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L’Observatoire de Paris présente

Alexis Bouvard (1767 – 1843). © BOP
Urbain Le Verrier (1811 – 1877). © BOP
François Arago (1786 – 1853). © BOP
Johann Gottfried Galle (1812 – 1910). (DP)
Le Verrier découvre Neptune en 1846
En 1781, la septième planète du Système solaire, Uranus,
est découverte par William Herschel. Le Bureau des longi-
tudes charge en 1821 Alexis Bouvard d’en établir une éphé-
méride, mais il rencontre de grandes dicultés : même
en tenant compte des perturbations dues à l’attraction de
Jupiter et de Saturne, il est impossible de reproduire cor-
rectement le mouvement d’Uranus. Bouvard pense que ce
mouvement est perturbé par une « planète troublante ».
C’est le triomphe. Le Verrier aimerait que la nouvelle
planète porte son nom, mais en vain : on l’appellera
Neptune. En Angleterre, Adams a, lui aussi, résolu le
problème. Timide et moins sûr de lui que Le Verrier, il
a du mal à convaincre ses compatriotes de rechercher
la planète troublante : les Anglais arriveront trop tard.
Plusieurs astronomes, dont Bessel, s’intéressent au
problème. En 1845, François Arago, le responsable de
l’Observatoire de Paris, qui ne voit personne à l’Obser-
vatoire qui serait capable de le résoudre, demande à
Le Verrier, dont la réputation de mécanicien céleste
est déjà bien établie, de s’y attaquer.
Un an après, Le Verrier l’a résolu malgré sa grande dif-
ficulté. Il écrit à des collègues à l’étranger pour leur
demander de chercher la nouvelle planète, dont il leur
donne la position : on ne peut pas le faire à Paris, faute
de cartes du ciel susantes. Galle la trouve à Berlin, pen-
dant la nuit du 23 au 24 septembre 1846.

Sur cette carte du ciel qui a permis la découverte de Neptune, Galle a porté la position prédite
par LeVerrier (Neptun berechnet : Neptune calculée) et la position réelle (Neptun beobachtet :
Neptune observée). La position prédite par Adams est également indiquée. © BOP
Lettre par laquelle Galle a annoncé à Le Verrier son observation de Neptune, annotée par Le Verrier. © BOP
Le Verrier découvre Neptune en 1846

Galilée (1564 – 1642). (DP)
Pierre-Simon de Laplace (1749 – 1827). (BOP)
Isaac Newton (1643 – 1727). (DP)
Johannes Kepler (1571 – 1630). (DP)
Les précurseurs
Si Arago a pu dire que Le Verrier a découvert Neptune « au bout de sa plume »,
c’est que cela correspondait à des calculs théoriques faits eectivement à la
main. Comment Le Verrier a-t-il procédé pour sa découverte ?
La mécanique céleste a réellement commencé avec Galilée,
pour son principe d’inertie, et avec Newton pour avoir posé
l’attraction gravitationnelle de tout corps massif. Newton a
mis en place, avec Leibniz, le calcul diérentiel qui est l’outil
mathématique indispensable pour pouvoir utiliser eecti-
vement les principes posés.
Newton a ainsi démontré les fameuses lois de Kepler qui
n’étaient jusque-là « que » des lois empiriques. Seule-
ment, ces lois ne sont valables que pour le problème dit
« des deux corps », comme le Soleil et Jupiter pris isolé-
ment, ou encore, le Soleil et Saturne pris aussi isolément.
On sent bien que ces systèmes de deux corps juxtaposés
ne constituent qu’une approximation du phénomène réel
puisque la loi de Newton indique que Jupiter et Saturne
(par exemple) s’attirent mutuellement. On parle alors de
« perturbations », car les ellipses de Kepler subissent de
petites variations (figure ci-contre).
Newton, puis d’illustres mécaniciens célestes tels Bouvard
et Laplace ont eectué les calculs de ces perturbations. Les
prédictions des positions des corps célestes ainsi faites
sont devenues, au fil des progrès réalisés, toutes d’une
précision exemplaire. Toutes ? Non, seule Uranus résistait
encore en cette première moitié du xixe siècle.

La position d’Uranus et de Neptune est
indiquée pour diérentes dates. Comme
Neptune tourne moins vite qu’Uranus
autour du Soleil, on voit que son attraction
a accéléré Uranus avant la conjonction de
1821 et l’a retardé ensuite (l’écart avec
les positions réelles est très exagéré sur le
schéma). Le Verrier a supposé une distance
au Soleil trop grande pour Neptune, mais la
direction était bonne. De son côté, Adams,
jeune astronome anglais, réalisa un travail
similaire mais, sans le soutien de ses chefs,
arriva trop tard. (BOP)
Le triomphe de la mécanique céleste
Les écarts entre les positions calculées et celles observées étaient susamment
grands pour que Le Verrier, sous le conseil d’Arago, les analyse sous l’hypothèse
d’une planète située au-delà d’Uranus (et donc inconnue). Cette planète exerce
une attraction sur Uranus. C’est en calculant cet eet, puis en le comparant aux
écarts observés, que Le Verrier a pu indiquer aux astronomes la zone du ciel
où l’on pourrait trouver l’hypothé-
tique planète, ce qui fut eective-
ment constaté, consacrant ainsi le
triomphe de la mécanique céleste.