Activité 1 · Manuel pages 166 et 167 · Séance 3, mercredi 18 novembre
Du géocentrisme à l’héliocentrisme
Objectif
Comprendre les étapes qui ont permis de valider le modèle héliocentrique.
La question
Comment l’héliocentrisme s’est-il imposé ?
Première partie
Les documents
Quatre documents à lire dans l’ordre, et un peu de vocabulaire. Ce sont ceux du manuel, pages 166 et 167, réécrits pour le site : tout ce qu’il faut pour répondre aux questions se trouve ici.
Le modèle géocentrique
Dans la Grèce antique, des philosophes comme Aristote (384-322 av. J.-C.) défendent l’idée d’une Terre immobile au centre de l’Univers. Bien plus tard, l’astronome grec Claude Ptolémée (vers 90-168), qui vit à Alexandrie, en fait un modèle mathématique complet, exposé dans un grand ouvrage, l’Almageste. Ce livre reste la référence des astronomes jusqu’à la fin du Moyen Âge.
Dans ce modèle, la Terre est immobile au centre. La Lune, le Soleil et les planètes tournent autour d’elle sur des cercles, d’un mouvement uniforme, c’est-à-dire toujours à la même vitesse.
Pour le Soleil et la Lune, les positions calculées avec ce modèle sont très proches des positions observées. Mais les planètes connues à l’époque, celles que l’on voit à l’œil nu (Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne), ont un mouvement plus compliqué : Mars, par exemple, semble parfois s’arrêter dans le ciel, revenir en arrière, puis repartir. Ptolémée complique donc son modèle : chaque planète tourne sur un petit cercle, l’épicycle, dont le centre tourne lui-même autour de la Terre.
La révolution copernicienne
En 1543, l’astronome polonais Nicolas Copernic (1473-1543) publie Des révolutions des orbes célestes. Dans la préface, adressée au pape, il explique pourquoi il a cherché une autre façon de décrire le mouvement des astres : les astronomes de son temps ne sont pas d’accord entre eux, leurs calculs restent incertains, même pour le Soleil et la Lune, et chacun ajoute ses propres cercles et épicycles sans jamais retrouver exactement ce que l’on observe.
Copernic reprend alors une idée déjà proposée dans l’Antiquité par Aristarque de Samos (vers 310-230 av. J.-C.) : le Soleil est immobile au centre, et les planètes, y compris la Terre, tournent autour de lui d’un mouvement circulaire et uniforme. C’est le modèle héliocentrique.
Peu après, en 1551, l’astronome allemand Erasmus Reinhold (1511-1553) utilise ce modèle pour calculer des tables : elles donnent à l’avance les positions du Soleil, de la Lune et des planètes. Ses prévisions s’accordent mieux avec les observations de l’époque que celles des anciennes tables.
Une preuve attendue pendant trois siècles
Pendant longtemps, l’Église catholique rejette la théorie de Copernic, qu’elle juge contraire à la Bible. Elle s’appuie par exemple sur un passage où Josué ordonne au Soleil de s’arrêter : si le Soleil peut s’arrêter, c’est donc qu’il bouge.
Les astronomes cherchent alors une preuve indiscutable du mouvement de la Terre autour du Soleil. Si la Terre tourne autour du Soleil, une étoile proche doit sembler se déplacer un peu au cours de l’année par rapport aux étoiles beaucoup plus lointaines : c’est la parallaxe annuelle. Mais ce déplacement est minuscule, et les instruments ne sont pas assez précis pour le voir.
Il faut attendre 1838 : l’astronome allemand Friedrich Bessel (1784-1846) mesure la parallaxe de l’étoile 61 du Cygne. L’angle obtenu est très faible, moins d’un dix-millième de degré, mais il n’est pas nul : c’est un argument décisif en faveur du mouvement de la Terre.
La mesure de la parallaxe de 61 du Cygne
En 1829, l’observatoire de Königsberg, en Prusse, où travaille Bessel, s’équipe d’un instrument très performant, capable de mesurer de tout petits angles. Bessel vise l’étoile 61 du Cygne en décembre, puis en juin : entre les deux, la Terre est passée de l’autre côté du Soleil. L’étoile semble alors s’être légèrement déplacée par rapport aux étoiles très éloignées.
De ses mesures, il déduit l’angle p, la parallaxe de l’étoile : p = 8,61 × 10−5°.
Ce déplacement apparent pourrait s’expliquer de deux façons : soit l’étoile bouge, soit c’est l’observateur. Les étoiles étant considérées comme fixes, Bessel en conclut que la Terre se déplace autour du Soleil. La valeur de la parallaxe permet aussi de calculer la distance de l’étoile.
Vocabulaire
- Référentiel géocentrique
- Référentiel centré sur la Terre, considérée comme immobile, et défini par trois directions qui pointent vers des étoiles lointaines.
- Référentiel héliocentrique
- Référentiel centré sur le Soleil, considéré comme immobile, et défini lui aussi par trois directions qui pointent vers des étoiles lointaines.
- Épicycle
- Petit cercle sur lequel tourne une planète, et dont le centre tourne lui-même autour de la Terre.
- Parallaxe
- Angle sous lequel on verrait, depuis une étoile, le rayon de l’orbite de la Terre. On parle de parallaxe annuelle.
Repères
- −350Aristote : la Terre immobile au centre
- −280Aristarque : le Soleil au centre
- 150Ptolémée : l’Almageste
- 1543Copernic : le modèle héliocentrique
- 1551Reinhold : les tables calculées avec ce modèle
- 1838Bessel : la parallaxe de 61 du Cygne
Dans le manuel
- Copernic et la théorie de l’héliocentrismeVidéo · p. 166
- La parallaxe des étoiles prochesAnimation · p. 167
- La rétrogradation de MarsAnimation · p. 174
Deuxième partie
Les questions
Répondez sur la fiche distribuée en classe, par des phrases complètes. Chaque question indique le document où chercher.
Fiche réponse distribuée en classePDF, deux pages, à imprimer si vous l’avez perdueDans le modèle géocentrique, comment se déplacent la Terre, le Soleil et la Lune ?
Document 1Dans le modèle héliocentrique, comment se déplacent le Soleil et la Terre ?
Document 2Comment peut-on, aujourd’hui, réconcilier ces deux conceptions ?
Documents 1 et 2, vocabulaireQuelles planètes connaissait-on à l’époque de Ptolémée ? Comment décrivait-il leur mouvement ?
Document 1Qu’apportent les travaux d’Erasmus Reinhold à la compréhension des mouvements célestes ?
Document 2En quelle unité exprime-t-on une parallaxe ? Que vaudrait la parallaxe d’une étoile si la Terre était immobile ?
Documents 3 et 4Combien de temps s’est écoulé entre la parution du livre de Copernic et la validation de l’héliocentrisme ? Quel événement a été décisif ?
Documents 2, 3 et 4Pour conclure. Un modèle scientifique reste valide tant qu’aucune observation ne le met en échec. Quelle preuve scientifique a été décisive pour imposer l’héliocentrisme ? Expliquez pourquoi le modèle géocentrique ne peut pas en rendre compte.
Penser la science · tous les documentsLa correction
Elle sera mise en ligne après la séance. Comparez-la avec vos réponses et complétez votre fiche au stylo vert.