Transcription

1

2

3 Histoire de l'astronomie

4 Histoire de l astronomie : Avant 1543 (Copernic) Observer le ciel : Religion (fêtes, cérémonies), Mesure du temps et (jours, saisons années), Etablissement d un calendrier, prévision des éclipses!! Comprendre l univers : Sous l'influence de Platon, les Grecs adoptent une explication de l'univers : La Terre est au centre, et autour d'elle tournent les planètes dans un mouvement circulaire. Les premières mesures : Eratosthène dirige la bibliothèque d'alexandrie. En observant l'ombre portée produite par le Soleil sur deux bâtons, plantés verticalement et au même moment mais en deux villes éloignées, il comprend que la Terre est ronde. Par une autre expérience, il parvient même à calculer la circonférence de notre planète avec une précision étonnante. Les connaissances : Ptolémée, astronome, géographe et mathématicien, écrit un traité d'astronomie nommé l'almageste. Il s'agit d'un vaste recueil des connaissances des anciens qui servira jusqu'à la Renaissance.

5 Le monument de Stonehenge, en Angleterre, édifié entre 2800 et 1400 avant J-C, est un édifice de la période néolithique. Il s agit de pierres géantes (mégalithes) dressées verticalement et formant des cercles concentriques (le plus grand formant 31 mètres de diamètre), avec, au milieu, une construction qui était peut-être un autel religieux. Ces pierres sont alignées en fonction de la position du soleil et de la lune à certaines périodes de l année. Vue générale de Stonehenge

6 EN EGYPTE avant J-C : LE DIEU-SOLEIL

7 en , les égyptiens inventent l une des toutes premières écritures du monde : les hiéroglyphes. Leur conception de l univers est fondée sur l observation des astres et les calculs mathématiques. La vie des Egyptiens est réglée sur le Soleil et sur le fleuve du Nil : il faut prévoir, pour la gestion de leur agriculture, les crues du Nil et pour cela étudier les mouvements des astres. Ils inventent donc le calendrier de 365 jours qui divise l année en trois saisons : l Inondation, les S les (l hiver), les Récoltes (l été), et en douze mois de trente jours - auxquels on ajoute cinq ou six jours supplémentaires en fin d année pour coïncider avec l année solaire.

8 Mais les Egyptiens s aperçoivent que ce calendrier officiel (surtout destiné aux fêtes liturgiques) retarde d un jour tous les 4 ans ; c est pourquoi, vers 2000 avant J-C, ils inventent un autre calendrier destiné à la vie quotidienne et fondé sur les décans (10 heures entre le lever et le coucher du soleil + 1 heure pour l aube et 1 pour le crépuscule). Cet autre calendrier commence en juillet. La journée est divisée en 24 heures. Les Egyptiens se servent des étoiles pour fixer la fin de la nuit.

9 Les égyptiens ont une bonne connaissance des étoiles et des planètes : - Ils remarquent que les étoiles peuvent être regroupées en constellations [Une constellation est un ensemble d'étoiles suffisamment proches pour qu'une civilisation donnée ait décidé de les relier par des lignes imaginaires, traçant ainsi une figure sur la voûte céleste]. Ainsi, le conduit qui, dans les pyramides, mène à la chambre du roi, pointe en direction de la constellation d Orion. Ils ont distingué d autres constellations comme La grande Ourse ou Cassiopée - Ils connaissent aussi les cinq planètes les plus proches de nous : Mars, Vénus, Mercure, Jupiter et Saturne. Vers 1500 avant J-C, leurcalendrier tient compte àla fois des cycles du Soleil et de la Lune.

10 LA GRECE ET le GEOCENTRISME 1000 avant J-C après J-C : LA TERRE CENTRE du MONDE Thalès, (-625/-547) Platon, (-426/-346) Ptolémée Aristote, -384/-322

11 Pour Aristote : 1) la Terre est immobile au centre de l'univers 2) il y a séparation absolue ente le monde terrestre imparfait et changeant et le monde céleste parfait et éternel (la limite étant l'orbite de la Lune) 3) les seuls mouvements célestes possibles sont les mouvements circulaires uniformes. 4) La Terre est entourée de 10 sphères concentriques en cristal. Ces sphères portent les planètes et les étoiles.

12 D après Aristote : La Terre est sphérique Si ses prédécesseurs grecs l avaient déjà évoqué parce que «la sphère est la plus belle de toutes les figures solides», c est Aristote qui avance dans son " Traité du ciel " des arguments pour justifier cette théorie : la forme circulaire de l ombre projetée par la Terre sur la surface de la Lune lors des éclipses de Lune le fait qu un voyageur se déplaçant du Nord vers le Sud voit disparaître certaines constellations tandis que de nouvelles s'élèvent la Terre doit être sphérique pour des raisons de symétrie et d équilibre.

13 Ptolémée 100/170 Grec mais vivant à Alexandrie en Egypte astronome, géographe et mathématicien, il écrit un traité d'astronomie nommé l'almageste qui contribuera à faire admettre pendant plus de quatorze siècles lidée erronée que la Terre était immobile au centre de l univers.

14 D après Ptolémée :

15 Ptolémée partait du principe que le cercle était le fondement de l univers car il était une figure parfaite et divine. L univers est alors une série de sphères s imbriquant les unes dans les autres (telles des poupées russes), une sphère extérieure contenant les étoiles et une série de sphères à l intérieur contenant les planètes, le Soleil et en fin la Terre au centre. Toutes ces sphères se meuvent à une vitesse constante. Toutes les planètes tournent autour d un centre situé dans la sphère, lui-même tournant autour d un cercle imaginaire appelé «déférent». Le déférent a été inventé car le système de Ptolémée n expliquait pas toujours les mouvements de la lune et des planètes. En fait, l orbite d une planète n est pas un cercle parfait, mais une ellipse de forme ovale. Le déférent servait à compenser ce mouvement non régulier. En conséquence, même la Terre qui était sensée être fixe et immobile au centre du monde devint légèrement en décalage par rapport au «nouveau» centre du monde représenté par le centre de ce déférent sur lequel devait évoluer notre planète. C est le point «équant».

16 Revenons sur l œuvre principale de Ptolémée : l Almageste. Les huitième et neuvième livres cataloguent et référencent les étoiles : 1022 corps célestes organisés en 48 constellations. Mesurées avec précision (à 1/6 près), leur magnitude est divisée en six classes. Ce catalogue date de 137 ap. J.C. Il a été démontré que l Almageste était truffé d anomalies et d incohérences mathématiques et astronomiques auxquelles Ptolémée ne prêtait aucune attention ou qu il a dissimulé volontairement. Ptolémée pensait que si l on croyait assez fort en quelque chose, on pouvait en ignorant le reste en démontrer l existence. Croyance qui fait un peu froid dans le dos, et qui laisse sceptique

17 Histoire de l astronomie : A partir de 1543 (Copernic) Nicolas Copernic ( ) place le Soleil au centre de l'univers et non la Terre. Copernic publie sa conception du monde dans l'ouvrage : "De Revolutionibus Orbium Coelestium" en 1543, l'année de sa mort. Ses idées marquent le déclin des conceptions géocentriques du monde : Copernic fait du Soleil, le centre, non seulement du système solaire, mais de l'univers tout entier. La Terre apparaît dans son système comme une planète comme les autres qui tourne sur elle-même et qui tourne autour du Soleil. Pour Copernic, les orbites des planètes sont circulaires et coplanaires

18 TYCHO BRAHE ( ) : Passionné d'astronomie, il observe dès l'âge de 17 ans la conjonction de Saturne et de Jupiter et relève à cette occasion d'importantes erreurs dans les tables astronomiques existantes. Loin de se contenter de simples corrections, Brahe décide d'établir de nouvelles tables et entreprend pour cela la fabrication des plus grands instruments d'observation jamais construits. Ce Danois fit un travail impressionnant par la masse et la précision de ses observations. Il publie par exemple un catalogue comprenant 777 étoiles. C est sûrement le meilleur astronome avant l invention des lunettes et des télescopes.

19 I instrument de mesure de positions utilisé par Tycho Brahé est un instrument de visée sans optique, l astre est vu à l œil nu, il doit être brillant Le plus grand titre de gloire de cet astronome restera d'avoir permis, par ses observations des mouvements de la planète Mars, l'énoncé des fameuses lois de Kepler, son élève favori.

20 mais aussi la découverte de la supernovae de 1572 Les deux dernières supernovae Dans notre galaxie ont eu lieu en 1572 et 1604!!

21 Johannes Kepler ( ) défend le système de Copernic. À cause de ses travaux et parce qu'il est protestant, il redoute l'église catholique et se réfugie auprès de l'astronome Danois Tycho Brahe ( ). Grâce aux observations de ce dernier, Kepler prouve que les orbites des planètes sont elliptiques et non circulaires. Le Soleil occupe un des foyers de ces ellipses. (1596) Kepler énonce une deuxième loi concernant les mouvements des planètes autour du Soleil. (1609) La loi des aires : Le mouvement de chaque planète est tel que le segment de droite reliant le soleil et la planète balaie des aires égales pendant des durées égales. Kepler énonce la dernière de ses trois fameuses lois, connues sous le nom de... lois des periodes (1619) : a 3 /T 2 = constante

22 Le calcul de l'orbite de Mars par Kepler Tycho Brahé lui demandera de calculer l'orbite précise de Mars, pour laquelle il avait remarqué une excentricité dans sa trajectoire, considérée comme une anomalie à une époque où l'on pensait encore que les planètes décrivaient des cercles, figure parfaite. Pensant accomplir sa tâche en quelques semaines, il ne lui faudra pas moins de six ans pour achever son travail. C'est durant ce travail qu'il découvrira les deux premières des trois lois fondamentales : les planètes décrivent des trajectoires elliptiques dont le Soleil est un foyer et elles parcourent des aires égales pendant des intervalles de temps égaux. Un mouvement déconcertant : la rétrogradation

23 Galilée ( ) fait construire la lunette qui porte son nom et la tourne vers le ciel. Il découvre les taches solaires, le relief de la Lune, les premiers satellites de Jupiter et les phases de Vénus. Le "déplacement" des taches solaires dessiné par Galilée du 23 au 26 juin 1603

24 1610: Galilée, avec sa lunette (grossissement 20X), observe la lune et conclue: "la lune n'est pas entourée d'une surface lisse et polie (comme l'avance la religion) mais accidentée, inégale et tout comme la surface terrestre, recouverte de hautes élévations et de profondes cavités". Il parle alors de "terres" et de "mers".

25 "Le 7 janvier 1610, à une heure du matin, alors que j'explorais le ciel avec ma lunette, Jupiter se présenta à moi; et parce que j'avais construit un instrument puissant, je pus apercevoir trois petites étoiles à côté de lui. Bien que je les considérais comme des étoiles, je fus très étonné parce qu'elles semblaient exactement alignées sur une ligne parallèle à l'écliptique et parce qu'elles étaient beaucoup plus belles que les autres étoiles de même magnitude. Leurs positions étaient comme cela : c'est-à-dire qu'il y en avait deux à l'est et une à l'ouest. La plus à l'est et celle du côté ouest semblaient légèrement plus brillante que la troisième. Je ne fis pas attention à leur distance à Jupiter puisque, comme je l'ai déjà dit, je crus qu'il s'agissait d'étoiles fixes. Quand, le 8 janvier, je ne sais pourquoi, je refis la même observation, je vis une configuration complètement différente : les trois étoiles étaient maintenant toutes du côté ouest de Jupiter, et elles étaient plus proches les unes des autres que la veille, à distances égales l'une de l'autre, comme sur la figure suivante : devant un tel phénomène, et incapable de concevoir que des étoiles puissent changer de positions relatives, je me demandais comment Jupiter pouvait se trouver à l'est de ces étoiles ce jour, alors qu'il se trouvait à l'ouest de deux d'entre elles la veille. Son mouvement n'était-il pas direct en contradiction avec les calculs astronomiques et était-ce par son propre mouvement qu'il s'était déplacé parmi ces étoiles? J'attendis la nuit suivante avec impatience, mais je fus désappointé car le ciel fut nuageux de tous côtés. Le 10 janvier cependant, ces étoiles apparurent dans la configuration suivante par rapport à Jupiter :

26 Il n'y avait que deux étoiles, et toutes deux à l'est de Jupiter; la troisième était, je suppose, cachée par la planète. Elles étaient, comme précédemment, alignées avec la planète, et exactement sur le zodiaque. Devant cela, comprenant que ces changements de configuration n'étaient pas dus à Jupiter et persuadé que ces étoiles étaient les mêmes que les jours précédents, mes doutes se transformèrent en étonnement. Je compris que ces changement de positions relatives n'étaient pas dus à Jupiter mais aux étoiles elles-mêmes. Pour cette raison, je décidai de continuer les observations avec un grand soin. Le 11 janvier, je vis la configuration suivante : Seulement deux étoiles à l'est de Jupiter, celle du centre étant trois fois plus loin de Jupiter que de l'autre étoile.celle la plus à l'est était deux fois plus brillante que celle du centre alors que la nuit précédente elles m'étais apparues de même magnitude. J'admis ainsi qu'il y avait dans le ciel, sans aucun doute, des étoiles qui tournaient autour de Jupiter de la même façon que Mercure et Vénus tournent autour du Soleil..." Ce n'est que le 13 janvier que Galilée put observer les quatre satellites simultanément. Il fit alors ce dessin :

27 Jupiter et les 4 satellites Galiléens : Io, Europe, Ganymède et Callisto Nocturne du 5 avril 2002

28 les phases de Vénus : les phases de Vénus par Galilée (1610 ) Les phases et la diamètre apparent de Vénus Galilé 1610

29 Galilée fut jugé par l'inquisition pour hérésie. On caricature souvent son procès en lui prêtant l'expression "Et pourtant elle tourne", à propos du mouvement de la Terre. Il a beau expliquer que sa théorie ne contredit pas la Bible si elle est interprétée correctement, Galilée doit finalement abjurer à genoux ses «erreurs», le 22 juin 1633.

30 1655 Christiaan Huygens ( ) Mathématicien, astronome et physicien néerlandais, il découvre que Saturne est entourée d un anneau mince n adhérant à l astre en aucun point, et incliné sur l écliptique

31 Nous devons le premier véritable dessin de la planète Mars à Christian Huygens. Le 28 novembre 1659, il distingue à travers son télescope une tache sombre en forme de V qui se dessine parfaitement sur le disque martien (schéma de gauche). Cette forme caractéristique n'est autre que Syrtis Major. Le 13 août 1672 (schéma de droite), il aperçoit la calotte polaire australe (qui apparaît en haut, car vue au travers d'un télescope, la planète Mars est inversée!) L'idée d'une planète semblable à la Terre... «La planète est plus loin du Soleil et ses habitants doivent être adaptées à des températures plus basses que celles qui règnent sur Terre. Avec une rotation sensiblement identique à celle de notre globe et un axe faiblement incliné, les saisons martiennes ne doivent pas être bien différentes des saisons terrestres» Christiaan Huygens découvre un satellite de Saturne : Titan

32 JEAN-DOMINIQUE CASSINI ( ) : Astronome français, c'est lui qui fonda l'observatoire de Paris. Il fit un grand nombre d'observations : il étudie l'anneau de Saturne, et découvre 4 de ses satellites (Japet, Rhéa, Tethys et Dioné). Il fit l'une des cartes de la Lune les plus précises avant l'apparition de la photographie. Il détermine à partir de ses observations les périodes de rotations de Jupiter et de Mars. Après une période de 36 ou 37 jours, les taches reviennent au même endroit et Mars effectue donc une rotation complète en 24 heures et 40 minutes. La valeur est très proche de celle retenue actuellement, soit 24 h 37 m 22 s

33 Sir Isaac Newton ( ) invente le télescope. À partir des travaux de Kepler, Newton énonce la loi de l'attraction universelle (1687). Il explique pourquoi la pomme lui tombe sur la tête, mais aussi pourquoi la Lune tourne autour de la Terre sans jamais lui tomber dessus. Découverte de la décomposition de la lumière du soleil

34 Après le passage de la comète qui, depuis, porte son nom, Edmund Halley ( ) étudie les orbites particulières des ces corps célestes et comprend que certaines sont périodiques, d'autres non. Il identifie les objets parus en 1531 et 1607 et celle qu'il observe lui-même en 1682 et établi qu'il s'agit d'une comète périodique qui revient régulièrement tous les 76 ans. Il réussit donc a en prévoir son retour en 1758 et ensuite... (cette comète a pu être observée dernièrement en 1986) Halley ( ) compare les positions d'étoiles qu'il observe dans le ciel, aux positions données par Ptolémée dans son catalogue. Il en déduit que les étoiles ne sont pas fixes ; elles ont leurs mouvements propres, observables sur plusieurs années. (1710)

35 La comète de Halley observé en 1074.et en 1986

36 CHARLES MESSIER ( ) : les objets du ciel profond Son principal travail a été d'observer le ciel profond. Malgré la faible qualité des instruments de l'époque, il observe le ciel profond. On ne différencie pas à l'époque les objets du ciel profond : nébuleuses, galaxies, amas de galaxies, amas d'étoiles... Il établit un catalogue d'objets du ciel profond et une numérotation encore utilisée actuellement. (Ce sont les objets que l'on désigne par M suivi du numéro d'ordre dans le catalogue). Les objets de Messier sont des objets connus des astronomes amateurs car la majorité de ces objets sont simplement observables avec une bonne paire de jumelle. Mais ce n'est pas le seul travail qu'il réalisa : il étudie aussi les comètes et en découvre 16.

37 Le catalogue de Charles Messier , astronome français; chercheur de comète. A publier le catalogue des 110 objets diffus ou nébuleux les plus remarquables du système solaire. M31(Galaxie) M57(Nebuleuse)

38 Les amas d étoiles M44 M11 M45

39 Le théologien et astronome Thomas Wright explique la Voie Lactée comme étant une multitude d'étoiles qui s'étend au loin. (1750) Le philosophe Emmanuel Kant ( ) suppose que les nébuleuses de forme elliptique sont constituées d'étoiles, tout comme l'est la Voie Lactée (1755) Sir William Herschel ( ) construit un télescope et découvre Uranus. URBAIN LE VERRIER ( ) : Il étudia le mouvement des planètes et plus particulièrement celui de la planète Uranus : Les perturbations de sa trajectoire lui font soupçonner l'existence d'une autre planète et en calcule la position. JOHN GALLE ( ) : Ce ne sera pas Le Verrier qui découvrira la planète Neptune en 1846, mais John Galle qui la découvre à l'endroit prévu par Le Verrier