Le temps des observatoires

Le 16^e siècle est, grâce à Nicolas Copernic, le siècle de la révolution scientifique.
L’astronome polonais présente ses thèses dans le De Revolutionnibus orbium cœlestis imprimé à Nuremberg en 1543. Rejetant la position centrale de la Terre, Copernic la banalise et lui enlève son rôle privilégié ; mais il rejette surtout l’immobilisme de notre planète. Ce changement de perspective est à l’origine de grands bouleversements idéologiques.

Copernic échange les positions du Soleil et de la Terre. Il attribue à la Terre un mouvement de rotation autour de son axe et de révolution autour du Soleil qui prend place au cœur du système des planètes.
Conscient du scandale qu’il peut provoquer, Copernic expose ses raisons avec prudence : “Le seul avantage qu’il y ait à considérer le Soleil comme immobile et la Terre comme tournant sur elle-même et autour de lui, c’est que les mouvements célestes qui nous paraissent si bizarres deviennent tout à coup d’une étonnante simplicité.”

Au milieu du 16^e siècle, les observations de Tycho Brahé montrent clairement que les sphères de cristal qui, chez les Grecs, servaient de support au mouvement des planètes et auxquelles on a cru pendant vingt siècles n’existent pas. Les astres se déplacent librement.
Toutefois, Tycho Brahé ne se résout pas à écarter la Terre de sa position centrale. Pour lui, la Lune et le Soleil tournent autour de la Terre, mais les planètes tournent autour du Soleil. Le succès de ce système hybride témoigne des résistances à l’héliocentrisme.

Johannes Kepler montre l’influence prépondérante du Soleil dans le Système solaire : sa “force motrice”, immatérielle, entraîne les planètes. Kepler adopte avec conviction les idées coperniciennes mais constate que les mouvements circulaires décrivent mal les orbites observées. Travaillant intensément à partir des résultats d’observation de Tycho Brahé, Kepler montre en 1605 que cette trajectoire est une ellipse ayant pour foyer le Soleil, et non un cercle ou une composition de cercles.

En 1609, Galilée est l’un des premiers à utiliser la lunette astronomique pour observer le ciel : il observe des montagnes sur la Lune que l’on croyait parfaitement sphérique et découvre les satellites de Jupiter. Il observe des phases de la planète Vénus qui ne s’expliquent que si celle-ci tourne autour du Soleil.
Pour la première fois, on a la preuve qu’un objet céleste peut tourner autour d’autre chose que la Terre. Galilée vient de démontrer que Copernic avait raison.

Suite à ses observations, Galilée se fait le chantre d’un Univers centré sur le Soleil. La parution de son livre Dialogue sur les systèmes du monde connaît un succès immédiat qui lui attire les foudres de l’église catholique. Galilée est traduit devant l’Inquisition, contraint de se rétracter et assigné à résidence jusqu’à sa mort en 1642. Malgré sa condamnation, il a porté un coup fatal au système géocentrique. Désormais, l’homme doit se résigner à occuper une place plus modeste dans l’Univers.

Avec la création de l’Académie des sciences et de l’Observatoire, le 17^e siècle voit se développer les instruments d’observation. Les verres peuvent désormais être taillés très régulièrement. Les astronomes de l’Académie font construire de grands instruments : quarts-de-cercle, sextants, micromètres à fil, qui permettent de mesurer la position des astres à quelques secondes (divisions du degré) près. L’académicien Jean Picard décrit ces instruments de visée, explique leur fonctionnement et donne les méthodes de contrôle dans Mesure de la Terre publiée en 1671.

Tirant du système de Copernic ses ultimes conséquences Giordano Bruno postule l’infinité du monde. Les progrès des instruments d’observation suppriment définitivement la sphère des étoiles fixes. Pour Thomas Digges, les étoiles sont disséminées à l’infini.

En 1687, Isaac Newton énonce la loi de l’attraction universelle : tous les corps s’attirent entre eux, proportionnellement à leurs masses et dans une proportion inverse au carré de leur éloignement. Une pomme tombe parce qu’elle est attirée par la Terre, vers son centre. La Lune est attirée par la Terre. De même, toutes les planètes, y compris la Terre, sont attirées par le Soleil et tournent autour de lui selon les ellipses découvertes par Kepler.

En même temps que la découverte de l’éloignement des étoiles, le système de Newton fait éclater définitivement la sphère des fixes et le monde clos enfermé dans ces limites : l’espace est géométrique et infini ; le temps est éternel ; la gravitation universelle est responsable de tous les mouvements célestes.
Désormais, la physique invoquera explicitement l’espace géométrique pour décrire l’espace cosmique.

Les 18^e et 19^e siècles voient triompher la physique newtonienne vérifiée par de nombreuses observations : aplatissement de la Terre conforme à la théorie de l’attraction, prédiction du trajet des comètes, découverte de la planète Neptune.
Les savants du 18^e siècle, Euler, d’Alembert, Lagrange développent les outils mathématiques pour mieux l’exploiter. Pierre Simon de Laplace, dans son Exposition du système du Monde (1796), la vulgarise et en présente les implications.

Au siècle des Lumières, la pluralité des mondes suscite des discussions passionnées : la page de titre de Theoria motuum planetarium (1744) de Leonard Euler – où figurent le système solaire ainsi qu’un grand nombre d’étoiles avec leur propre système planétaire – semblent préfigurer ce que montrent les dernières photographies du télescope Hubble : des régions du ciel peuplées d’un nombre extraordinaire d’étoiles, entourées des cercles de poussières qui formeront un jour autant de systèmes planétaires.

Albert Einstein énonce en 1905 la relativité de l’espace et du temps, appelée aujourd’hui relativité restreinte. Il y énonce la fameuse loi E=mc2 reliant la masse de tout corps à son énergie et à la vitesse de la lumière – une constante absolue.
En 1916, la relativité générale propose un nouveau cadre pour comprendre l’univers. Einstein assimile la gravitation non à des forces, mais à une “courbure” de l’espace et du temps engendrée par les corps massifs. L’univers, ainsi modelé par la gravitation, tissé par la lumière, courbé par la matière, devient “élastique”.

Les résultats des observations et les avancées théoriques, notamment la physique quantique, feront naître une nouvelle vision de l’univers qui sera formulée dès les années 1930 par le Belge Georges Lemaître, et adoptée dans les années 1960 sous la forme des modèles de big bang.
L’expansion s’accompagne d’une dilution et d’un refroidissement de la matière, et surtout d’une structuration progressive qui aboutit, au cours de l’histoire cosmique, aux galaxies, aux étoiles et aux planètes.