hubble prouve que notre galaxie est une parmi des milliards.
Mais il ne s’arrête pas de si bon chemin puisqu'en analysant la lumière de nombreuses galaxies, Hubble découvre qu’elles présentent toutes un décalage spectral vers le rouge ("redshift"). Ce phénomène indique qu'elles s’éloignent de nous (effet Doppler).
En 1929, Hubble établit une relation linéaire entre la vitesse d’éloignement des galaxies (mesurée grâce à leur redshift) et leur distance à la Terre (déduite grâce aux Céphéides): plus une galaxie est lointaine, plus elle s’éloigne vite.
C’est ce qu’on appelle aujourd’hui la loi de Hubble. Elle s’écrit :
v = H₀ × d
(v = vitesse, d = distance, H₀ = constante de Hubble)
L'implication fondamentale est que l’Univers est en expansion. Cette idée révolutionnaire est la pierre angulaire du modèle du Big Bang.
Lemaître, prêtre catholique belge, physicien et astronome, publie en effet un article fondamental en français en 1927: "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant, rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques"
Dans cet article, deux ans avant Hubble, il applique les équations de la relativité générale à un modèle dynamique de l’univers pour en déduit que l’univers n’est pas statique, mais en expansion.
Il utilise les observations disponibles (notamment les redshifts de Vesto Slipher) pour estimer la constante d’expansion (ce qu’on appellera plus tard la constante de Hubble) et propose que les galaxies s’éloignent les unes des autres selon une loi linéaire: v = H × d
Lemaître anticipe les conclusions de Hubble (cependant, Hubble a apporté la preuve observationnelle de cette expansion), mais son article passe inaperçu car il est publié dans une revue belge peu lue. Ce n’est qu’en 1931 qu’il est traduit en anglais à la demande d’Eddington.
En 1931 toujours, dans un article publié dans Nature cette fois, Lemaître va plus loin. Il propose que l’univers a émergé d’un état extrêmement dense et chaud, qu’il appelle l'atome primitif'. Selon lui, tout l’univers aurait été contenu dans un seul point, et le temps et l’espace seraient nés avec l’explosion de cet atome initial.
Il est aujourd’hui reconnu comme le véritable père de la théorie du Big Bang, bien que cette appellation n’ait pas été de son fait. En effet, le terme fut inventé par moquerie par Fred Hoyle (partisan d’un univers stationnaire).
Découverte du Fond Diffus Cosmologique et Confirmation du Big Bang
Sa découverte accidentelle en 1965 a révolutionné notre compréhension de l'Univers et confirmé la théorie du Big Bang.
Arno Penzias et Robert Wilson sont ingénieurs chez Bell Labs. Ils utilisent une antenne radio très sensible (Holmdel Horn) pour des expériences de télécommunication mais se heurtent a la détection d'un bruit parasite persistant, uniforme dans toutes les directions. Après avoir exclu toutes les interférences possibles (y compris les défections des pigeons!) ils réalisèrent qu'il s'agissait d'un signal cosmologique.
C'est alors qu'ils se tournent vers des astrophysiciens, dont Robert Dicke, qui étaient justement en train de préparer une expérience pour détecter ce rayonnement théorisé depuis plusieurs années... Dicke, apprenant la découverte de Penzias et Wilson, aurait dit à ses collègues: "Eh bien, les gars, on s’est fait doubler". En 1978, Penzias et Wilson reçurent le prix Nobel de physique pour leur découverte.
Ce signal peut être interprété comme la "première lumière" de l'Univers. Émis 380 000 ans après le Big Bang, ce rayonnement est étiré par l’expansion de l’univers et se présente sous la forme d’un rayonnement micro-onde à environ 2,725 K, à peine au-dessus du zéro absolu.
Ce rayonnement provient d’une époque appelée décorrélation ou découplage, il y a environ 13,8 milliards d’années, soit 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l’univers est devenu suffisamment froid pour permettre aux protons et aux électrons de se combiner en atomes d’hydrogène. La lumière, auparavant piégée dans une "soupe" opaque, a alors pu voyager librement pour la première fois.
Exploration du Système solaire
Depuis la découverte de Neptune en 1846, pas grand chose a se mettre sous la dent dans le systeme solaire. Cela va changer avec découvre de Pluton en 1930 par Clyde Tombaugh.
Au début du 20e siècle, l'astronome Percival Lowell soupçonne l'existence d'une 9e planète au-delà de Neptune. Il fonde son hypothèse sur des perturbations orbitales d'Uranus et Neptune (plus tard attribuées à des erreurs de calcul).
Jeune astronome autodidacte de 24 ans, Tombaugh est engagé en 1929 pour photographier le ciel. Il utilise un comparateur à clignotement pour détecter les mouvements d'objets lointains parmi des milliers d'étoiles. Après des mois d'analyse, Tombaugh repère un point lumineux mobile sur des plaques photographiques prises en janvier 1930.
En attendant on recherche toujours la Planète 9:
A la suite de la seconde guerre mondial la course a l'espace est lancée et de nombreuses sondes spatiales permettront l'exploration directe du système solaire. Parmi les plus célèbres:
Sondes Pioneer (1958-1978)
Pionnières de l'Exploration Spatiale et précurseurs des sondes Voyager (notamment des techniques de navigation et de survol des géantes gazeuses)
Le programme Pioneer de la NASA marque les débuts de l'exploration interplanétaire. Ces sondes, lancées entre 1958 et 1978, ont ouvert la voie aux missions Voyager et aux explorations modernes.
Pioneer 0 à 5 (1958-1960): premiers essais lunaires
- Pioneer 1 (1958): première tentative américaine d'orbite lunaire (échec partiel)
- Pioneer 4 (1959) : premier survol lunaire réussi par les États-Unis
Pioneer 10 et 11 (1972-1973) : vers Jupiter et au-delà
Pioneer 10 sera la première sonde à traverser la ceinture d'astéroïdes en 1972. Cela nous donnera la confirmation que la ceinture d'astéroïdes n'est pas dangereuse pour les sondes. Elle survolera ensuite Jupiter en 1973 et enverra les premières images rapprochées de la Grande Tache Rouge. Elle sortira ensuite du Système solaire en 1983 (premier objet humain à le faire). Le dernier signal fut reçu en 2003 à 12 milliards de km. Elle se dirige maintenant vers l'étoile Aldébaran avec une arrivée prévue dans... 2 millions d'années!
Pioneer 11 va egalement survoler Jupiter en 1974 et ira ensuite voir Saturne (1979). Le dernier contact avec la sonde remonte a 1995.
La "Plaque Pioneer fut fixée sur Pioneer 10 et 11. Cette plaque en aluminium, dont le but est de communiquer avec d'éventuelles civilisations extraterrestres, contient: un homme et une femme (schémas de Frank Drake/Carl Sagan), la position du Soleil via des pulsars, une représentation du Système solaire.
Le programme Pioneer de la NASA marque les débuts de l'exploration interplanétaire. Ces sondes, lancées entre 1958 et 1978, ont ouvert la voie aux missions Voyager et aux explorations modernes.
Pioneer 0 à 5 (1958-1960): premiers essais lunaires
- Pioneer 1 (1958): première tentative américaine d'orbite lunaire (échec partiel)
- Pioneer 4 (1959) : premier survol lunaire réussi par les États-Unis
Pioneer 6 à 9 (1965-1968) : étude du vent solaire
Ces sondes ont été lancées en orbite héliocentrique pour analyser les éruptions solaires et le champ magnétique interplanétaire. Pioneer 6 a 9 vont effectuer les premières mesures directes du vent solaire. A noter que Pioneer 6 va battre un record de longévité en transmettant des données jusqu'en 2000 (35 ans de service) !
Ces sondes ont été lancées en orbite héliocentrique pour analyser les éruptions solaires et le champ magnétique interplanétaire. Pioneer 6 a 9 vont effectuer les premières mesures directes du vent solaire. A noter que Pioneer 6 va battre un record de longévité en transmettant des données jusqu'en 2000 (35 ans de service) !
Pioneer 10 et 11 (1972-1973) : vers Jupiter et au-delà
Pioneer 10 sera la première sonde à traverser la ceinture d'astéroïdes en 1972. Cela nous donnera la confirmation que la ceinture d'astéroïdes n'est pas dangereuse pour les sondes. Elle survolera ensuite Jupiter en 1973 et enverra les premières images rapprochées de la Grande Tache Rouge. Elle sortira ensuite du Système solaire en 1983 (premier objet humain à le faire). Le dernier signal fut reçu en 2003 à 12 milliards de km. Elle se dirige maintenant vers l'étoile Aldébaran avec une arrivée prévue dans... 2 millions d'années!
Pioneer 11 va egalement survoler Jupiter en 1974 et ira ensuite voir Saturne (1979). Le dernier contact avec la sonde remonte a 1995.
La "Plaque Pioneer fut fixée sur Pioneer 10 et 11. Cette plaque en aluminium, dont le but est de communiquer avec d'éventuelles civilisations extraterrestres, contient: un homme et une femme (schémas de Frank Drake/Carl Sagan), la position du Soleil via des pulsars, une représentation du Système solaire.
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| La "Plaque Pioneer" |
Sondes Mariner (1962-1973)
10 sondes lancées vers Mercure, Vénus et Mars.
- Mariner 2 en 1962 fera le premier survol réussi d'une autre planète le 14 Décembre 1962. En survolant Vénus, on découvre qu'il n'y a pas d'eau liquide et que la température de surface est de 465 degrés.
- Mariner 4 en 1965 nous envoie les premières images de Mars et nous découvrons un désert froid, sans ''canaux'' (contredisant les théories de Percival Lowell) et criblé de cratères.
- Mariner 9 en 1971 va envoyer le premier satellite artificiel autour d'une planète, Mars. Cela permettra de cartographier Mars et de découvrir ses volcans géants dont Olympus Mons, le plus grand du Système solaire, mais aussi ses vallées fluviales anciennes (preuves d'eau passée).
- Mariner 10 en 1973 va utiliser l'assistance gravitationnelle de Vénus pour atteindre Mercure et réaliser le premier survol de cette planète. On découvre une surface similaire a celle de la Lune.
Sondes Viking (1975-1982)
Première mission à poser avec succès des atterrisseurs sur Mars
Après les survols de Mariner, la NASA veut étudier Mars de près. Elle veut notamment analyser le sol et chercher des traces de vie. Viking 1 est lancée le 20 août 1975 et atterrit le 20 juillet 1976. Viking 2, lancée le 9 septembre 1975, atterrit le 3 septembre 1976.
Les orbiteurs permettront de cartographier Mars en haute résolution et de confirmer la présence de calottes polaires (glace d'eau et CO2).
Quant aux atterrisseurs, ils feront les premières analyses du sol martien a la recherche de traces de vie. Malheureusement ils ne trouveront aucune molécule organique et ne trouveront que des roches volcaniques.
Ces sondes auront été l'occasion de tester de nouvelles technologies comme les rétrofusées pour l'atterrissage contrôlé ou encore les bras robotiques pour les prélèvements.
Sondes Voyager (1977 - ...)
Lancées en 1977, Voyager 1 et Voyager 2 sont les missions spatiales les plus lointaines et les plus durables de l’histoire. Elles ont exploré Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et poursuivent leur voyage hors du Système solaire.
La NASA profite d’un alignement rare des planètes (1 fois tous les 175 ans) pour lancer deux sondes vers les géantes gazeuses afin d'en étudier les atmosphères, les lunes et les anneaux, mais aussi y chercher des signes de vie (par exemple dans les océans sous-glaciaires).
Voyager 1 est lancée le 5 Septembre 1977 vers Jupiter (1979) et Saturne (1980) avant de continuer son chemin dans l'espace interstellaire en 2012. C'est cette sonde qui a pris le "Portrait de Famille" (1990), incluant la célèbre photo "Pale Blue Dot" (la Terre à 6 milliards de km).
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| Pale Blue Dot par Voyager 1 |
Voyager 2 est lancée le 20 Aout 1977 et atteindra Jupiter (1979) puis Saturne (1981), Uranus (1986) et Neptune (1989) avant de poursuivre sa route vers l'espace interstellaire en 2018. Elle est encore aujourd'hui la seule sonde a avoir visité Uranus et Neptune.
Ces missions nous en ont appris énormément sur:
- Jupiter et ses lunes avec des volcans actifs sur Io et une océan sous-glaciaire sur Europe
- Saturn et la structure complexe de ses anneaux, l’atmosphère épaisse et les mers de de méthane liquide sur Titan
- l'axe de rotation d'Uranus a 98° et son champ magnétique étrange
- la Grande Tache Sombre de Neptune (tempête géante) qui abrite les vents les plus rapides du Système solaire (2 100 km/h)
En termes de technologie, les sondes Voyager utilisent des générateurs thermoélectriques (RTG) au plutonium-238 avec une puissance réduite mais fonctionnelle jusqu'en 2025-2030! Apres cela les sondes deviendront silencieuses mais poursuivrons leur dérive interstellaire.
Il est aussi intéressant de voir que même avec un débit de seulement 160 bits/seconde (plus lent qu’un modem des années 80), le signal de la sonde Voyager1 ne mettait ''que'' 22 heures pour atteindre la Terre alors qu'il a du parcourir 23,3 milliards de km (en 2024).
Enfin, les deux sondes Voyager sont particulières puisqu'elles ont toutes deux emporté avec elles un ''Golden Record'', un disque en or contenant des images de paysages, d'humains, de formules mathématiques, des sons (chant des baleines, musique de Beethoven, salutations en 55 langues) mais surtout les coordonnées de la Terre (via la position de pulsars).
Enfin, les deux sondes Voyager sont particulières puisqu'elles ont toutes deux emporté avec elles un ''Golden Record'', un disque en or contenant des images de paysages, d'humains, de formules mathématiques, des sons (chant des baleines, musique de Beethoven, salutations en 55 langues) mais surtout les coordonnées de la Terre (via la position de pulsars).
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| Golden Record emporté par les sondes Voyager |
Carl Sagan, le concepteur du Golden Record, expliquait que "si une civilisation extraterrestre trouve les Voyager, elle saura qui nous étions."
Sonde Galileo (1989-2003): exploratrice de Jupiter
Lancée en 1989, la sonde Galileo de la NASA a été la première à se mettre en orbite autour de Jupiter et à étudier en détail la planète géante, ses lunes et son environnement magnétique. Sa mission a duré 14 ans, révélant des découvertes majeures sur le système jovien.
Pour son lancement, on a utilisé l’assistance gravitationnelle de Vénus (1990) et de la Terre (1990 et 1992). En chemin, elle a survolé l’astéroïde Gaspra (1991) et Ida (1993), découvrant même une lune autour d’Ida (Dactyl).
Arrivée a Jupiter en Décembre 1995, elle s'est séparée. La sonde principale reste en orbite, tandis qu’une petite sonde atmosphérique plonge dans Jupiter. Celle-ci analyse la composition de l’atmosphère qui est fait de 90% hydrogène, d’hélium et de traces d'eau et d'ammoniac. On apprend aussi que les vents sont d'une violence extrême et soufflent a 600 km/h.
La sonde étudiera notamment les Lunes Galiléennes:
- Europe avec son océan souterrain d’eau liquide sous une croûte de glace (preuves de geysers et de failles) qui ouvre un potentiel habitat pour la vie microbienne.
- Ganymède, la seule lune avec un champ magnétique propre. Elle possède aussi un océan interne (plus grand que ceux de la Terre).
- Io avec ses volcans actifs (découverte de panaches de soufre à 500 km d’altitude) et sa surface constamment remodelée.
- Callisto possède une surface très cratérisée (la plus ancienne des lunes galiléennes).
Autour de Jupiter on découvre des anneaux ténus (composés de poussières provenant des impacts sur les lunes) et une magnétosphère turbulente (interactions avec les lunes, notamment Io).
La mission prend fin en 2003 suite a un problème technique. L’antenne principale ne s’est jamais déployée et on a du faire l'utilisation d’une antenne secondaire à faible débit. La destruction a ete contrôlée et le 21 septembre 2003, Galileo est précipitée dans l’atmosphère de Jupiter pour éviter de contaminer Europe (risque de crash avec des bactéries terrestres).
Télescope spatial Hubble (1990-...)
Hubble Space Telescope (HST) est lancé le 24 Avril 1990 par la navette spatiale Discovery. Ses 11 tonnes (pour une longueur de 13,2 mètres et un miroir principal de 2,4 mètres de diamètre) sont placées en orbite a environ 540 km d'altitude.
Fruit d'une collaboration entre la NASA (États-Unis) et l'ESA (Europe), l’objectif principal de Hubble est d’observer l’Univers dans le domaine optique (visible), mais aussi dans l’ultraviolet et l’infrarouge proche.
Ses missions principales consistent a étudier la naissance et la mort des étoiles, comprendre la formation et l’évolution des galaxies, mesurer avec précision l’expansion de l’Univers, détecter des exoplanètes et analyser leurs atmosphères mais aussi explorer les confins de l’Univers observable (rien que ça!).
Ses missions principales consistent a étudier la naissance et la mort des étoiles, comprendre la formation et l’évolution des galaxies, mesurer avec précision l’expansion de l’Univers, détecter des exoplanètes et analyser leurs atmosphères mais aussi explorer les confins de l’Univers observable (rien que ça!).
Malheureusement, les premières images envoyées par Hubble sont... floues ! On découvre rapidement qu'Hubble souffre d’un défaut optique majeur: une aberration sphérique de son miroir principal.
Problème initial (1990) et mission de réparation (1993)
La réparation du télescope spatial Hubble est l’un des épisodes les plus emblématiques de l’histoire de l’exploration spatiale. Elle a permis de transformer ce qui aurait pu être un échec coûteux en un triomphe scientifique.
Peu après son lancement le 24 avril 1990, les ingénieurs découvrent que les images de Hubble sont floues. La raison: une anomalie dans la forme du miroir principal, qui avait été poli avec une erreur de 2 microns (environ 1/50e de l’épaisseur d’un cheveu humain). Cette erreur empêchait le télescope de focaliser la lumière correctement.
Une mission de réparation est donc lancée en 1993, nom de code: STS-61. Pour corriger ce défaut optique, la NASA lance une mission de maintenance à bord de la navette spatiale Endeavour, qui embarque une équipe de 7 astronautes, dont Story Musgrave et Kathryn Thornton. Elle durera 11 jours, avec 5 sorties extra-véhiculaires.
La réparation principale consiste en quelque sorte a équiper Hubble de lunettes. On installe le système COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement), un système de lentilles correctrices qui corrige le défaut du miroir primaire.
On en profite pour faire de la maintenance et des mise a jour:
- remplacement de la caméra Wide Field and Planetary Camera (WFPC) et installation de la WFPC2, spécialement conçue avec une correction optique intégrée
- maintenance générale dont remplacement des gyroscopes, installation de nouveaux panneaux solaires et amélioration des ordinateurs de bord
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| Image floue de Hubble et après correction |
La mission est un succès total et redonne confiance au public et à la communauté scientifique ! Dès 1994, Hubble commence à fournir des images nettes et spectaculaires.
4 autres mission de maintenance auront lieu entre 1993 et 2009, toutes avec la navette spatiale Endeavour: STS-82 en 1997 pour une mise à niveau d'instruments, STS-103 en 1999 pour le remplacement de gyroscopes, STS-109 en 2002 installera une nouvelle caméra et de nouveaux panneaux solaires et STS-125 en 2009 (dernière mission) avec mise à jour finale.
Bien qu’il ne soit plus entretenu depuis 2009, Hubble fonctionne encore, en 2025. Il pourrait rester actif jusqu’à la fin de la décennie 2020, selon l’état de ses gyroscopes et instruments.
Lancé en décembre 2021, le James Webb Space Telescope (voir plus bas) est souvent considéré comme le successeur de Hubble. Il observe l’Univers principalement dans l’infrarouge, en complément des observations visibles et UV de Hubble.
Hubble est l'un des instruments les plus performants et les plus prolifiques de l'histoire de l'astronomie. Grâce à ces réparations, Hubble a pu fonctionner bien au-delà de sa durée de vie initialement prévue, et il continue encore aujourd’hui à envoyer des données précieuses depuis l’orbite terrestre.
Découvertes majeures de Hubble:
- Âge et expansion de l’Univers: Hubble a permis de mesurer avec grande précision la constante de Hubble, c’est-à-dire la vitesse d’expansion de l’Univers. Grâce aux observations des céphéides et des supernovae, les astronomes ont affiné l’estimation de l’âge de l’Univers à environ 13,8 milliards d’années.
- Confirmation de l’accélération de l’expansion cosmique: l’étude des supernovae lointaines a permis de découvrir que l’expansion de l’Univers s’accélère, ce qui a conduit à la notion d’énergie noire, une forme d’énergie mystérieuse qui représente environ 70 % de l’Univers mais qui nous est complètement inconnue...
- Imagerie des galaxies lointaines: les images emblématiques comme le Hubble Deep Field (1995), Ultra Deep Field (2004) ou encore le Extreme Deep Field (2012) montrent des milliers de galaxies remontant à quelques centaines de millions d’années après le Big Bang.
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| L'image montre une partie centrale du champ profond de Hubble, créée à partir d'expositions prises en 1995. Le champ profond de Hubble couvre une partie du ciel d'environ 1/13 du diamètre de la pleine Lune. |
- Formation et vie des étoiles: Hubble a révélé avec un luxe de détails la naissance des étoiles dans les nébuleuses, comme les Piliers de la Création dans la nébuleuse de l’Aigle. Il a aussi observé des supernovae (explosions d’étoiles) et des nébuleuses planétaires, témoins de la mort des étoiles.
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| La célèbre image des Piliers de la Création dans la nébuleuse de l'Aigle |
- Étude des exoplanètes: bien que Hubble ne soit pas un chasseur d’exoplanètes, il a joué un rôle crucial en analysant les atmosphères de certaines d’entre elles, détectant notamment de la vapeur d’eau, du méthane ou des nuages.
- Structure et évolution des galaxies: Hubble a montré comment les galaxies évoluent, se forment par collisions et fusions, et a capté des images de galaxies en interaction ou en cours de formation.
- Trou noir supermassif: Hubble a permis de confirmer la présence de trous noirs supermassifs au centre de la plupart des grandes galaxies, en étudiant le mouvement des étoiles et du gaz à proximité.
Mars Pathfinder et Sojourner (1997) - exploration de Mars
Cette mission a marqué une avancée spectaculaire à la fois technique et scientifique dans l’exploration de la planète rouge puisque Sojourner fut le premier petit rover à se déplacer à la surface de Mars, démontrant ainsi la faisabilité des missions robotisées mobiles.
Sojourner était équipé de panneaux solaires et de 6 roues lui permettant une progression de 1 cm par seconde. Il a parcouru environ au total....100 mètres, bien plus que prévu. De ses 10,6 kilos (pour 65 cm de long seulement), il pouvait analyser les roches avec son spectromètre à rayons X à protons alpha (APXS). Sa durée de vie était initialement prévue pour 7 sols (7 jours martiens) mais il est finalement reste opérationnel durant 92 sols !
Il aura envoyé plus de 550 images (17 000 images au total avec Pathfinder) et des données scientifiques précieuses concernant la surface de Mars et son atmosphère.
Les analyses ont permis de confirmer que certaines roches avaient été altérées par l’eau, d'obtenir des données précises sur la température, la pression et les vents.
En plus des données scientifiques, le but de la mission était de tester et prouver la faisabilité d'un atterrissage à bas coût sur Mars, notamment en utilisant une nouvelle méthode d’atterrissage avec des airbags gonflables avant de déployer un petit rover pour une exploration mobile autonome.
Le contact avec Pathfinder a été perdu le 27 septembre 1997, après presque trois mois de fonctionnement (alors que la mission n'était prévue que pour une semaine)!
Mars Pathfinder et Sojourner ont largement préparé et contribué au succès des missions suivantes, notamment Spirit, Opportunity, Curiosity et Perseverance.
Cette mission a aussi marqué le retour de la NASA sur Mars après deux décennies d’absence, et a suscité un immense engouement public à l’époque, notamment via les premières images diffusées sur Internet.
Naissance de l’astrophysique stellaire
Revenons un peu a l'observation en attendant le 21e siècle...
Le 20e siècle voit l’explication physique du cycle de vie des étoiles. Fritz Zwicky et Walter Baade postulent les supernovae et les étoiles à neutrons, tandis que Hans Bethe décrit les réactions nucléaires au cœur des étoiles (fusion).
En 1971, on identifie le premier probable trou noir, Cygnus X-1. Il fait partie d'un système binaire avec une étoile et un objet sombre invisible (le trou noir).
Le 20e siècle voit l’explication physique du cycle de vie des étoiles. Fritz Zwicky et Walter Baade postulent les supernovae et les étoiles à neutrons, tandis que Hans Bethe décrit les réactions nucléaires au cœur des étoiles (fusion).
Une etape majeure dans la comprehension de la vie des etoiles est franchie avec le développement des diagrammes de Hertzsprung-Russell. Le Soleil, vers le centre, est utilisé comme repère de luminosité (=1). En allant vers le haut on va vers des étoiles plus lumineuses, plus massives mais aussi dont la durée de vie est plus courte. Ce diagramme montre également ce qui se passe quand une étoile sort de sa phase principale.
Enfin, on découverte les premiers pulsars (1967), des étoiles a neutron (après effondrement sur elle-même d'une étoile massive en supernova) qui tournent sur elles-même a des vitesses folles et qui émettent un faisceau de rayonnement electro-magnétique.
En 1994, on découvre GRS 1915+105, un microquasar, un trou noir stellaire avec un disque d'accrétion.
Émergence de nouvelles techniques d’observation
La radioastronomie se développe dès les années 1930 et permet de détecter les ondes radio d’objets invisibles en optique (ex : quasar, pulsar).On peut aussi mentionner:
- dans les années 70, les débuts de l'astronomie en rayons X, UV, infrarouge et gamma grâce aux satellites (comme Chandra, Spitzer, Hubble)
- dans les années 70, les débuts de l'astronomie en rayons X, UV, infrarouge et gamma grâce aux satellites (comme Chandra, Spitzer, Hubble)
- interférométrie radio (ex: réseau VLA) qui améliore la résolution d’observation.
- le développement de la spectroscopie, permettant de connaître la composition, la température et les mouvements d’objets célestes.
- le développement de la spectroscopie, permettant de connaître la composition, la température et les mouvements d’objets célestes.
Matière noire et énergie sombre
Dans les années 1930, Fritz Zwicky observe que les galaxies dans les amas se déplacent trop vite pour être maintenues ensemble par la seule masse visible, suggérant l'existence d'une matière invisible. Il propose donc en 1933 l'existence d'une matière invisible, inconnue, la matière noire !
À la fin du siècle l’étude de supernovae lointaines révèle une accélération de l’expansion de l’Univers. Pour expliquer cette accélération, les scientifiques ont postulé l'existence d'une énergie inconnue, appelée énergie noire, qui représente environ 70% du contenu énergétique de l'univers.
Découverte d’exoplanètes (1995)
En 1995, Michel Mayor et Didier Queloz découvrent la première exoplanète (51 Pegasi b) autour d'une étoile de type solaire.Ils ont pour cela utilisé la méthode des vitesses radiales qui consiste a observer les variations minimes de la vitesse d'une étoile causées par la présence d'une planète en orbite. Cela se traduit par de petits changements de couleur de la lumière de l'étoile (effet Doppler).
Cette découverte ouvre un champ entier de recherche sur les systèmes planétaires et la montée en puissance des programmes de recherche (HARPS, Kepler, etc.)
Aujourd'hui on a identifié plus de 5 500 exoplanètes !
Structure et dynamique de la Voie lactée
Les progrès, les satellites et les programmes de recherche permettent de progressivement cartographier la forme spirale de notre galaxie, d’étudier des populations stellaires, amas globulaires, halo galactique... et bien sur de suspecter la présence d'un trou noir supermassif qui siège au centre de notre Voie lactée :Sagittarius A* (prouvé dans les années 2000)Exploration humaine de l'Espace
Non seulement nous avons envoyé de nombreuses sondes dans le système solaire (et au delà...) mais nous avons aussi envoyé des hommes et des femmes dans l'Espace. La course entre les Etats-Unis et l'URSS a accéléré les découvertes, avec le point culminant atteint le 21 Juillet 1969 et le premier pas de Neil Armstrong sur la Lune (Apollo 11).
Les prémices et la course à l’espace (1940-1969)
Les Années 1940-1950 : Les premiers pas
- 1944: premier vol suborbital d’une fusée V-2 allemande (conçue par Wernher von Braun).
- 1944: premier vol suborbital d’une fusée V-2 allemande (conçue par Wernher von Braun).
- 1947: premier être vivant envoyé dans l’espace: des mouches à bord d’une fusée V-2 américaine.
- Octobre 1957: l’URSS lance Spoutnik 1, premier satellite artificiel. Ce lancement fut un choc pour les Etats-Unis qui décidèrent d'investir massivement pour rattraper leur retard et amènera a la création de la NASA moins d'un an plus tard.
- Octobre 1957: l’URSS lance Spoutnik 1, premier satellite artificiel. Ce lancement fut un choc pour les Etats-Unis qui décidèrent d'investir massivement pour rattraper leur retard et amènera a la création de la NASA moins d'un an plus tard.
- 1957: Laïka, première chienne en orbite, à bord de Spoutnik 2. Elle ne survivra pas au voyage, probablement à cause d'une défaillance du système de régulation de température, entraînant une surchauffe.
- Juillet 1958: création de la NASA aux États-Unis.
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| Laïka à bord de Spoutnik 2. |
Années 1960 : L’ère des pionniers
- 24 Octobre 1960: Catastrophe de Nedelin, explosion au sol au cosmodrome de Baïkonour
Il ne s'agissait pas d'un vol habité, mais de la préparation d'un lancement de missile balistique intercontinental R-16. Une défaillance technique a provoqué l'allumage prématuré du deuxième étage alors que le missile était encore en phase de préparation sur le pas de tir, alors que des dizaines de techniciens et d'ingénieurs travaillaient autour.
Le bilan fut de 126 morts (officiellement 78 à l'époque). C'est la pire catastrophe de l'histoire de l'astronautique en termes de vies humaines perdues.
L'URSS a connu des tragédies spatiales très graves, mais elles ont été cachées par le secret d'État pendant des décennies et n'ont donc pas eu le même impact médiatique et culturel que celles de la NASA. Le programme spatial soviétique était entouré d'un immense secret. Les échecs n'étaient rendus publics que s'ils étaient impossibles à cacher (comme lorsque des débris retombaient en dehors de l'URSS) ou si la propagande pouvait les transformer en une histoire d'héroïsme.
Comme de nombreux autres, cet accident fut totalement étouffé par les autorités soviétiques. Le maréchal Mitrofan Nedelin (dont la catastrophe porte le nom) et de nombreux responsables et ingénieurs périrent sur le coup.
- 12 Avril 1961: Youri Gagarine, à bord de Vostok 1, devient le premier homme dans l’espace et en orbite. Il est aussi le premier a expérimenter l'apesanteur et à voir la Terre depuis l'Espace. Son célèbre cri au moment du décollage fut : "Поехали !" qui signifie ''Allons-y !''. À son retour, Gagarine est accueilli en héros national et devient une icône de l'Union soviétique. Son vol a marqué le début de l'ère des vols spatiaux habités et a été une victoire retentissante pour le programme spatial soviétique dans le cadre de la Course à l'Espace qui l'opposait aux États-Unis. Cette réussite a poussé le président américain John F. Kennedy à fixer l'objectif d'envoyer un homme sur la Lune avant la fin de la décennie, un objectif qui sera atteint par la mission Apollo 11 en 1969.
- 5 Mail 1961: Alan Shepard devient le premier Américain dans l’espace (Freedom 7).
- 1963: Valentina Terechkova, première femme dans l’espace (Vostok 6).
- 1965: Alexeï Leonov réalise la première sortie extravéhiculaire (EVA).
- 1963: Valentina Terechkova, première femme dans l’espace (Vostok 6).
- 1965: Alexeï Leonov réalise la première sortie extravéhiculaire (EVA).
- 27 Janvier 1967: lors d'une répétition générale au sol, sur le pas de tir 34 de la base de Cap Canaveral, les trois astronautes, Virgil "Gus" Grissom (un des astronautes les plus expérimentés de la NASA, vétéran de Mercury et Gemini), Edward H. White II (premier Américain à avoir effectué une sortie extravéhiculaire lors de la mission Gemini 4) et Roger B. Chaffee (pilote rookie qui devait faire son premier vol spatial), meurent brûlés lorsque la capsule de ce qui devait etre Apollo 1 s'enflamme.
L'accident s'est produit lors d'un test d'habilitation, une répétition au sol où la capsule était alimentée par ses propres systèmes, avec l'équipage en combinaison à l'intérieur. La cabine était remplie d'oxygène pur à pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Le drame s'est déroulé très rapidement. Une étincelle (probablement due à un court-circuit dans un câblage électrique dénudé) a pris feu dans l'atmosphère riche en oxygène. Le feu s'est propagé extrêmement vite, alimenté par les nombreux matériaux inflammables à l'intérieur de la cabine (notamment du Velcro et du nylon). La porte d'écoutille était impossible à ouvrir rapidement de l'intérieur. C'était un modèle complexe à plusieurs ouvertures, conçu pour la pression et non pour une évacuation d'urgence. Les trois astronautes sont morts d'asphyxie par inhalation de fumées toxiques en moins d'une minute, bien avant que les équipes au sol ne puissent les secourir.
Cet accident a eu un impact profond puisque le programme Apollo a été mis en pause pendant près de 20 mois le temps de l'enquête. Le design de la capsule a été totalement revu et corrigé. La NASA a notamment remplacé la porte afin qu'elle puisse s'ouvrir en quelques secondes, réduit drastiquement l'utilisation de matériaux inflammables, changé l'atmosphère en oxygène pur par un mélange oxygène-azote au lancement et a complètement revu le câblage électrique.
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| Le 20 Juillet 1969, Neil Armstrong est le premier humain a marcher sur la Lune |
- 24 Avril 1967: mort de Vladimir Komarov (Soyouz 1 - 1967)
La mission Soyouz 1 était pleine de problèmes techniques (panne des panneaux solaires, difficultés d'orientation...). Après avoir décidé d'un retour anticipé, le parachute principal du module de descente ne s'est pas déployé correctement. Le vaisseau s'est écrasé à grande vitesse au sol, tuant Komarov sur le coup.
Cet accident est l'équivalent soviétique de l'incendie d'Apollo 1 (qui avait eu lieu seulement trois mois plus tôt, en janvier 1967). Il a forcé un réexamen complet du vaisseau Soyouz, qui, une fois modifié, est devenu l'un des vaisseaux les plus fiables de l'histoire.
Cet accident est l'équivalent soviétique de l'incendie d'Apollo 1 (qui avait eu lieu seulement trois mois plus tôt, en janvier 1967). Il a forcé un réexamen complet du vaisseau Soyouz, qui, une fois modifié, est devenu l'un des vaisseaux les plus fiables de l'histoire.
- 20 juillet 1969 (mission Apollo 11): Neil Armstrong (commandant de la mission) et Buzz Aldrin marchent sur la Lune, Michael Collins reste en orbite lunaire.
Il faudra attendre quelques heures de plus le 21 Juillet, à 2h56 GMT pour que Neil Armstrong pose le pied sur la Lune. Sa phrase est restée historique: "C'est un petit pas pour l'homme, un bond de géant pour l'humanité". 20 minutes plus tard, Buzz Aldrin le rejoint, décrivant le paysage comme une "magnifique désolation".
Cet accomplissement monumental a été suivi en direct à la télévision par environ 600 millions de personnes dans le monde entier, soit près d'un cinquième de la population mondiale à l'époque.
Les deux astronautes passent environ 2,5 heures à l'extérieur du module lunaire, réalisant diverses expériences scientifiques, et récoltant 21,7 kg d'échantillons de sol et de roches lunaires.
Après avoir retrouvé Michael Collins en orbite, l'équipage a entamé son retour vers la Terre. Ils ont amerri dans l'océan Pacifique le 24 juillet, où ils ont été récupérés par le porte-avions USS Hornet.
Les deux astronautes passent environ 2,5 heures à l'extérieur du module lunaire, réalisant diverses expériences scientifiques, et récoltant 21,7 kg d'échantillons de sol et de roches lunaires.
Après avoir retrouvé Michael Collins en orbite, l'équipage a entamé son retour vers la Terre. Ils ont amerri dans l'océan Pacifique le 24 juillet, où ils ont été récupérés par le porte-avions USS Hornet.
Stations spatiales et vols habités réguliers (1970-1990)
Années 1970 : premiers séjours prolongés en orbite
- 1971: Saliout 1: première station spatiale, lancée par l’URSS.
Lancée le 19 avril 1971 par une fusée Proton depuis le cosmodrome de Baïkonour, elle est la première station spatiale jamais placée en orbite avec succès. Son poids était d'environ 18,6 tonnes pour une longueur de 15 mètres.
L'objectif principal de Saliout 1 était de démontrer qu'il était possible pour des humains de vivre et de travailler dans l'espace pendant de longues périodes, ouvrant la voie à une présence humaine permanente en orbite. Les missions prévues incluaient des expériences scientifiques en microgravité, des tests technologiques des systèmes de la station mais aussi des observations astronomiques et de la Terre.
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| Saliout 1: première station spatiale, lancée par l’URSS. |
Apres avoir été placée en orbite, Soyouz 10 tente de s'amarrer a la station en Avril 1971. Le vaisseau de Vladimir Shatalov, Alekseï Ieliseïev et Nikolaï Roukavichnikov parvient à s'amarrer mécaniquement, mais un problème de verrouillage empêche l'équipage d'entrer dans la station. Ils ont dû retourner sur Terre sans avoir pu pénétrer à bord.
En Juin 1971, Soyouz 11, la seconde mission vers Saliout 1, est tout d'abord un succès. L'équipage, composé de Gueorgui Dobrovolski, Vladislav Volkov et Viktor Patsaïev, réussit à s'amarrer et entre dans la station le 7 Juin.
Ils passent 23 jours à bord, établissant un nouveau record de durée dans l'espace et menant à bien le programme d'expériences.
Cependant, une tragédie survient leur de leur retour sur Terre le 30 Juin 1971.
Pendant la séparation des modules du vaisseau, une valve d'égalisation de pression s'est ouverte prématurément, provoquant une dépressurisation explosive de la cabine. Les cosmonautes, sans combinaison pressurisée (pour gagner de la place), sont morts asphyxiés en moins d'une minute.
L'équipage a été retrouvé sans vie dans la capsule, qui s'était posée normalement de manière automatique. Cette tragédie a conduit les Soviétiques à exiger que tous les cosmonautes portent une combinaison pressurisée pendant le décollage et le retour sur Terre, une règle toujours en vigueur aujourd'hui.
La Station Américaine Skylab (1973-74)
Le 14 Mai 1973, la première station américaine, Skylab (77 tonnes), est lancée par une fusée Saturn V (la dernière mission de cette fusée légendaire).
Les objectifs principaux étaient de démontrer que les humains pouvaient vivre et travailler dans l'espace pendant de longues périodes, étudier les effets de l'apesanteur prolongée sur le corps humain mais aussi de réaliser des observations astronomiques du Soleil (avec le télescope ATM - Apollo Telescope Mount) et de la Terre. Plus de 200 000 images du Soleil et des milliers d'images de la Terre ont été prises.
Les débuts de la station furent pour le moins catastrophiques puisque, dès son lancement, Skylab connu de graves problèmes. En effet, le bouclier thermique et un des deux panneaux solaires principaux ont été arrachés durant le décollage. Un autre panneau solaire ne s'est pas déployé. Ceci entraîna une surchauffe interne et sous-alimentation électrique.
Ainsi, la première mission habitée (Skylab 2 avec les astronautes Pete Conrad, Paul Weitz et Joseph Kerwin) fut reportée de 10 jours et transformée en une mission de sauvetage. Ils déployèrent une écran de protection thermique de fortune (un "parapluie") depuis un sas et parvinrent à libérer le panneau solaire bloqué. Ce sauvetage est considéré comme l'une des opérations de réparation les plus audacieuses de l'histoire spatiale.
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| Station Skylab |
Par la suite, trois missions habitées de 3 astronautes chacune se sont succédé, arrivant et repartant via des capsules Apollo:
- Skylab 2 (SL-2): 28 jours (Mai-Juin 1973), mission de réparation/sauvetage
- Skylab 3 (SL-3): 59 jours (Juillet-Septembre 1973)
- Skylab 4 (SL-4): 84 jours (Novembre 1973 - Février 1974), record de durée à l'époque.
La station fut abandonnée en 1974 dans l'attente du développement de la navette spatiale, qui devait la rehausser sur une orbite plus haute. Cependant, des retards avec le programme de la navette ainsi qu'une activité solaire plus forte que prévue ont provoqué une décroissance orbitale accélérée.
Finalement, l'histoire de Skylab s’achèvera de manière aussi catastrophique que ses débuts. La NASA perdit le contrôle précis de sa rentrée et des débris de la station (d'un poids total d'environ 20 tonnes) tombèrent dans l'océan Indien et sur une zone désertique de l'Australie occidentale en juillet 1979, sans faire de victimes heureusement.
- Skylab 3 (SL-3): 59 jours (Juillet-Septembre 1973)
- Skylab 4 (SL-4): 84 jours (Novembre 1973 - Février 1974), record de durée à l'époque.
La station fut abandonnée en 1974 dans l'attente du développement de la navette spatiale, qui devait la rehausser sur une orbite plus haute. Cependant, des retards avec le programme de la navette ainsi qu'une activité solaire plus forte que prévue ont provoqué une décroissance orbitale accélérée.
Finalement, l'histoire de Skylab s’achèvera de manière aussi catastrophique que ses débuts. La NASA perdit le contrôle précis de sa rentrée et des débris de la station (d'un poids total d'environ 20 tonnes) tombèrent dans l'océan Indien et sur une zone désertique de l'Australie occidentale en juillet 1979, sans faire de victimes heureusement.
- 1975: Mission Apollo-Soyouz : première coopération spatiale entre les Etats-Unis et l'URSS.
- 1977-1986: Série de stations soviétiques Saliout et début du programme Mir.
- 1981: premier vol de la navette spatiale américaine (Columbia).
- 1984: premières sorties en scaphandre autonome (MMU).
La Station Mir
19 Février 1986: lancement de la station soviétique Mir, première station spatiale modulaire (Saliout étant mono-modulaire) et habitée en permanence. Sa masse est d'environ 130 tonnes et son altitude orbitale de 390 km.
La station était composée d'un module central qui servait de lieu de vie et de cœur opérationnel. Au fil du temps, 5 modules sont venus s'y amarrer:
- Kvant-1 (1987): astrophysique.
- Kvant-2 (1989): module de vie et équipements.
- Kristall (1990): expériences en microgravité (et port d'amarrage pour la navette spatiale).
- Spektr (1995): étude de l'atmosphère terrestre.
- Priroda (1996): observation de la Terre.
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| La station Mir |
Mir a été conçue pour être habitée en continu avec une relève des équipages réalisée par les vaisseaux Soyouz. Le record de durée dans l'espace est détenu par Valeri Poliakov et tient toujours. Il est resté 437 jours et 18 heures (du 8 janvier 1994 au 22 mars 1995) à bord de Mir !
Cependant, la station Mir (qui signifie 'paix' en Russe) est avant tout le symbole de la fin de la course à l'espace et le début d'une ère de collaboration. Ainsi, des navettes spatiales américaines (comme Atlantis) se sont amarrées à Mir à plusieurs reprises. Des astronautes américains ont séjourné de longs mois à bord, servant de préparation cruciale à la construction de l'ISS.
On peut noter quelques incidents qui ont eu lieu a bord de Mir:
- un incendie en 1997: un générateur d'oxygène a pris feu, créant un danger grave mais maîtrisé par l'équipage.
On peut noter quelques incidents qui ont eu lieu a bord de Mir:
- un incendie en 1997: un générateur d'oxygène a pris feu, créant un danger grave mais maîtrisé par l'équipage.
- une collision également en 1997: le vaisseau de ravitaillement Progress M-34 est entré en collision avec le module Spektr lors d'un test de manœuvre, perforant la coque et provoquant une dépressurisation. L'équipage a dû isoler le module en coupant les câbles pour sauver la station.
- pannes techniques diverses : comme tout vaisseau vieillissant, Mir a souffert de pannes multiples (ordinateurs, systèmes de contrôle d'attitude, fuites), nécessitant un entretien constant de la part des équipages.
- pannes techniques diverses : comme tout vaisseau vieillissant, Mir a souffert de pannes multiples (ordinateurs, systèmes de contrôle d'attitude, fuites), nécessitant un entretien constant de la part des équipages.
Mir a servi de banc d'essai et de preuve de concept indispensable pour la Station Spatiale Internationale (ISS). Les leçons apprises sur la vie de longue durée, l'entretien et la coopération internationale ont été fondamentales.
Après 15 ans de service (au lieu de 5 prévus initialement), la station vieillissante et coûteuse a été désorbitée de manière contrôlée le 23 mars 2001. Ses débris ont été précipités dans une zone inhabitée de l'océan Pacifique, mettant fin à une ère glorieuse.
- 28 janvier 1986: lors du 24e vol du programme Space Shuttle et du 10e vol de Challenger, la navette spatiale explose 73 secondes après le décollage, à une altitude d'environ 15 kilomètres. La cause est la défaillance d'un joint torique probablement fragilisé par le froid intense, permettant à une flamme de percer le réservoir externe et de provoquer une explosion hydrogène/oxygène. Les sept membres d'équipage qui ont péri sont devenus des héros nationaux: Francis "Dick" Scobee (commandant), Michael Smith (pilote), Judith Resnik (spécialiste de mission), Ellison Onizuka (spécialiste de mission), Ronald McNair (spécialiste de mission), Gregory Jarvis (spécialiste de charge utile), Christa McAuliffe (spécialiste de charge utile / "Première enseignante dans l'espace")
- 1988: reprise des vols navettes avec Discovery
A SUIVRE...
1 commentaires > Laisser un commentaire :
Bravo , je n'ai pas encore tout lu ,c'est un sacré travail de recherche !
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