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