Galilée, un savant résolument moderne ( document .pdf téléchargeable)

C'était un vrai scientifique, mathématicien, physicien, astronome. Rigoureux et drôle. Condamné par l'Église, il dut avouer ses '"erreurs": nos vérités actuelles!

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L'astronomie avant Galilée

De tout temps, le ciel a intéressé les hommes. Le Soleil, la Lune, les étoiles n'ont pas échappé à leur regard. Pour prévoir le retour de certains phénomènes (éclipses, saisons...), ils ont planté des repères, comme les pierres dressées, au 3ème millénaire avant notre ère, dans la plaine de Stonehenge, près de Salisbury, en Angleterre. Puis, ils ont fabriqué des instruments pour la mesure des angles et du temps. Ils ont établi des calendriers. Ils ont cherché à expliquer les mouvements apparents des astres par des modèles géométriques dont les plus connus sont ceux de Ptolémée, Copernic et Tycho Brahé.
 

Le système géocentrique, dit “système de Ptolémée"

Dans l'antiquité, PLATON (env. 427-347 av. J.C.) et ARISTOTE (385-322 av. J.C.) assurent que la Terre est ronde et qu'elle est immobile au centre du monde. ÉRATOSTHENE en mesure le rayon.

Au 2ème siècle de notre ère, PTOLÉMÉE (env. 87-170) fait de nombreuses observations du ciel et affine les idées de ses prédécesseurs. Il affirme, vers 145, que le Soleil, la Lune et les planètes se déplacent chacun autour de la Terre selon un double mouvement. Cette représentation géocentrique très compliquée rend cependant bien compte de tous les phénomènes observés à l'œil nu. Elle s'accorde de plus avec l'intime désir des hommes d'être le centre de toute chose. L'Eglise, la jugeant conforme aux Saintes Écritures, la soutient. Dès lors, le système de Ptolémée sera admis pendant plus de mille ans. Il influencera de façon décisive l'astronomie arabe.

Le système de Ptolémée est très proche du système d'Aristote dans lequel la Terre est exactement le centre du monde (système géocentrique). Pour Ptolémée, le Soleil se déplace sur un cercle dont le centre O n'est pas tout à fait la Terre. Les planètes se déplacent sur des petits cercles appelés "épicycles" dont les centres se déplacent eux-mêmes sur des grands cercles appelés "déférents". Les échelles ne sont pas respectées.
 

Le système héliocentrique, dit “système de Copernic”

Dès l'antiquité, des savants dont Aristarque de Samos (env. 310-250 av. J.C.) affirment que la Terre tourne à la fois sur elle-même et autour du Soleil. Leur  opinion n'est pas prise en compte.
Il faut attendre le 15ème siècle pour que des hypothèses contraires à celles de Ptolémée soient émises par un allemand, Nicolas de Cuse (1401-1464), théologien, humaniste et savant dont l'influence à Rome est importante.

Au 16ème siècle, COPERNIC (1473-1543), astronome polonais, reprend et développe cette nouvelle théorie : le Soleil est immobile, la Terre et les planètes tournent autour de lui d'un mouvement circulaire. Par des observations, des calculs répétés, il vérifie minutieusement que cette représentation héliocentrique, plus simple que celle de Ptolémée, explique aussi les phénomènes observés. Il peut même calculer les distances des planètes au Soleil en prenant pour unité la distance Terre-Soleil appelée plus tard Unité Astronomique (UA). Plus de vingt ans lui seront nécessaires pour consigner ses réflexions en ce domaine et écrire en latin son œuvre majeure, De revolutionibus orbium coelestium (Des révolutions des orbes célestes). Elle n'est imprimée qu'en 1543, peu avant sa mort.
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Le système de Copernic est un système héliocentrique: la Terre et les autres planètes se déplacent sur des cercles dont le Soleil est le centre. Les échelles ne sont pas respectées.
 

Les deux représentations du monde à l'époque de Galilée

Le système de Ptolémée (2ème siècle)
La Terre est immobile. Le Soleil et les planètes tournent autour d'elle. Ce système est géocentrique (du grec gê : “ terre ”).

Le système de Copernic (16ème siècle)
Le Soleil est immobile. La Terre et les planètes tournent autour de lui. C'est un système héliocentrique (du grec hêlios : “ soleil ”).

Galilée et le mouvement de la Terre

A l’époque de Galilée, le système de Ptolémée commence à être controversé. Celui de Copernic fait de plus en plus d’adeptes. Mais l’Eglise refuse d’admettre que la Terre ne soit pas le centre du monde et considère les adeptes du système de Copernic comme des hérétiques. Ainsi le tribunal de l'Inquisition fait emprisonner pendant des années un philosophe italien, Giordano Bruno, avant de le faire torturer puis brûler vif en 1600.
Bien qu’ayant enseigné pendant des années le système de Ptolémée, Galilée penche pour celui de Copernic. Il lui permet d’expliquer aisément des observations qui ne trouvent pas de solutions simples avec le système de Ptolémée.
C’est seulement dix ans après la fin tragique de Giordano Bruno, grâce aux preuves apportées par les nouveaux instruments d’observation, que Galilée se rallie ouvertement à la théorie de Copernic.
Mais les anti-coperniciens restent opposés à toute idée de mouvement de la Terre. L’argument qu’ils avancent : si la Terre tournait, un corps lâché tomberait à l’ouest du point de départ. Comme Giordiano Bruno, Galilée montre qu’un objet lâché du haut du mât d’un bateau en mouvement uniforme¹ tombe le long du mât.

  
Il n’y a donc pas contradiction entre le mouvement de la Terre et ce que l’on observe.
Il faudra cependant attendre plus de 200 ans pour apporter une preuve irréfutable de ce mouvement .

1- Mouvement uniforme : mouvement en ligne droite, à vitesse constante

Les instruments d'observation de Galilée

La lunette astronomique

Au mois de juin 1609, un français, Jacques Badouvert, informe Galilée de la propriété étonnante d'un instrument d'optique fait d'un tube gainé de cuir dans lequel se trouvent deux lentilles, l’une convergente, l'autre divergente : l'appareil permet de percevoir les objets lointains comme s'ils étaient proches. On le vend en France comme jouet.
C’est une sorte de longue vue ou « lunette », inventée par un lunetier hollandais.

L'hypothèse la plus vraisemblable situe l'évènement en 1600, dans la boutique d'un obscur opticien hollandais de Middelburg, du nom de Hans Lippershey.
Divers récits légendaires (par exemple les bylines, sortes de chansons de geste du Moyen Age russe) font allusion à des longues-vues. L’objet est probablement apparu en divers lieux, avant le 17ème  siècle, mais nous n’en avons aucune preuve matérielle et datée.

Galilée a l’idée de s’en servir pour observer le ciel.
Il n'a de cesse de fabriquer des lunettes et d'améliorer leurs performances.  Il est aidé pour cela par les verriers de Murano, dont le savoir-faire est déjà renommé.
Le 20 août 1609, Galilée présente sa lunette d'approche au Doge de Venise. Stupéfaction des notables ! Apparaissent nettement à travers la lunette des navires qui, vus à l'œil nu, ne seraient guère que des points sur l'horizon. Cette lunette, qui grossit trente fois, permet de reconnaître les pavillons des navires qui s'approchent et d'éviter ainsi toute surprise d'attaque par les Turcs ou les corsaires. Les sénateurs de la République de Venise, enthousiasmés, envisagent aussitôt des applications militaires!

A partir de novembre 1609 Galilée se sert régulièrement de la lunette pour regarder le ciel. Il va de découverte en découverte et voit des choses que l'homme n'a jamais vues:
- les montagnes de la Lune,
- Jupiter et ses «lunes» (ces « lunes » sont en fait ce que nous appelons aujourd’hui des satellites),
- les phases de Vénus, Saturne,
- la Voie lactée formée de milliers d'étoiles…
Son enthousiasme est tel qu'il écrit rapidement un petit livre, Sidereus Nuncius (Le Messager Céleste), d'un style alerte souvent ironique. L'ouvrage paraît le 12 mars 1610. Son succès est foudroyant : cinq cents exemplaires vendus en quelques jours. Chacun en discute. Le carnaval de Venise en fait son thème, les chansonniers des chansons populaires !

La première lunette astronomique, encore appelée lunette de Galilée, était née.    

Schématisation de la lunette de Galilée

L'objet céleste AB très éloigné (planète ou étoile), observé avec la lunette, est considéré en optique comme étant à l'infini. Les rayons lumineux provenant de chaque point de l'objet arrivent parallèles entre eux sur la lentille convergente (l'objectif). Celle-ci donne de l'objet une image intermédiaire A1B1. Après traversée de la lentille divergente (l'oculaire), la lumière que reçoit l'œil de l'observateur semble provenir de l'image virtuelle A'B' de A1B1 donnée par l'oculaire.

Cas de la vision à l’infini.

Un astronome règle en général la distance de l'oculaire à l'objectif de sa lunette de telle sorte que l'image A'B' de l'astre observé soit renvoyée à l'infini. Son œil, qui se fatigue alors au minimum, reçoit dans ce cas de chaque point de l'objet un faisceau de rayons parallèles.
Si on appelle α (alpha) l'angle sous lequel l'astre est vu à l'œil nu et α’ l'angle sous lequel l'astre est vu à travers la lunette, le grossissement de la lunette est donné par la relation α’/ α.
Avec un grossissement de 30, Galilée voyait donc un astre dans sa lunette sous un angle 30 fois plus grand que celui sous lequel il le voyait à l’œil nu.    

Galilée écrivit en 1623 dans L’Essayeur :
« Nous sommes certains que l'inventeur du télescope fut un simple lunetier qui, manipulant par hasard diverses formes de verre, regarda, également par hasard, à travers deux d'entre eux, l'un convexe, l'autre concave, tenus à différentes distances de ses yeux ; Il constata avec étonnement l'effet produit et, partant, découvrit l'instrument. »    

Le cadran astronomique

Le cadran astronomique n'est rien d'autre qu’un compas géométrique adapté aux mesures d’angles en astronomie.

Compas géométrique de Galilée

Destiné à la mesure des angles, le compas géométrique de Galilée est composé de deux branches tenues entre elles par une vis au centre de laquelle existe un trou pour un fil à plomb. Elles peuvent rester ouvertes à 90° grâce à un cadran gradué sur lequel on lit la valeur de l’angle.
Le compas géométrique permet, entre autres choses, de mesurer la hauteur d'un édifice, connaissant la distance qui le sépare de l'observateur.

La mesure de la hauteur d'une étoile

Dans le cadran astronomique, le fil à plomb du compas géométrique est supprimé. Pour mesurer la hauteur d’une étoile, l’une des branches du cadran est orientée vers l’horizon tandis que l’autre est dirigée vers l’étoile : l'angle h mesure en degrés la hauteur de l'étoile.

On sait que la hauteur de l'étoile Polaire est égale à la latitude du lieu d'où l'on observe. En mer, mesurer la hauteur de l'étoile Polaire, c'est connaître la latitude de la position du navire.

Lorsque l'étoile Polaire n'est pas visible, soit cachée par des nuages, soit quand on est dans l'hémisphère sud, la mesure de la hauteur de certaines étoiles et l'utilisation de tables établies à l'avance permettent aussi de trouver la latitude.
   

La mesure de la distance angulaire entre deux étoiles    

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Dans ce cas, chaque branche du cadran astronomique est dirigée vers chacune des deux étoiles et la distance angulaire est lue sur le cadran.
La mesure des distances angulaires entre les étoiles permet notamment de dresser des cartes du ciel.

Mesure de la latitude d'un lieu par la hauteur de l'étoile Polaire

L'équateur est le cercle équidistant des pôles.
La latitude d'un lieu est l'angle AOE fait par la direction joignant ce lieu au centre de la Terre avec le plan de l'équateur.
Tous les lieux qui ont la même latitude sont situés sur un cercle, le parallèle du lieu, qui est dans un plan parallèle au plan de l'équateur

Galilée et l'astronomie : ses observations

Les phases de la Lune, ses montagnes

Lorsque, pour la première fois, Galilée regarde la Lune à travers sa lunette, il n'en croit pas ses yeux. Il voit qu'elle a des montagnes, des cratères et des vallées.
Il fait des dessins de ce qu'il voit et s'aperçoit que les ombres se déplacent.
Il comprend très vite que c'est exactement ce qui se passe en montagne sur Terre. La ligne qui sépare la partie éclairée de la partie sombre et que l'on appelle "terminateur" délimite la séparation entre le jour et la nuit sur la Lune. Le Soleil éclaire d'abord le sommet des montagnes tandis que les vallées restent dans l'ombre; puis, petit à petit, le Soleil pénètre au fond des vallées.

<• Premières observations de Galilée à l'aide de sa lunette :
les phases de la Lune (pleine Lune, premier quartier, etc).

Sur la Lune comme ici (en Cappadoce, Turquie),•>
les montagnes  se cachent les unes les autres.
  

Malgré ses observations et ses calculs, beaucoup d'astronomes de son temps ne veulent pas croire à l'existence de montagnes sur la Lune car, disent-ils, s'il y en avait, on devrait les voir sur le limbe (le bord). Or celui-ci paraît lisse. Galilée explique que cette impression est due au fait que les montagnes se cachent les unes les autres...
Galilée essaye, en mesurant la longueur des ombres, de calculer la hauteur des montagnes. Il est surpris et doute lui-même de ses résultats : 8 000 mètres. Et pourtant cette valeur est très proche des données actuelles!    

Les taches du soleil

Grâce à la lunette astronomique, Galilée et trois autres observateurs découvrent en 1611 des taches sur Soleil.
Les premiers observateurs supposent le que ce sont des planètes inconnues, plus proches du Soleil que Mercure.
Galilée pense d'abord qu'il s'agit de nuages inconnus passant devant le Soleil mais il découvre vite que les taches sont liées à la surface du Soleil.
Il publie en 1613 la Storia e dimostrazioni intorno alle macchie solari (Histoire et démonstrations sur les taches solaires).
La découverte des taches du Soleil déclenche une polémique : nombre de savants aristotéliciens de l'époque ne pouvaient admettre que le Soleil, corps "parfait" selon Aristote, possède des taches !
Leur point de vue sera ouvertement réfuté par Galilée en 1632, dans le premier livre du célèbre Dialogue sur les deux principaux systèmes du monde. Simplicio, le représentant de l'aristotélisme, y est accablé d'arguments auxquels il ne peut répondre :
"Quand on n'ignore pas totalement la perspective, du changement apparent des figures et vitesses du mouvement il faut conclure que les taches sont contiguës au corps solaire et que, touchant sa surface, elles se meuvent avec lui ou sur lui ; elles ne tournent donc nullement sur des cercles éloignés de lui. A preuve leur mouvement : il paraît très lent au bord du disque solaire et plus rapide vers le centre ; autre preuve encore, la forme des taches : au bord de la circonférence, elles paraissent beaucoup plus étroites qu'au centre ; c'est qu'au centre on les voit en majesté, telles qu'elles sont vraiment, alors que, près de la circonférence, quand se dérobe sa surface, on les voit en raccourci".
   

Image du soleil par projection.
On remarque des taches et des parties blanches plus brillantes
sur un bord ainsi que “ l’assombrissement ” des bords.

La découverte des taches du Soleil et leur interprétation correcte ont fait beaucoup pour dégager l’astronomie des a priori métaphysiques1 qui l'entouraient.
Par ailleurs, ces observations ont permis à Galilée de montrer que le Soleil tourne sur lui-même.
On sait maintenant que les taches du Soleil sont des régions moins chaudes, à une température de 4 000°C, alors qu'en général la température de la surface du Soleil est voisine de 6000°C.

1- « des a priori métaphysiques » : des idées non fondées sur l'observation scientifique

Attention !
Le Soleil est une étoile qu'il ne faut jamais regarder directement avec un instrument d'observation. Vous risquez de vous brûler la rétine et de perdre instantanément et irrémédiablement la vue. Pour l’observer sans risque, il faut impérativement utiliser des verres teintés spéciaux ou encore l'observer par projection. Vous pourrez ainsi observer le déplacement des taches sur plusieurs jours.

Vénus et ses phases

Galilée dirige sa toute première lunette sur Vénus. Elle se présente alternativement en forme de croissant, de quartier ou de disque. Après cette première découverte, il veut attendre d’avoir fait de nouvelles observations, avec un instrument plus puissant. Quelques semaines plus tard, il annonce que Vénus présente des phases comme la Lune.
On avait depuis longtemps remarqué combien largement et régulièrement varie l'éclat de Vénus.

Mais, pour Galilée, la présence des phases de Vénus est en accord avec la théorie de Copernic : Vénus tourne autour du Soleil.
 

Une devinette² de Galilée

"Haec immatura a me iam frustra leguntur o, y"
Cette phrase latine, Galilée l'adresse en 1610 à des savants. Le sens est fort banal: Ces choses pas encore mûres sont déjà cueillies en vain par moi.
Que signifie cette énigme ? Que Galilée a fait une découverte, mais il veut attendre de l'avoir précisée pour la publier et, en attendant, il réserve ses droits d'auteur.
Quelques semaines plus tard, Galilée est sûr de lui, il publie une nouvelle phrase : "Cynthiae figuras aemulatur mater amorum" (La mère des amours imite les figures de Diane).

Pour nous, ce n'est guère plus clair !
Mais les contemporains comprennent :
Vénus, déesse de l'amour, imite les phases de Diane, déesse de la Lune.

2-En réalité, c'est une devinette sous forme d'anagramme. Vous pouvez vérifier avec un scrabble que les trente-cinq lettres de la première phrase sont dans la seconde phrase. A l'époque de Galilée, on appréciait beaucoup les jeux de mots de toutes sortes: énigmes, anagrammes, contrepèteries (voir Rabelais).

Jupiter et ses « lunes »

Le 7 janvier 1610, Galilée distingue à la lunette trois étoiles, fort petites, à côté de la planète Jupiter. Tout d'abord, il pense qu'il s'agit d'étoiles fixes, mais leur position éveille sa curiosité : elles se trouvent alignées par rapport à Jupiter, deux à l'est et une à l'ouest.
La nuit suivante, "poussé par quoi, je ne sais", il tourne à nouveau sa lunette vers Jupiter et découvre à sa grande stupéfaction que toutes se trouvent maintenant à l'ouest de la planète. Comment, se demande-t-il, Jupiter peut-elle s'être déplacée à l'est de ces étoiles alors que la nuit précédente elle se trouvait à l'ouest de deux d'entre elles ?
Les nuits suivantes, les positions varient à nouveau. L'une des étoiles disparaît, puis réapparaît, puis est rejointe par une quatrième que Galilée n'avait pas encore vue.
Il n'y a qu'une conclusion possible : ce ne sont pas des étoiles fixes, mais des petites « lunes » accomplissant autour de Jupiter des révolutions.
Sa stupéfaction est telle qu'elle aurait pu être difficilement plus grande s'il avait su, comme nous le savons aujourd'hui, qu’une quarantaine de «lunes» gravitent autour de Jupiter.

Pour Galilée, Jupiter et ses « lunes » constituent un système solaire en réduction, selon le modèle héliocentrique de Copernic.

Les idées de ce grand homme semblent désormais ne plus pouvoir être rejetées. Aussi rapporte-t-on que Kepler, en apprenant les observations de Galilée, s'écrie en parodiant l'exclamation de l'empereur Julien : Galilée, vicisti (Galilée, tu as vaincu)³.    

L'astronome bavarois Simon Mayer et l'astronome allemand Scheiner semblent d'ailleurs avoir découvert ces «lunes» un mois avant Galilée mais ils n'ont pas compris leur signification. Ce sont cependant des noms suggérés par Mayer que nous leur donnons encore aujourd'hui : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Elles sont aussi appelées "satellites galiléens" en hommage à Galilée qui les a identifiées.

Les satellites de Jupiter tournent autour de la planète dans un même plan, c'est pourquoi, vus de la Terre, ils semblent alignés et c'est la perspective qui nous donne leurs mouvements apparents. On admettra facilement que des observateurs n'aient pas tout de suite compris que ces satellites reproduisaient un système solaire. Galilée a cette idée géniale : ainsi, si des « lunes » tournent autour d'une planète, les planètes peuvent bien tourner autour du Soleil.

3-L’empereur Julien, dit l’apostat (331-363) aurait dit au moment de mourir “ Tu as vaincu, Galiléen" en constatant que ses efforts pour restaurer la religion païenne avaient échoué et que la religion chrétienne était en train de s’imposer dans le monde romain
(Galiléen = chrétien, la Galilée étant le berceau de la prédication de Jésus).

Mars, "la planète rouge"

C’est seulement en 1620 que Galilée pointe sa lunette dans la direction de Mars. Elle lui apparaît comme un disque circulaire : Mars est une planète ! Visible à l'œil nu sous la forme d'une simple étoile, c’est en effet une planète beaucoup plus éloignée du Soleil que la Terre.
Rappelons que ce sont les observations, d'une précision remarquable pour l'époque, faites par Tycho Brahé, de la position de Mars dans le ciel, qui avaient permis à Kepler d'établir sa première loi.

Saturne et son anneau

Dans sa lunette grossissant 30 fois, Saturne apparaît à Galilée émerveillé comme "entourée d'un anneau". C’est la dernière planète du système solaire qui soit perceptible à l'œil nu sous la forme d'une petite étoile.
On sait aujourd'hui qu'elle possède un système d'anneaux et plus de trente cinq satellites.
 

Galilée aurait découvert Neptune sans le savoir

En 1612, alors que l'on ne connaît même pas encore Uranus, Galilée a très probablement observé Neptune, sans réaliser qu’il s’agit d’une planète⁴.
Depuis cette date, Neptune a été observée le 8 mai 1795 par l'astronome français Lalande, qui la prend pour une étoile, un demi-siècle avant qu'elle soit identifiée en tant que planète par Galle, à Berlin, à partir des calculs de Le Verrier.

4-Ce sont les astronomes Charles Kowal, un Américain, et S. Drake, un Canadien, qui ont avancé cette étonnante possibilité dans une intéressante étude publiée le 9 septembre 1980.

La Voie lactée

La Voie Lactée est une bande blanche et floue (laiteuse) que l’on peut observer certaines nuits dans le ciel.
Au Moyen Age, on l’appelait le "Chemin de Saint Jacques de Compostelle", mais on ne savait pas ce que c'était.
Galilée, avec sa lunette, voit qu'en réalité elle est formée d'un nombre considérable d'étoiles. Mais certains ne veulent pas le croire, ils disent : "Monsieur Galilée voit dans sa lunette ce qu'il y met".
Il écrit dans Le Messager Céleste (1610) :
"Ce qu'il nous a été donné d'observer, c'est l'essence ou mieux la matière dont est constituée la Voie Lactée, telle qu'elle apparaît au moyen de la Lunette ; et ainsi, toutes les discussions qui, pendant des siècles, ont partagé les philosophes, prennent fin devant la certitude qui s'offre à notre vue, et grâce à quoi nous sommes libérés des disputes verbeuses..."
Galilée écrit encore dans le même ouvrage :
"De plus, merveille encore plus grande, les étoiles que certains astronomes ont appelées "nébuleuses" sont des troupeaux de petites étoiles éparpillées d'admirable manière."      
Nous savons à notre époque que la Voie lactée est la partie de notre galaxie5 visible depuis la Terre.    

5-Galaxie : ensemble d’étoiles auquel appartient le système solaire.

L’univers selon Galilée

Fort de toutes ces observations astronomiques (irrégularités de la surface de la Lune, satellites de Jupiter, taches solaires…), Galilée pense que toutes les parties de l'univers obéissent aux même lois.
Il considère que la distinction qu'on faisait durant tout le Moyen Age, à la suite d'Aristote et de Ptolémée, entre la physique du monde terrestre (ou sublunaire) et la physique du monde céleste est dénuée de fondement.
Il est incontestable que toutes les déductions faites par Galilée de ses nombreuses observations ont contribué à une avancée vers la vision moderne de l’univers.

Importance des découvertes de Galilée en astronomie

La mise en évidence du mouvement de la Terre… en plusieurs étapes

Dans les deux siècles qui suivent la mort de Galilée, des preuves de la rotation de la Terre autour du Soleil vont être apportées.

Deux exemples :

En 1838, l’expérience de Bessel

Il faudra attendre 1838 pour qu'une preuve irréfutable bien qu'indirecte du mouvement de rotation de la Terre autour du Soleil soit découverte par Bessel, un astronome allemand.
Observant la position d'une étoile relativement proche de la Terre par rapport à celles qui l'entourent, il constate qu'elle décrit une petite ellipse, ce qui ne peut être dû qu'au mouvement de la Terre autour du Soleil.    

Preuve de la rotation de la Terre autour du Soleil par la détermination de la parallaxe d'une étoile.
La Terre tournant autour du Soleil en une année, une étoile semble parcourir sur la voûte céleste une ellipse dont les dimensions sont d'autant plus petites que l'étoile est plus éloignée.
De nombreuses tentatives sont faites tout au long du 18ème siècle pour mesurer la parallaxe d'une étoile. Aucune n'est satisfaisante. Elles varient trop quand plusieurs astronomes observent la même étoile.
En 1838, Bessel détermine, pour la première fois de façon crédible, la parallaxe d'une étoile. Cette parallaxe est très petite, moins d'une seconde d'arc (l'étoile la plus proche, située dans la constellation du Centaure, n'a qu'une parallaxe de 0,75 seconde d'arc). On comprend alors pourquoi les mesures précédentes n’étaient pas concordantes : il faut des instruments vraiment précis pour mesurer des angles aussi petits.
Les enregistrements photographiques ont été depuis d'une très grande utilité, car il faut comparer les observations faites à six mois de distance. Le satellite Hipparcos a permis de mesurer la parallaxe de plus de 120 000 étoiles.

En 1851, l’expérience de Foucault

Quant à la mise en évidence directe du mouvement de rotation de la Terre sur elle-même, lors de sa rotation autour du Soleil, elle est réalisée en 1851, grâce à l'expérience que Foucault effectue à Paris, sous la coupole du Panthéon : Foucault attache un grand pendule au sommet de la coupole. Le fil d'acier du pendule, long de 67 m, porte à son extrémité inférieure une boule de 28 kg. La partie inférieure de la boule est munie d'une pointe, dans le prolongement du fil, laquelle va servir à observer la marche de l'appareil.

Au repos, la pointe marque le centre d’un cercle de bois.
Lorsque le pendule est lancé dans une direction donnée, il se met à osciller. Sa pointe vient pratiquer une brèche dans deux petits monticules de sable humide disposés de part et d'autre, sur le rebord du cercle de bois. Foucault constate alors que chacune des brèches s'agrandit progressivement vers leur gauche, comme si le plan d'oscillation tournait de droite à gauche.

Les physiciens étant sûrs que le plan d'oscillation d'un pendule est toujours fixe, cette expérience célèbre prouve de façon directe que c'est bien la Terre qui tourne et qu’elle tourne sur elle-même d’ouest en est !

Expérience de Foucault renouvelée en juin 1994 à la cathédrale Saint Étienne à Toulouse : Jean-Pierre Brunet, astrophysicien, sur le point de lancer le pendule en brûlant le fil de retenue. Le Musée des Arts et Métiers de Paris présente aussi cette expérience.

Galilée : sa vie

La jeunesse de Galilée

Galileo Galilei, dit Galilée, est né à Pise, le 15 février 1564, la même année que Shakespeare.  Il aura deux frères et quatre sœurs. Son père, un marchand qui descend d'une noblesse ruinée de Florence, est un théoricien de la musique.
Recevant auprès de son père une excellente éducation, le jeune Galilée montre du goût pour la musique, le dessin et aussi une remarquable habileté manuelle dans la construction d'instruments.
C'est au monastère de Santa Maria de Vallombrosa qu'il fait ses classes entre dix et quinze ans.

Déjà, il entreprend seul des études sur le centre de gravité de certains solides, sur le déplacement d'un point d'une roue, ce qui le conduira à la découverte de la cycloïde¹ dont il se servira plus tard pour dessiner les arches des ponts.

1- une cycloïde : schéma du mouvement de la valve d’une roue de bicyclette.

En 1581, son père l'inscrit à l'université de Pise pour y apprendre la médecine. Peu satisfait de l'enseignement livresque qui y est donné, il se retrouve plus souvent sur les bancs des cours de mathématiques.
Finalement, il quitte l'université de Pise quatre ans plus tard, sans diplôme de médecine, et revient à Florence. Il y est déjà très connu par ses études mathématiques, par ses conférences littéraires très appréciées et aussi comme musicien. Il aime se promener dans Florence au milieu des chantiers, des ateliers de sculpteurs, de peintres. Il aime aussi participer aux longues discussions des amis de son père sur la musique, la littérature, plus spécialement encore sur les mathématiques, les sciences physiques et l'astronomie pour lesquelles il se passionne. Il établit des théorèmes sur le centre de gravité des solides et correspond à ce sujet avec deux des plus grands mathématiciens du siècle, Guidobaldo del Monte et le révérend Père Clavius, directeur du Collège romain.
Mais, obligé de gagner sa vie, Galilée recherche un poste de professeur de mathématiques. Les recommandations des mathématiciens qui avaient pu admirer son génie lui valent un poste à l'université de Pise en 1589.

L'Italie de Galilée.

A cette époque, l'Italie n'a pas encore son unité actuelle. Elle est alors divisée en plusieurs pays, parfois rivaux, qui possèdent leur gouvernement propre : la république de Venise, le grand-duché de Toscane, le royaume de Naples, les états de l'Eglise, etc

Galilée, professeur d'Université

A Pise (1589 – 1591)
A l'université, outre les mathématiques proprement dites, Galilée enseigne la mécanique² et l'astronomie.
Pour vérifier ce qu'il enseigne dans ses cours de mécanique, il mène des expériences qu'il perfectionne peu à peu, en particulier sur la chute des corps. En 1590, il écrit un ouvrage en latin sur le mouvement (De Motu) qui se ressent encore de théories anciennes mais qui annonce, en partie, des conceptions nouvelles.
En astronomie, il s'intéresse à la théorie de Copernic et préférerait de beaucoup l'enseigner à ses étudiants au lieu de la théorie «officielle» de Ptolémée.
Jeune et enthousiaste, excellent orateur, mais remettant sans cesse en cause ce que l'on enseigne à l'université, il s'attire de nombreux ennemis parmi ses collègues.
Après la mort de son père en 1591, il doit subvenir aux besoins de sa famille et son traitement n'y suffit pas. Aussi accepte-t-il avec joie la chaire de mathématiques que lui offre l'université de Padoue l'année suivante, grâce à l'appui des ses protecteurs.

2- La mécanique est l'étude des forces et des mouvements.

 
A Padoue et Venise (1592 - 1610)
C'est là que Galilée donne à sa pensée une orientation définitive. Au cours de ces dix huit années, qui passent pour avoir été les plus belles de sa vie, ainsi qu'il l'a dit lui-même, il établit solidement les principes et les lois de la mécanique et affirme ses capacités techniques. Essayons d'imaginer la vie de Galilée à Padoue et à Venise, villes très proches :

- A l'université de Padoue, il donne des cours où l'on s'entasse de plus en plus. Il imagine des expériences, des instruments nouveaux, écrit des livres aussi divers que des traités de mécanique, de fortifications, de cosmographie³, se rend souvent à l'arsenal de Venise pour discuter avec des ouvriers, au port où les bateaux apportent des matériaux variés et des nouvelles d'autres pays.

Ses revenus étant toujours insuffisants, il consacre aussi une partie de son temps à des leçons particulières. Il loge même dans sa maison de Padoue quelques-uns de ses élèves venus de différents pays. A cette époque, les étudiants (fils des familles nobles ou riches de l'Europe) se déplacent facilement pour leurs études. Ils ont un langage commun car c'est en latin que se font les cours.
En août 1609, Galilée fait la démonstration spectaculaire aux notables de Venise d'une lunette qui grossit trente fois La première lunette astronomique est née. Dès lors, il va de découverte en découverte dans le ciel. Son enthousiasme est tel qu'il écrit rapidement un petit livre, Sidereus Nuncius (Le Messager céleste), d'un style alerte souvent ironique. L'ouvrage paraît le 12 mars 1610.
Cosme II de Médicis, Grand-Duc de Toscane, qui avait été élève de Galilée, lui propose de devenir son protecteur⁵. Il l'invite à revenir à Florence, le nomme premier mathématicien de cette ville et lui accorde le traitement à vie de mille écus florentins par an. C'est en son honneur que Galilée appellera “étoiles (ou astres) médicéennes” les satellites de Jupiter qu'il vient de découvrir. 

Le Sidereus nuncius (Le Messager céleste), paru en latin en 1610, eut un succès prodigieux. L'Europe entière ne parlait que de Galilée, de la lunette, des montagnes de la Lune et des quatre satellites de Jupiter que Galilée venait de découvrir.

3- Cosmographie : astronomie descriptive, spécialement du système solaire
4- Kepler : astronome allemand (1571-1630). Il étudia, en relation avec Galilée les comètes de 1618. Partisan du système de Copernic et utilisant les observations de l’astronome danois Tycho Brahé, il démontra que les trajectoires suivies par les planètes autour du Soleil étaient des ellipses. Il découvrit aussi les trois lois qui régissent le système solaire.
5- Chaque prince protégeait les arts et les sciences.

Galilée et l'Inquisition ⁶

Rappelons le contexte religieux de l'époque :

Vers le milieu du 16ème siècle, l'Église catholique romaine se décide à entreprendre une contre-réforme, face aux remises en cause de certains points du dogme par ceux que l'on appelait depuis 1530 les protestants.

L'espagnol Ignace de Loyola crée la Compagnie de Jésus, sorte d'armée de la foi au service du pape. Le Concile de Trente (1545-1563) réaffirme les points fondamentaux de la doctrine catholique et condamne sans appel le protestantisme.
Des procès en hérésie sont faits à ceux qui osent soutenir que la Terre n'est pas le centre du monde. En 1611, la fin tragique de Giordano Bruno est encore dans tous les esprits des contemporains.