étoiles fixes - L`Association Française d`Astronomie
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GALILÉE – 1610 Le ciel avec un œil neuf « Toute la conduite de notre vie dépend de nos sens, entre lesquels celui de la vue étant le « La science est une exploration continue de formes de pensée. Sa force, c’est sa capacité vi (Carlo Rovelli - Par-delà le visible - 2015) RCE 12/11/2016 Daniel DESCOUT Galilée 1610 – Le ciel avec un œil neuf Avènement d’une astronomie instrumentale Émergence d’une nouvelle vision du monde ● Introduction (diapositives 1 et 2) ● Rétrospective (3 à 6) ● Biographie de Galilée (7 à 9) ● Les lunettes de Galilée (10 à 12) ● Le Messager des Étoiles (13 à 16) ● Les phases de Vénus (17 à 19) ● L’irrésistible ascension de l’héliocentrisme (20 à 22) ● Conclusion et bibliographie (23 et 24) dia 2/24 21 août 1609 – Galilée présente sa lunette au doge de Venise Se projeter en 1610 en Europe (1/3) oublier 4 siècles de découvertes Quelques inconnues en 1610 l’éloignement des « étoiles fixes » (1837 – Bessel) les planètes trans-saturniennes Neptune (1846) et Uranus (1781) les astéroïdes (1801 – Cérès) la nature de la lumière (1704 – Newton // 1690 – Huygens) la théorie unifiée des mouvements célestes (1687 – Newton) la distance Terre-Soleil (1672 – Cassini) la théorie optique de la lunette (1637 – Descartes // 1611 – Kepler) le mécanisme optique de la vision oculaire (1611 – Kepler) dia 3/24 Se projeter en 1610 en Europe (2/3) le géocentrisme : pensée dominante en astronomie ● le monde selon Aristote étendue finie (limité par la sphère des « étoiles fixes ») ● ● différence de nature entre : le monde supralunaire (immuabilité, perfection) le monde sublunaire (altérabilité, Terre fixe au centre) ● l’astronomie selon Ptolémée ● géocentrisme (Almageste) ● orbites épicycloïdales des planètes dia 4/24 Se projeter en 1610 en Europe (3/3) les nouveaux éléments du débat à propos du ciel Les phénomènes énigmatiques les comètes (1577 – Tycho Brahé) les novae (1572 – Tycho Brahé 1604 – Képler) les étoiles variables (Fabricius – 1596) La « Grande Comète » de 1577 observée par Tycho Brahé Les nouveaux systèmes du monde l’héliocentrisme (1543 – Copernic) le géo-héliocentrisme (1577 – Tycho Brahé) dia 5/24 Raccourci historique – géocentrisme / héliocentrisme dia 6/24 biographie de Galilée (1/3) : de 1564 à 1610 1564 : naissance à Pise – enfance florentine ● ● 1592 – 1610 : période vénitienne professeur de mathématiques : ●enseignement de l’astronomie de Ptolémée (Padoue) ● expérimentateur : science du mouvement (pendule – 1602, plan incliné – 1604) ● ● philosophe : critique de l’aristotélisme 1597 : lettre à Kepler – Galilée se déclare copernicien ● dia 7/24 biographie de Galilée (2/3) 1610 – les révélations 1610 (janvier) : découverte des satellites de Jupiter ● 1610 (mars) : publication du « Messager des étoiles » célébrité de Galilée en Europe incrédulité des « doctes savants » ● 1610 (août) : confirmation par Kepler de la découverte des satellites de Jupiter et soutien à Galilée (« Discussion avec le messager céleste ») ● 1610 (septembre) : découverte de la phase gibbeuse de Vénus ● couverture de l’édition du Seuil (1992) traduit et présenté par Fernand Hallyn dia 8/24 Galilée biographie de Galilée (3/3) : de 1610 à 1642 la diffusion des idées nouvelles 1610 – 1642 : mathématicien et philosophe (mécénat du Grand-Duc de Toscane) 1611 – 1613 : étude des taches solaires (confrontation avec Christof Scheiner) 1615 : lettre à Christine de Lorraine (conflit avec l’Église – 1616) 1632 : publication du « Dialogue sur les deux grands systèmes du monde » 1633 : procès de Galilée (abjuration) 1638 : publication (à Leyde) du « Discours concernant deux sciences nouvelles » (statique et dynamique ) 1642 : décès à Arcetri (près de Florence) portrait de Galilée par Justus Susterman (1636) dia 9/24 Galilée commence à construire ses propres lunettes (Padoue – 1609) http://www.museogalileo.it/ lunette historique exposée au musée de Florence échelle : 100 cm Objectif plan-convexe focale : 980 mm diamètre : 37 mm Instrument grossissement : 21 champ de vision céleste : 1/4 degré Oculaire plan-concave focale : – 47,5 mm diamètre : 22 mm « Mais, à la honte de nos sciences, cette invention, si utile et si admirable, n'a été trouvée première dia 10/24 Une lunette construite en classe de CM1/CM2 (juin 2016) lunette de Galilée plan focal commun objectif axe lunette 1 cm oculaire échelles manchon entrée 10 cm tube d'assemblage manchon sortie dia 11/24 Le champ de la lunette de Galilée Diamètre apparent de la Lune 1/2 degré (30’) Champ de la lunette de Galilée 1/4 degré (15’) Diamètre apparent de Jupiter 35’’ (0,6’) Domaine orbital des satellites galiléens 20’ (Callisto – 08/01/1610) ● ● Cliché Guillaume Cannat (15/07/2012) Calcul du champ de la lunette de Galilée http://www.dino http://www.leguideduciel.net/lgdc/lgdctextes/lgdc69. php dia 12/24 premières observations de la Lune avec une lunette (1609) Les longues-vues à 2 lentilles se répandent en Europe (Pays-Bas, France, Italie) ● Mai 1609 : Galilée construit sa première lunette (G = 6) ● Juillet 1609 : Thomas Harriot observe la Lune avec une lunette (G = 6) dessin de Harriot (ci-dessus) ● Novembre 1609 : Galilée observe la Lune avec une nouvelle lunette (G = 20) ● Kepler publie « Astronomia Nova » (« lois de Kepler » 1 et 2 du mouvement des planètes – modèle héliocentrique) ● dia 13/24 dessins de Galilée (ci-dessous) Padoue – 07 janvier 1610 Galilée découvre les satellites de Jupiter dia 14/24 Padoue – janvier-février 1610 Galilée observe méthodiquement les satellites de Jupiter dia 15/24 La conclusion du « Messager des étoiles » (p 199) une adhésion explicite au modèle héliocentrique « Maintenant, nous n’avons plus une seule Planète tournant autour d’une autre pendant que toutes deux parcourent un grand orbe autour du Soleil, mais notre perception nous offre quatre Étoiles errantes, tournant autour de Jupiter, comme la Lune le fait autour de la Terre, tandis que toutes poursuivent ensemble avec Jupiter, en l’espace de douze ans, un grand orbe autour du Soleil. » Brouillon d’une lettre de Galilée dia 16/24 au doge de Venise (janvier 1610) 1610 – Galilée découvre les phases de Vénus phases de Vénus dessins de Galilée « Quand Vénus a commencé à être visible dans le ciel du soir, je commençais à l'obser dia 17/24 vers une confrontation des deux modèles géocentrisme / héliocentrisme phases de Vénus dessins de Galilée dia 18/24 modèle 1 – géocentrisme de Ptolémée modèle 2 – héliocentrisme de Copernic dia 19/24 L’héliocentrisme – oui ... … mais à quelle distance sont les « étoiles fixes » ? Galilée s’engage en faveur de l’héliocentrisme –« Dialogue sur les deux grands systèmes du monde » (1632) –Mesure de l’éloignement des astres – méthode de la parallaxe ● Valeur de la parallaxe de la Lune – Hipparque ; 52’ (– 167) ● Mesure de la parallaxe de la « Grande comète » – Tycho Brahé ; 15’ (le 13/11/1577) ● Mesure de la parallaxe de Mars (opposition de 1672) – Cassini, Richer, Flamsteed ; 24’’ reflexions.ulg.ac.be Avant le XIXe siècle, la parallaxe des « étoiles fixes » reste non mesurable (trop faible) dia 20/24 L’inflation copernicienne angle = base / distance distance = base / angle ● ● Passer du géocentrisme à l’héliocentrisme oblige à repenser la taille du monde (Aristarque de Samos ; – 310 / – 230) Au XVIIe siècle, la parallaxe des « étoiles fixes » est inférieure à une borne P (inconnue mais indépendante du modèle) ● Géocentrisme : parallaxe basée sur le diamètre de la sphère terrestre (base T) (la distance D des « étoiles fixes » est supérieure à T/P) ● Héliocentrisme : parallaxe basée sur le diamètre de l’orbite terrestre (base O) (la distance D des « étoiles fixes » est supérieure à O/P) La base O vaut environ 2000 fois la base T (O/T ~ 2 000). Donc, la taille (*) du nouveau monde copernicien est 2000 fois plus grande que la taille du monde ptoléméen (environ 20 000 000 contre 10 000 diamètres terrestres) (* le diamètre de la ● sphère des étoiles fixes) dia 21/24 Les preuves observationnelles directes de l’héliocentrisme (acquises aux XVIIIe et XIXe siècles) Révolution de la Terre (mouvement annuel) Aberration des étoiles fixes (41’’ – James Bradley – 1725) ● Rotation de la Terre (mouvement diurne) Expérience de Foucault (rotation du plan du pendule – Paris – 1851) ● Parallaxe des étoiles fixes (William Bessel – 61 Cygni – 1837 – 0,31’’) ● L’étoile la plus proche du système solaire est Proxima (Centaure) à 1,3 parsec (environ 270 000 UA) (parallaxe 0,77’’) ● dia 22/24 « La révolution copernicienne (*) » (du XVIe au XVIIIe siècle) un changement de paradigme (*) ouvrage de Thomas Kuhn (1957) Un « système solaire » unifié Terre, Lune et planètes de même nature mouvements conformes à un seul modèle (gravitation universelle – Newton – 1687) Apparition d’un horizon des connaissances (frontière entre le système solaire et la « sphère des étoiles », énigmatique) Un monde changeant taches solaires, comètes, étoiles variables, e DM - argent) frappée en 1973 à l’occasion du 500 anniversaire de Nicolas Copernic novae ● ● Un monde gigantesque : infini ? dia 23/24 bibliographie et netographie ● Le Messager des Étoiles (Galilée – 1610) Dialogue sur les deux grands systèmes ●du monde (Galilée – 1632) ● Universum – Camille Flammari ● Du monde clos à l’Univers infini (Alexandre Koyré – 1957) ● La mutation du visible (livre 1 – Philippe Hamou – 1999) ● Sur les épaules des géants (anthologie – Stephen Hawking – 2002) « Si j’ai pu voir aussi loin, c’est parce que j’étais juché sur les épaules de géants » (Isaac Newton – 1676 lettre à Robert Hooke) (www.) museogalileo.it – (www.) leguideduciel.net (www.) dino-optic.fr – (www.) stellarium.org/fr/ dia 24/24 lunette de Galilée (1610) – une « optique de fortune » (*) (*) d’après Philippe Hamou – « La mutation du visible » (1999) extrait du « Messager des étoiles » (page 146) schéma d’évaluation du grossissement de la lunette (opérateur euclidien – Galilée – « Le messager des étoiles ») ● ● schéma de calcul du grossissement de la lunette (modèle de l’optique géométrique) N A u A’ O’ F F’ u’ O lunette dia 10 bis Galilée mesure la hauteur des reliefs lunaires (« Le Messager des étoiles » pages 161 à 163) ● Diamètre terrestre = 7000 milles ● Diamètre lunaire CF = 2000 milles ● CD = 100 milles et AD = 5 milles (AD = DC.(DC/CF)) (1 mille = 1,5 km environ) dia 13 bis Aristarque de Samos (– 310 / – 230) et l’héliocentrisme « Vous n'êtes pas sans savoir que par l'Univers, la plupart des Astronomes signifient une sphère ayant son centre au centre de la Terre (…). Toutefois, Aristarque de Samos a publié des écrits sur les hypothèses astronomiques. Les présuppositions qu'on trouve dans ses écrits suggèrent un univers beaucoup plus grand que celui mentionné plus haut. Il commence en fait avec l'hypothèse que les étoiles fixes et le Soleil sont immobiles. Quant à la Terre, elle se déplace autour du Soleil sur la circonférence d'un cercle ayant son centre dans le Soleil. » Archimède, Préface du traité « L’Arénaire ». distance Terre-Soleil ~ 6,6 millions de km (Aristarque) dia 21 bis 1610 et 1611 – observations de Vénus par Galilée (1) 1610 et 1611 – observations de Vénus par Galilée (2) Le système géo-héliocentrique de Tycho-Brahé Dans ce système du monde, les cinq planètes tournent autour du Soleil, sur des orbites circulaires concentriques de rayon croissant de Mercure à Saturne. ● Le Soleil et la Lune tournent autour de la Terre. ● La Terre est au centre du monde, centre de la sphère des étoiles fixes. ● Ce système est compatible avec les phases de Vénus découvertes par Galilée en 1610. ● dia 5 bis Schéma optique moderne association [lunette + œil] lunette de Galilée G = 10 avec les échelles de la diapositive 13 ● les deux effets principaux de l’instrument sont : le grossissement (G) et l’augmentation de la luminosité (G²) lunette de Galilée ● lunette + œil grossissement et concentration dia 11 bis Vision stéréoscopique et parallaxe ● Vision et perception du relief 1 œil (monoculaire) : vision purement radiale – non perception des distances radiales (monde en 2D) ● 2 yeux (binoculaire) : vision croisée – perception des distances radiales (monde en 3D) ● Le cerveau interprète les 2 images décalées (vision stéréoscopique) ● Astronomie et mesure des distances radiales ● ● 1 lunette (~ 1 œil) : ciel en 2D ● 2 lunettes (~ 2 yeux) : ciel en 3D Les astronomes interprètent les deux visées décalées (mesure de la parallaxe) ● L’écart entre les lunettes (base) est réglable (de 10 cm à 300 millions de km) ● L’écart entre les 2 yeux (base) est invariable (naturellement ~ 6 cm) ● www.larousse.fr/encyclopedie/medical/vision https://astronomia.fr/1ere_partie/ distances_img/parallaxe.gif dia 20 bis
