Histoire de la cosmologie

Un cours offert aux étudiants de la Faculté des Lettres,

de la Faculté de Biologie et de médecine, de la Faculté des Hautes études commerciales, de la Faculté de Géosciences et environnement,

de la Faculté des Sciences sociales et politiques et de la Faculté de Théologie et de sciences des religions

de l’Université de Lausanne

dans le cadre de « Sciences au carré »

Histoire de la cosmologie

Prof. Georges Meylan

Laboratoire d’astrophysique Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Site web du laboratoire et du cours : http://lastro.epfl.ch

Histoire de la cosmologie 06 – Copernic Brahe Kepler

06.1 Les grandes découvertes géographiques

06.2 Nicolas Copernic 06.3 Tycho Brahe

06.4 Johannes Kepler 06.5 Harmonia Macrocosmica d’Andreas Cellarius

06.6 Les globes de Coronelli

Voir le fichier 06-CopernicBraheKepler.pdf sur le site web

du laboratoire et du cours : http://lastro.epfl.ch

Histoire de la cosmologie 06 – Copernic Brahe Kepler

Bibliographie succincte

•  CHARDAK, Henriette. Johannes Kepler : Le visionnaire de Prague. Paris : Presses de la Renaissance, 2004.

•  CHRISTIANSON, J.R. On Tycho’s Island : Tycho Brahe and his Assistants, 1570- 1601. Cambridge : CUP, 2009.

•  DREYER, J.L.E. Tycho Brahe : A Picture of Scientific Life and Work in the Sixteenth Century. New York : Dover Publications, 1963.

•  GINGERICH, Owen. The Book that Nobody Reads : Chasing the Revolutions of Nicolaus Copernicus. New York : Walker & Company, 2004.

•  JARDINE, Nicholas. The Birth of History and Philosophy of Science : Kepler’s ’A Defence of Tycho against Ursus’ with Essays on its Provenance and Significance. Cambridge : CUP, 1988.

•  LUMINET, Jean-Pierre. Les Bâtisseurs du Ciel : Copernic, Kepler, Galilée, Newton. Editions JC Latès, 2010.

•  SIMON, Gérard. Kepler : astronome astrologue. Paris : Gallimard, 1979. •  SOBEL, Dava. A More Perfect Heaven. How Copernicus Revolutionized the Cosmos.

New York : Walker & Company, 2011. •  THOREN, Victor E. The Lord of Uraniborg : A Biography of Tycho Brahe. CUP, 1991.

( )

06.1 Les grandes découvertes

géographiques de la Renaissance

Dès le milieu du XIVe siècle, les découvertes se succèdent,

elles vont déterminer la Renaissance de l’Europe

Dès 1450 les caractères mobiles d’imprimerie de Gutenberg succèdent aux caractères gravés sur bois et transforment l’art d’imprimer

Le monde au début de l’ère chrétienne Copie datant du XVe siècle d’une carte du monde de c. 150 par Ptolémée (c. AD 90 – c. AD 168)

Le monde en 1490, avant Christophe Colomb Henricus Martellus Germanus, carte du monde, 1489 - 1490, Florence

Cristoforo Colombo 1451 - 1506 découverte de l’Amérique de 1492 à 1498

Fernão de Magalhães ?1480 - 1521 premier voyage autour du monde

1518 - 1521

⇓

met fin à la discussion sur la forme de la Terre et sur l’existence des antipodes : La Terre est sphérique et isolée,

comme l’affirmaient déjà les Pythagoriciens

Carte du Léman - 1588 - par Jean du Villard

Carte du Léman - 1588 - par Jean du Villard The Cantino planisphere 1502

The Cantino planisphere (or Cantino World Map) is the earliest surviving map showing Portuguese discoveries in the East and West. It is named after Alberto Cantino, an agent

for the Duke of Ferrara, who successfully smuggled it from Portugal to Italy in 1502. The map is particularly notable for portraying a fragmentary record of the Brazilian coast,

discovered in 1500 by the Portuguese explorer Pedro Álvares Cabral, and for depicting the African coast of the Atlantic and Indian Oceans with a remarkable accuracy and detail.

The Cantino planisphere 1502 (details) The Cantino planisphere 1502 (details)

La Terre maintenant sphérique engendre des problèmes de projections lors de l’établissement des cartes

Battista Agnese, Carte du monde, ~ 1550

Grand problème mathématique posé par la représentation de la surface de la sphère terrestre sur une carte plate

Les grandes découvertes géographiques

portugais espagnols

anglais français

Circa 1492 : Art in the Age of Exploration NGA Washington

1487 : Bartolomeu Diaz (1451?-1500) : atteint le sud de l'Afrique lors d’un voyage en 1497-1498

1492 : Christophe Colomb (1451?-1506) : traverse l'Atlantique lors de 4 voyages et atteint l'Amérique en 1492-1493, 1493-1494, 1498-1500 et 1502-1504

1497 : Amerigo Vespucci (1454-1512) : explore l’Amérique centrale et du sud durant trois voyages en 1497-1498, 1499-1500 et 1501-1502

1497 : Vasco de Gama (1460?-1524) : franchit le cap de Bonne-Espérance et atteint l'Inde lors de trois voyages en 1497-1499, 1502-1503 et 1524

1497 : John Cabot (1450?-1499?) : explore l’Amérique du Nord en 1497 et explore Terre-Neuve

1500 : Pedro Alvares Cabral (1468?-1520?) : explore les côtes du Brésil en 1500 puis passe le cap de Bonne-Espérance pour aller jusqu’au Mozambique

1519 : Ferdinand de Magellan (1480?-1521) : quitte l'Europe pour le 1er tour du monde, mais seul un des cinq bateaux et 18 des 237 membres d’équipage achèvent le tour du monde en 1521, sous le commandement de Sebastian Del Cano. Magellan est tué le 27 avril 1521 aux Philippines lors d’une bataille

1524 : Giovanni da Verrazano (1485-1528) explore la côte est de l’Amérique du nord lors d’un voyage en 1524

1534 : Jacques Cartier (1491-1557) : explore le Saint-Laurent et sa baie lors de trois voyages au Canada en 1534, 1535-1536 et 1541-1542

Les grandes découvertes géographiques

portugais espagnols

anglais français

Carte universelle hydrographique - Jean Guerard - 1634 - BNF Paris

“Dévelopement de la Route des Vaisseaux du Roy La Boudeuse et L’Étoile autour du Monde.”

From Voyage autour du monde (Paris, 1771) by Louis-Antoine de Bougainville (1729 – 1811)

First French circum-navigation : 15 novembre 1766 – 16 mars 1769 2 ships with 330 men è 2 ships with 323 men

“Dévelopement de la Route des Vaisseaux du Roy La Boudeuse et L’Étoile autour du Monde.”

From Voyage autour du monde (Paris, 1771) by Louis-Antoine de Bougainville (1729 – 1811)

First French circum-navigation : 15 Nov 1766 – 16 March 1769 2 ships with 330 men è 2 ships with 323 men

Map dating from 1784 describing the itineraries of the three expeditions that Capitaine James Cook (1728 – 1779) performed around the globe

Map dating from 1784 describing the itineraries of the three expeditions that Capitaine James Cook (1728 – 1779) performed around the globe

Itineraries of Capitaine James Cook’s three voyages. The first trip (1768 – 1771) is in red,

the second trip (1772 – 1775) in green, and the third trip (1776 – 1780) in blue. The dashed blue line shows the return journey from Hawaii,

after Cook’s death in 1779.

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre Coordonnées astronomiques sur la sphère céleste

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre

Projection d’une sphère sur un plan

Projection d’une sphère sur un plan

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre

Projection de Mercator 1569

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre

Projection de Mercator 1569

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre

La projection de Mercator est correcte à l’équateur mais de vient de plus en plus fausse à mesure que l’on s’approche des pôles

Un pôle, i.e., un point, est représenté par une droite

Projection de Mercator 1569

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre

La projection de Mercator est correcte à l’équateur mais de vient de plus en plus fausse à mesure que l’on s’approche des pôles

Un pôle, i.e., un point, est représenté par une droite

Projection de Mercator 1569

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre

En projection de Mercator, le Groenland apparaît aussi grand que l’Australie En réalité, l’Australia est plus de 3,5 fois plus grande que le Groenland.

Coordonnées géographiques sur le globe terrestre Coordonnées géographiques sur le globe terrestre

Projection de Peters Maintient les proportions réelles entre les différentes surfaces

Projections géographiques

Au cours des siècles, une multitude de projections mathématiques

ont été développées afin de représenter la surface de la sphère terrestre

sous la forme d’une carte géographique plane.

Gerardus Mercator’s projection 1569

Karl Mollweide’s projection 1805 Arthur Robinson’s projection 1963

James Gall’s projection 1855 Oswald Winkel’s projection 1921

Waldseemüller 1506

Martin Waldseemüller 1470 à Radolfzell – 1518(?) à Saint-Dié

Il publie à Saint Dié en mai et septembre 1507 un livre intitulé Cosmographiæ Introductio qui contient la fameuse carte (Titre complet : Universalis cosmographia secundum Ptholomaei traditionem et Americi Vespucii aliorumque lustrationes) une carte connue sous le nom de planisphère de Waldseemüller, où il utilise pour la première fois le mot America tiré du prénom d'Amerigo Vespucci pour désigner la partie sud du continent américain, plutôt que le nom de Colomb. Les historiens se sont demandés pourquoi il avait fait ce choix et il semble simplement que les voyages de Vespucci bénéficiaient à l'époque d'une plus grande notoriété. Amerigo Vespucci était le premier à reconnaître la quatrième partie du monde comme un monde nouveau; il était, en fait, le premier à avoir navigué suffisamment au sud de l'hémisphère sud pour reconnaître que ce ne pouvait être l'Asie. Sur le planisphère de 1507, l'Amérique du Nord actuelle n'est désignée que par la mention Terra vuida incognita (terre déserte inconnue).

Première carte portant le nom America

La carte géographique « Universalis Cosmographia » est une carte murale (120 cm × 240 cm) imprimée sur 12 grandes feuilles de papiers et publiée en mai 1507

par le géographe allemand Waldseemüller

Première carte avec le nom « America »

The only known surviving copy of Martin Waldseemüller's 1507 world wall map was purchased, in 2003, by the Library of Congress for $10 million. In 2005, this treasured

map was inscribed in UNESCO's Memory of the World Register, and is the first document in the United States to be so honored. In 2007, the House of Representatives

honored it in a resolution to celebrate the quincentenary of the name.

The only known surviving copy of Martin Waldseemüller's 1507 world wall map was purchased, in 2003, by the Library of Congress for $10 million. In 2005, this treasured

map was inscribed in UNESCO's Memory of the World Register, and is the first document in the United States to be so honored. In 2007, the House of Representatives

honored it in a resolution to celebrate the quincentenary of the name.

Waldseemüller 1509

Albrecht DÜRER Nurember 1471-1528

Le Chevalier, la Mort et le Diable

1513

Gravure au burin sur

cuivre

Albrecht DÜRER Nurember 1471-1528

La Mélancolie

1514

Gravure au burin sur

cuivre

Gerardus MERCATOR

latinisation de Gerhard KREMER

1512–1594

né le 5 mars 1512

à Rupelmonde, Flandres,

décédé le 2 décembre 1594 à Duisburg

Portrait par Frans Hogenberg, 1574

Gerardus MERCATOR

latinisation de Gerhard KREMER

1512–1594

né le 5 mars 1512

à Rupelmonde, Flandres,

décédé le 2 décembre 1594 à Duisburg

Portrait par Frans Hogenberg, 1574

Astronomie et géographie à l’Académie de Lausanne : deux globes de Gerardus Mercator

Globe céleste (1551) Globe terrestre (1541)

Pour une description détaillée de deux globes jumeaux de ces globes, voir le site web de Harvard : http://hcl.harvard.edu/mercatorglobes/main.html

La paire de globes de MercatorGerardus MERCATOR (latinisation de Gerhard KREMER, 1512–1594)

a publié deux globes pendant la période où il résidait à Louvain :

un globe terrestre (1541) et un globe céleste (1551).

Mercator aurait produit des centaines de ces globes de 16 pouces de diamètre,

mais on n’en connaissait que 22 paires assorties au monde

avant l’identification à Lausanne de la paire ici montrée,

ignorée durant des décennies dans les bureaux

de l’Institut d’astronomie de l’Université de Lausanne,

transféré en 2003 à l’EPFL sous le nom de LASTRO.

Globe terrestre de Mercator (1541) maintenant à la BCU…

Cartouche de titre avec le nom de Gerardus Mercator et la date, 1541

Dédicace à Nicolas Perrenot de Granvelle (1486–1550) chancelier de Charles Quint

Le globe terrestre

Amérique centrale et partie nord de l’Amérique du Sud

Liste numérotée de villes européennes (cartouche placé dans l’hémisphère sud,

encore très vide avant la découverte de l’Océanie)

Cartouche indiquant l’échelle

Globe céleste de Mercator (1551) La sphère des étoiles fixes est vue de l’extérieur maintenant à la BCU…

L’axe de rotation du globe passe à travers les pôles nord et sud de la sphère céleste.

50 constellations sont représentées. Les 1022 étoiles de l’Almageste de Ptolémée sont toutes dessinées.

Une des constellations du globe de Mercator Les constellations Centaurus, Fera, Scorpius, Libra, … (actuellement Centaurus, Lupus, Scorpius, Libra) Une des constellations du globe de Mercator

Les constellations Virgo, Bubulcus, Corona Cnosia, … (actuellement Virgo, Boötes, Corona Borealis). Les personnages sont tournés vers l’intérieur.

Cavité prévue pour une petite boussole, entourée d’un octogone de bois plus clair, portant une graduation

Symboles des 6 magnitudes stellaires, tirés de l’Almageste de Ptolémée Lieu (Louvain) et date (avril 1551)

Cartouche de privilège

Cartouche de dédicace à Georges d’Autriche, prince-évêque de Liège

entre 1544 et 1557, signé par Mercator

Johannes Vermeer (1632 – 1675)

L’astronome

vers 1668

Huile sur toile dimensions (h × l)

51 cm × 45 cm

Musée du Louvre Paris ( France)

Globe terrestre de Mercator (1541)

Globe terrestre de Mercator (1541) détail Globe céleste de Mercator (1551)

Globe céleste

de Mercator

(1551) détail

06.2 Nicolaus Copernicus

1473 – 1543

né le 19 février 1473 à Thorn (Torun), Pologne décédé le 24 mai 1543 à Frauenburg (Frombork), Pologne

maison natale à Thorn

•  Les parents de Copernic, Barbara Watzenrode et Niklas Koppernigk, sont issus de familles de marchands et de fonctionnaires hanséatiques. Après le décès de son père (vers 1483), il est adopté par son oncle maternel, Lucas Watzenrode, évêque de Warmie, qui veille sur son neveu et s'assure qu'il fréquente les meilleures écoles et universités. En 1491, il devient étudiant à l'Académie de Cracovie (actuellement l'Université Jagellonne) où il étudie les arts sans toutefois obtenir de diplôme.

•  Son oncle évêque le nomme chanoine de Frauenburg, avec des responsabilités financières mais aucune responsabilité religieuse. Par la suite il se rend en Italie où il étudie à partir de 1496 le droit canonique et la médecine à l’Université de Bologne, puis l'astronomie dans les cours de Domenico Maria Novara (Novara est un des premiers scientifiques à remettre en cause le système géocentrique de Ptolémée). L'intérêt de Copernic pour la géographie et l'astronomie est encouragé par Novara. Les deux hommes observent ensemble de nombreuses occultations et éclipses de lune, ainsi que l'occultation de l'étoile Aldébaran le 9 mars 1497 à Bologne.

•  Il devient professeur de mathématiques et conférencier sur l'astronomie à Rome en 1500 avant de retourner l'année suivante à Frauenburg. Il repart finalement en Italie pour finir ses études à la faculté de droit et de médecine de l’Université de Padoue, l’université où Galilée enseignera plus tard. En 1503, il rente à Frauenburg où il fait construire un observatoire. Il entame ses recherches en astronomie qui vont l’occuper plusieurs décennies.

Origines et études

Nicolas Copernic

The Medieval and Renaissance History Portrait Gallery

Collège Maius Cracovie

Salle de réunion Collège Maius, Cracovie

•  À son retour en Pologne en 1506, Copernic vit dans un palais chez son oncle à Heilsberg (Lidzbark Warminski). Il s'occupe principalement des affaires du diocèse et à ce titre, prend part au conflit contre les chevaliers teutoniques.

•  Copernic possède une très bonne connaissance du latin, comme tous les érudits de son temps : il publie donc son premier livre, une traduction latine de lettres grecques sur la morale, dont l'auteur original est un byzantin du VIIe siècle, Théophylacte Simocatta. Il passe sept années de sa vie pour écrire De Hypothesibus Motuum Coelestium a se Contitutis Commentariolus (connu sous le titre de Commentariolus), un court traité d'astronomie qu'il termine vers 1514 et qui ne sera publié qu’au XIXe siècle. C'est dans cet ouvrage, qu'il énonce pour la première fois les principes de l'astronomie héliocentrique, ce qui bouleversera énormément la communauté scientifique de son temps et c'est à cause de cela qu'il fut condamné, à titre posthume, par l'Eglise, qui défendait le géocentrisme.

•  C'est à la même période que Copernic participe au Ve concile du Latran sur la réforme du calendrier; il écrit plus tard, vers 1517, un traité sur la monnaie et ensuite son œuvre principale De Revolutionibus Orbium Coelestium, Des révolutions des sphères célestes, achevé vers 1530. Cette œuvre magistrale ne sera publiée, par un imprimeur luthérien de Nuremberg, que le 24 mai 1543, peu de temps avant la mort de Copernic. Elle n'aurait sans doute jamais été publiée sans l'intervention enthousiaste d'un jeune professeur de mathématiques, Georg Joachim von Lauchen (1514-1574), connu sous le nom de Rheticus, unique disciple de Copernic.

Ses travaux en astronomie

Palais épiscopal de Heilsberg (Lidzbark Warminski) où vécut Copernic

Nicolas Copernic Peinture de l'école allemande 15-16ème siècle © Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Nicolas

Copernic 1473 - 1543 né à Thorn en Pologne décédé à Frauenburg, Pologne Il écrit le « De revolutionibus orbium coelestium » qu’il ne cesse de perfectionner avant de le donner à son disciple Rheticus pour le voir sur son lit de mort en 1543 enfin imprimé et publié Il remplace la Terre par le Soleil comme centre du monde gravure de 1541

Nicolas Copernic 1473 - 1543 né à Torunn en Pologne décédé à Frauenburg, Pologne Il écrit le « De revolutionibus orbium coelestium » qu’il ne cesse de perfectionner avant de le donner à son disciple Rheticus pour le voir sur son lit de mort en 1543 enfin publié Il remplace la Terre par le Soleil comme centre du monde

portrait datant de 1580 Hôtel de Ville de Torun

Représentation géocentrique du système solaire entouré par la sphère des étoiles fixes

Représentation héliocentrique du système solaire entouré par la sphère des étoiles fixes

•  Le système de Copernic se démarque radicalement des systèmes astronomiques admis au XVIème siècle par le fait que le Soleil, et non plus la Terre, occupe le centre. Il tire cette idée de la lecture des anciens, tels Héraclide du Pont et Aristarque de Samos.

•  La thèse majoritaire à l'époque est le géocentrisme : la Terre est immobile au centre de l'univers, tous les astres tournent autour. Cette théorie est en partie motivée par des considérations philosophiques et théologiques, ce qui provoque un fort rejet du travail de Copernic.

•  Le système héliocentrique de Copernic repose sur l'observation que la Terre tourne sur elle-même et fait un tour sur son axe en un jour, ce qui explique dans un premier temps le mouvement diurne de la sphère céleste. Plus précisément, la Terre fait un tour sur elle-même en un jour sidéral (23h 56m 4,09s), alors que le Soleil revient à la même position en un jour solaire (24h). Copernic tient compte de cette distinction expliquée par son système. Il avance également que la Terre effectue une révolution autour du Soleil, et non l'inverse, en un an. Il affirme de plus que les autres planètes, comme la Terre, tournent toutes autour du Soleil. Copernic conjecture aussi que l'axe de la Terre oscille comme celui d'une toupie, ce qui explique la précession.

•  La théorie de Copernic contredit la théorie de Ptolémée : Copernic conserve toutefois certains éléments de l'ancien système telle que l'idée aristotélicienne (pourtant abandonnée par Ptolémée et même probablement déjà par Hipparque) des sphères solides et de la sphère des fixes physique.

Le système héliocentrique de Copernic •  Le nouveau système proposé par Copernic explique le mouvement journalier du

Soleil et des étoiles par la rotation terrestre. Il explique, en outre, certains phénomènes qui n'étaient expliqués qu'à grand peine et de manière imparfaite par le système géocentrique, notamment le mouvement rétrograde des planètes externes, (Mars, Jupiter, Saturne). Sa théorie prend également en compte les élongations maximums des planètes internes, Vénus et Mercure, qui sont situées plus près du Soleil que la Terre. La prédiction des phases de Vénus sera confirmée par Galilée environ 70 ans plus tard (durant l’hiver 1609-1610).

•  Copernic avance aussi une théorie sur l'ordre des planètes, leurs distances et, par conséquent, leur période de révolution. En effet, Copernic contredit Ptolémée en affirmant que plus l'orbite d'une planète est grande, plus il lui faudra de temps pour faire une révolution complète autour du Soleil. Johannes Kepler obtint plus tard de ses observations des relations mathématiques précises allant dans ce sens, et Isaac Newton les démontra par sa théorie de la gravitation.

Le système héliocentrique de Copernic

De revolutionibus orbium coelestium 1ère édit. 1543 Nicolas Copernic

Copernic a la satisfaction de tenir un exemplaire de

cette ouvrage sur son lit de mort

De revolutionibus orbium coelestium 2e édit. 1566 Nicolas Copernic

Système héliocentrique de Copernic « L’astronome Copernic en conversation avec Dieu » peint par Jan Matejko (1872)

Contribution de Nicolas Copernic (1473-1543) •  De Revolutionibus Orbium Coelestium (1543)

–  Modèle héliocentrique (inspiré par Aristarque) –  Remet en question la vision géocentrique et le « modèle des deux sphères concentriques » (la sphère terrestre et la sphère des étoiles fixes)

Révolution profonde de la pensée humaine : la Terre (et donc l’humanité) n’est plus au centre de l’Univers !

ce qui engendre un conflit avec l’Eglise catholique •  Qualitativement, l’explication héliocentrique est plus simple et résout naturellement

les mouvement des planètes (mouvement rétrograde expliqué par le mouvement de la Terre), les phases de Vénus, … mais les orbites des planètes demeurent des cercles !

•  « … le mouvement des corps célestes est circulaire. En effet, la mobilité propre de la sphère est de tourner en rond : par cet acte même [...] elle exprime sa forme, celle du corps le plus simple … »

La cathédrale de Frombork

La tombe de Copernic a été recherchée pendant des siècles. Des ossements ont été retrouvés en 2005 dans la cathédrale de Frombork, près de l'autel dont il avait la charge. Fin 2008, des chercheurs ont

confirmé que le crâne et le fémur retrouvés sont bien ceux de Copernic, en comparant leur ADN à celui de deux cheveux retrouvés dans un exemplaire de son Calendarium Romanum Magnum.

Localisation précise en 2005 de la tombe de Copernic grâce à l’ADN

Le crâne retrouvé en 2005 sous l’autel de la cathédrale de Frombork, en Pologne, est bien celui de l’astronome Nicolas Copernic. L'ADN d’une des dents a été comparé à celui de cheveux

retrouvés dans un ouvrage ayant appartenu au père de l’héliocentrisme. Les archéologues avaient remarqué que ce crâne était celui d’un homme de 70 ans, âge de Copernic au moment de sa mort, en 1543. De plus, il comportait une cicatrice au front, le nez et une arcade sourcilière fêlés, des blessures identiques à celles reçues par Copernic dans sa jeunesse (lire à ce sujet l’article paru

dans Ciel & Espace n°428, de janvier 2006, p. 58). Aucun écrit ne précisait le lieu où l'astronome, chanoine de la cathédrale de Frombork, avait été enterré. L'ADN a donc permis de trancher…

Portrait de Copernic reconstitué d’après

le crâne retrouvé en 2005 en Pologne.

06.3 Tycho Brahe

1546 – 1601

né le 14 décembre 1546 à Knudstrup, Danemark décédé le 26 octobre 1601 à Prague, Bohême

Origines et études •  Tycho Brahe est né en 1546 à Knudstrup, en Scanie, une province alors danoise

aujourd’hui suédoise. Il est l’aîné des garçons d’Otto Brahe et Beatte Bille, tous deux issus de la haute noblesse danoise. Son père est une figure importante de la cour du roi du Danemark.

•  Les dispositions intellectuelles que manifeste Tycho Brahe dès son enfance frappent un de ses oncles maternels, Steno Bille, qui se charge de son éducation. Il lui donne asile dans son domaine de Herritzwart près de Knudstrup où il se consacre à des observations astronomiques ainsi qu’à l’étude de l’alchimie que son oncle affectionne. Il grandit ensuite avec son oncle Jorgen Brahe qui en fait son héritier.

•  Le 19 avril 1559, Tycho Brahe est envoyé à l’Université de Copenhague. Là, suivant les souhaits de son oncle, il étudie le droit mais également la philosophie et la rhétorique. À Leipzig, il entreprend secrètement des études d’astronomie. Le 21 août 1560, une éclipse de soleil attire son attention sur les phénomènes astronomiques. Dès lors, étudie les éphémérides de Joannes Stadius et des livres tels que le De triangulis omnimodis de Regiomontanus.

•  Mais sa vocation ne naît qu’à l’occasion d’un autre évènement : lors d’une conjonction Jupiter-Saturne que les meilleures tables astrononomiques d’alors prévoient avec une erreur de plusieurs jours, cette incertitude le choque et il prend comme un défi à relever de l’expliquer. Cet évènement qui se produit le 17 août 1563 marque de manière décisive le début de sa vocation.

Début en astronomie avec SN 1572 •  Tycho Brahe envisage très tôt de poursuivre des études scientifiques à l’Université de

Rostock contre l’avis de son père qui le prédestine au droit et à la diplomatie. À l’Université de Leipzig, où il reçoit une instruction élémentaire, il étudie les mathématiques et l’astronomie. Il fréquente, entre 1565 et 1566, les Universités de Wittenberg et de Rostock. Il se rend ensuite à Augsbourg puis à Bâle où il rencontre des astronomes réputés.

•  Durant cette période, Tycho Brahe reçoit régulièrement de l’argent de sa famille. Il en consacre la totalité à l’achat de livres et d’instruments pour satisfaire ses principaux intérêts : l’alchimie et l’astronomie. S’il se procure alors quantité d’instruments pour l’étude de l’astronomie : quadrant, astrolabe, … , et bientôt fabrique ses propres instruments. Il est le dernier des grands astronomes n’observant qu’à l’œil nu.

•  À la mort de son père survenue en 1571, il retourne en Scanie et hérite d’un domaine où il y installe un laboratoire. Il se remet à l’étude et découvre en 1572, une nouvelle étoile dans la constellation de Cassiopée plus brillante que Vénus (l’étoile du berger). Cette observation d’une supernova l’éloigne de l’alchimie et le pousse à se consacrer entièrement à l’astronomie. Il fait publier l’année suivante De Stella Nova, livre dans lequel il consigne ses conclusions et écrit entre autres que les novas sont des étoiles qui deviennent visibles ou plus remarquables pour les observateurs de la Terre, suite à une augmentation de leur brillance. Cette découverte remet alors en question l’immuabilité des cieux et le rend célèbre en Europe.

En 1566, lors d’un duel à Wittenberg, Tycho Brahe

perd le bout de son nez. Dès lors,

il porte un nez postiche fait d’argent et d’or,

ce qui lui vaudra son surnom de

L’homme au nez d’or.

Tycho Brahe (1546-1601)

Jacob de Gheyn (1565-1629)

né à Knudstrup, Denmark, décédé à Prague

Des observations de qualité •  En 1574, il donne plusieurs cours et conférences à l’Université de Copenhague. Il est

convaincu dès cette époque que l’avancement de l’astronomie se construit grâce à de méticuleuses observations de la plus grande précision. Tycho Brahe accepte l’offre du roi Frédéric II, qui lui propose de fonder un observatoire astronomique ainsi qu’une pension annuelle. On lui donne une petite île, Ven (ou Hveen) près de Copenhague qui appartient à l’époque au Danemark et où il fait construire dans le courant de l’année 1576 Uraniborg (« palais d’Uranie ou Palais des Cieux », Uranie étant la muse de l’Astronomie) qui devient le plus important observatoire d’Europe. Il exerce une autorité suprême sur le domaine et perçoit des revenus provenant du travail des habitants de l’île. Il fait également construire un palais dont les travaux sont financés par le roi et durent quatre années, de 1576 à 1580. Il s’agit d’un édifice luxueux qui comprend un atelier de construction d’instruments pour l’astronomie, une imprimerie destinée à publier ses travaux, un laboratoire d’alchimie.

•  Uraniborg devient rapidement un centre scientifique important et réputé, qui attire les étudiants et les astronomes de toute l’Europe. Tycho Brahe, très méticuleux, conserve toutes les données de ses observations; cela lui permet d’établir le catalogue d’étoiles le plus complet et le plus précis. Il est considéré par ses collègues et contemporains comme le plus exact des observateurs. Il faut noter ici que toutes ses observations furent faites avant l’invention du télescope et de la lunette.

Map of the island of Hveen from a copper etching of Willem Janszoon Blaeu's Blaeu Atlas 1663. He made this map based on his experience as a student of Tycho Brahe between 1594 and 1596.

On this map North is up, Denmark to the west and Scania, now part of Sweden, to the east. It shows the location of Uraniborg just above the centre, and below the linked set of ponds that Tycho had created to both collect water and power his papermill and other snamm industries.

Le plus grand et meilleur observatoire

•  En 1577, il commence ses observations et le 13 novembre de la même année, il fait la découverte d’une grande comète qui passe près de la Terre pendant cette année 1577. Cet objet céleste est remarqué (admiré ou craint) dans toute l’Europe et particulièrement étudié par Tycho Brahe. En observant celle-ci, il se convainc de l’erreur d’Aristote qui pense que ces corps se forment en dessous de la Lune et dans notre atmosphère. Par ses observations, Tycho Brahe démontre qu’elle n’a pas de parallaxe diurne mesurable, et donc que cet objet doit se situer bien plus loin de la Terre que la Lune et en dehors de l’atmosphère terrestre. Ses observations sont à la base de son second ouvrage sur les mouvements De Mundi atherei recentioribus Phoenomenus Progymnasmatum, publié en 1587.

•  C’est durant cette période à Uraniborg que Tycho Brahe imagine son système du monde qui porte son nom et qui est comme une sorte de conciliation, géo-héliocentrique, entre le système de Ptolémée et celui de Copernic.

La grande comète de 1577

vue de Prague

Gravure colorée de l’observatoire et palace Uraniborg de Tycho Brahe dans son livre de 1598

Bâtiment principal de Uraniborg Gravure du grand atlas de Blaeu (Amsterdam 1662) Bâtiment principal de Uraniborg

par Henrik Hanson (1862) imaginé à partir d’une gravure du XVIième siècle

Tycho Brahe

Gravure montrant de manière allégorique l’intérieur

d’Uraniborg

1587

Tycho Brahe

Gravure montrant de manière allégorique l’intérieur

d’Uraniborg

1587

SN 1572

Astrolabe avec lequel Tycho Brahe en 1572 suivit la progression apparente de l’étoile dans la constellation de Cassiopée.

Astrolabe armillaire

Image d’une sphère armillaire équatoriale Tycho Brahe Mechanica 1598

Image d’une sphère armillaire équatoriale Tycho Brahe Mechanica 1598

Astrolabe armillaire

Uraniborg puis Stjerneborg

•  Tycho Brahe découvre petit à petit que les grandes et hautes constructions d’Uraniborg sont peu stables et donc pas idéales pour les observation astronomiques. Il fait construire en 1584 un nouvel observatoire astronomique, enterré, qu’il appelle Stjerneborg (Palais des étoiles). Celui-ci comporte des chambres souterraines dans lesquelles les instruments sont installés, alors que les toits, ou coupoles, dépassent du sol.

Bâtiment principal de Stjerneborg Gravure du grand atlas de Blaeu (Amsterdam 1662)

Map of the island of Hveen from a copper etching of Willem Janszoon Blaeu's Blaeu Atlas 1663. He made this map based on his experience as a student of Tycho Brahe between 1594 and 1596.

Map of the island of Hveen from a copper etching of Willem Janszoon Blaeu's Blaeu Atlas 1663. He made this map based on his experience as a student of Tycho Brahe between 1594 and 1596.

Le modèle géo-héliocentrique de Brahe Le modèle géo-héliocentrique de Brahe

La Terre ou le Soleil au centre de l’Univers ?

•  Claude Ptolémée (110-160) Alexandrie : système géocentrique, avec déférents et épicycles (pdt 1500 ans) •  Nicolas Copernic (1473-1543): De Revolutionibus Orbium Coelestium •  Tycho Brahe (1546-1601) : grand observateur Uraniborg, Stjerneborg

Tombe en disgrâce

•  En 1588, à la mort du roi Frédéric II, Tycho Brahe perd ses mécènes. Comme il est piètre administrateur et plein de dureté pour les habitants de l’île dont il monopolise les ressources, il perd le soutien du roi Christian IV (âgé alors de 11 ans) ainsi que la pension que le roi précédent lui avait octroyé.

•  En 1597, à la suite de la destruction de son domaine par ses détracteurs, il prend tous ses biens et fait équiper un bateau pour lui, sa femme, ses enfants et ses quelques disciples fidèles, puis quitte l’île de Ven.

•  Il voyage pendant quelques années, puis, en 1599, s’installe dans le château de Beneteck près de Prague où il travaille en tant que mathématicien Impérial de la cour de l’empereur Rodolphe II. Johannes Kepler devient son assistant.

•  Tycho Brahe meurt dans la ville de Prague en 1601. Ses instruments y sont conservés durant de nombreuses années, puis sont finalement dispersés et perdus.

Tycho Brahe parlant avec Rudolph II aux environs de 1600 (Eduard Ender, 1855) Tyn Cathedral, Prague, Czech Republic

Tycho Brahe

Pierre tombale, Tyn Cathedral, Prague,

Czech Republic

TYCHO BRAHE TO BE EXHUMED April 21, 2010

Body of Denmark’s most famous astronomer will be dug up in Prague to determine true cause of death.

The riddle of the Danish astronomer Tycho Brahe's death in 1601 may now have a good chance of being solved. Prague's cultural department has finally given researchers permission to open the tomb of Danish astronomer Tycho Brahe, which lies in the city’s Tyn Cathedral. A group of Danish and Czech experts will therefore soon be able to carry out detailed analyses of the astronomer’s bone, hair and clothing remains to find the answer to a centuries-old mystery as to whether he was murdered. Although historians have generally attributed his death to either bladder problems or kidney stones, some believed he may have been poisoned. Many researchers now believe he probably died of mercury poisoning – either accidentally or deliberately by another’s hand. The issue was revived in recent years, after a Swedish professor discovered a diary in which Tycho Brahe's distant relative, Erik Brahe, claimed that the astronomer was poisoned.

Researchers had been trying for years to get the go-ahead from Prague’s city council for the exhumation. ‘I'm really glad that all the people involved in this project can now see that our meetings, emails, letters and telephone calls have not been in vain,’ archaeologist Jens Vellev, who will lead the Danish research team, told Politiken newspaper. Vellev’s day job is as associate professor in the University of Aarhus’ Department of Medieval and Renaissance Archaeology. He has been interested in Tycho Brahe’s life and death for many years, and he said it was a long and difficult process to get the approval. Not only did the team have to deal with the Catholic Church, which owns Tyn Cathedral, but it also had to get clearance from the city council, because the building is a national monument administered by the cultural administration. After initial resistance, the team believed it would be given permission to perform the exhumation last May. But it was only this week that the official okay was finally given. Vellev expects to start analyses of the body in November 2010. He has high expectations that with modern methods, the study will shed light on Brahe's ultimate cause of death. « The very opening of the grave is obviously something significant. But for archaeologists, anthropologists and other scientists, the subsequent work will be just as interesting, » Vellev said.

30 November 2010

Tycho Brahe (1546-1601)

Jacob de Gheyn (1565-1629)

né à Knudstrup, Denmark, décédé à Prague

•  Publie en 1598-1602

« Astronomiae instauratae progymnasmata » qui décrit l’observation de la supernova de 1572

qui jette un doute sur le dogme aristotélicien de

l’immuabilité des étoiles fixes. •  Sur une période de 20 ans,

il mesure les positions du Soleil, de la Lune, des planètes et de 777 étoiles, avec une précision

dix fois meilleure que tout ce qui précède.

06.4 Johannes Kepler

1571 – 1630

né le 27 décembre 1571 à Weil der Stadt, Allemagne décédé le 15 novembre 1630 à Ratisbonne, Allemagne

Johannes Kepler 1571-1630 Copie d’un portrait perdu de Johannes Kepler, peint en 1610, qui était conservé chez les Bénédictins de Krems.

Johannes Kepler

Lieux de séjour de Kepler : Weil der Stadt [né en 1571-1576] Tübingen [1589-1594] Graz [1594-1600] Prague [1600-1612] Linz [1612-1626] Ulm [1627] Sagan [1628-1630] Ratisbonne [mort en 1630].

Un destin étrange •  Johannes Kepler en 1571 naît au sein d’une famille de religion protestante

luthérienne, installée dans la ville de Weil, près de Stuttgart, dans le Wurtemberg. Né prématurément à sept mois et de nature chétive, il souffre toute sa vie d’une santé fragile. À l’âge de trois ans, il contracte la petite vérole, ce qui, entre autres séquelles, affaiblit sévèrement sa vue.

•  La famille Kepler est peu ordinaire et son ambiance n’est pas des plus saines. Le père, Heinrich Kepler, est mercenaire dans l’armée du duc de Wurtemberg, et toujours en campagne, étant ainsi rarement présent à son domicile. La mère, Catherine — que Kepler qualifie lui-même de « petite, maigre, sinistre et querelleuse » — avait été élevée par une tante qui finit sur le bûcher pour sorcellerie. Kepler a trois cadets : sa sœur, Margarette, dont il reste proche, Christopher, qui lui fut toujours antipathique, et Heinrich. De 1574 à 1576, il vit avec son petit frère Heinrich, épileptique, chez ses grands-parents, alors que son père est en campagne et que sa mère est partie à sa recherche.

•  Au retour de ses parents, Kepler déménage à Leonberg, ville voisine, et va suivre les cours de l’école latine de 1577 à 1579 et de 1581 à 1583. En 1577, sa mère l’emmène en haut d’une colline pour observer le passage d’une comète, celle étudiée par Tycho Brahe. De son côté, son père lui montre l’éclipse de Lune du 31 janvier 1580.

•  À nouveau parti en guerre en 1589, son père disparaît à jamais.

Un destin étrange •  Kepler ne termine son premier cycle de trois années qu’en 1583, retardé notamment à

cause de son emploi comme journalier agricole, entre neuf et onze ans. L’intelligence et les capacités intellectuelles de Kepler frappent ses enseignants qui le poussent à poursuivre ses études. En 1584, il entre au Séminaire protestant d’Adelberg, puis, deux années après, au Séminaire supérieur de Maulbronn.

•  Il y obtient son diplôme de fin d’études et entre en 1589 à l’Université de Tübingen. Il étudie d’abord l’éthique, la dialectique, la rhétorique, le grec, l’hébreu, l’astronomie et la physique, puis la théologie et les sciences humaines. Il y poursuit ses études après obtention d’une maîtrise en 1591. Son professeur de mathématiques, l’astronome Michael Maestlin, lui enseigne le système héliocentrique de Copernic, qu’il réservait aux meilleurs étudiants, les autres devant alors se contenter du système géocentrique de Ptolémée, qui place la Terre au centre du monde. Kepler devient ainsi un copernicien convaincu et reste très proche de son professeur ; il n’hésite pas à lui demander aide ou conseil pour ses travaux.

•  Alors que Kepler projette de devenir ministre luthérien, l’école protestante de Graz demande un professeur de mathématiques. Il abandonne alors ses études en théologie pour prendre le poste et quitte Tübingen en 1594 pour aller à Graz. Il y publie des almanachs avec des prédictions astrologiques. À l’époque, la distinction entre science et croyance n’est pas encore clairement établie et le mouvement des astres, encore assez méconnu, est gouverné par les lois divines.

Un destin étrange

•  Kepler se maria deux fois. Une première fois par intérêt, le 27 avril 1597, avec Barbara Müller, qui décède en 1612, tout comme deux de leurs cinq enfants — âgés d’un et de deux mois à peine. Ce mariage, organisé par ses proches, l’unit à une femme au caractère exécrable qu’il qualifie de « grasse et simple d’esprit ». Un autre de ses fils meurt à l’âge de sept ans. Seuls sa fille Susanne et son fils Ludwig survivent.

•  Puis, à Linz l’année suivante, il épouse Susanne Reuttinger avec qui il a sept enfants parmi lesquels trois meurent très tôt. Un mariage, cette fois-ci, heureux.

•  En 1615, sa mère, alors âgée de 68 ans, est accusée de sorcellerie par les autorités de sa ville natale Leonberg. Kepler, persuadé de son innocence, passe six années à assurer sa défense auprès des tribunaux et à écrire de nombreux plaidoyers. Il doit, à deux reprises, retourner dans le Wurtemberg. Elle passe 14 mois enfermée en prison. Finalement, le duc de Wurtemberg la déclare libre de toute charge de sorcellerie le 4 octobre 1621. Affaiblie par ces dures années de procès et d’emprisonnement, elle meurt six mois plus tard.

•  Kepler meurt en 1630 à Ratisbonne, à l’âge de 59 ans.

Mysterium Cosmographicum

•  En 1596, Kepler publie son premier ouvrage, Mysterium Cosmographicum, fruit de ses premières recherches sur la structure de l’Univers, limité alors au système solaire. Il voit dans les lois qui régissent les mouvements des planètes, un message divin adressé à l’Homme. Dans ce livre, où il affirme sa position copernicienne, il se donne pour objectif de répondre à trois questions portant sur le nombre de planètes, leur distance au Soleil et enfin leur vitesse.

•  Il développe une théorie des polyèdres réguliers permettant de construire un modèle de l’Univers. Kepler remarqua que dans les six sphères représentant les orbites des six planètes connues à l’époque (de Mercure à Saturne), pouvaient être contenus les cinq solides de Platon.

•  Cette théorie qui nous paraît complètement fantaisiste aujourd’hui, permet à Kepler d’entrer en contact avec ses contemporains Galilée et Tycho Brahe, alors mathématicien impérial à la cour de Prague. Le premier lui fit part de son enthousiasme pour le soutien de ses idées coperniciennes qu’il partage également. Le second, tout aussi admiratif, l’invita à travailler à ses côtés.

Polyèdres Les cinq polyèdres réguliers de Platon

Kepler explique les distances au Soleil des six planètes connues à son époque au moyen des sphères inscrites et circonscrites

aux cinq polyèdres réguliers : •  sphère de Saturne •  cube •  sphère de Jupiter •  tétraèdre •  sphère de Mars •  dodécaèdre •  sphère de la Terre •  icosaèdre •  sphère de Vénus •  octaèdre •  sphère de Mercure

Mysterium Cosmographicum

Johannes Kepler Première édition en1596

Deuxième édition en 1621

Polyèdres réguliers tels que présentés dans le Mysterium Cosmographicum

Mysterium cosmographicum

de Kepler (1596)

Mysterium cosmographicum

de Kepler (1596)

Mysterium cosmographicum de Kepler (1596)

Mysterium cosmographicum de Kepler (1596)

Le calcul de l’orbite de Mars ou les 3 lois •  Poursuivi pour ses convictions religieuses et ses idées coperniciennes, Johannes

Kepler quitte Graz en 1600. Il se réfugie à Prague, invité par Tycho Brahe qui l’engage comme assistant. Les relations entre les deux personnages sont particulièrement houleuses : Tycho Brahe ne croit pas à l’héliocentrisme de Copernic mais soutient son modèle géo-héliocentrique.

•  Kepler voit en Tycho Brahe un homme plein de richesses scientifiques (ses mesures sont alors les plus précises) mais qui ne sait pas les exploiter correctement.

•  Brahe lui demande de calculer l’orbite précise de Mars, pour laquelle il a remarqué une excentricité dans sa trajectoire, considérée comme une anomalie à une époque où l’on pense encore que les planètes décrivent des cercles, figure parfaite. Pensant accomplir sa tâche en quelques semaines, Kepler met plus de six ans pour achever son travail. C’est durant ce travail que Johannes Kepler découvre les deux premières de ses trois lois fondamentales. Ces deux lois furent publiées dans Astronomia Nova en 1609, où Johannes Kepler fut également le premier à émettre l’hypothèse d’une rotation du Soleil sur son axe. En 1618 il établit sa troisième grande loi qu’il publie dans Harmonices Mundi en 1619. Ce travail est d’autant plus long que Kepler doit mener en parallèle une étude sur l’optique afin de mieux comprendre et interpréter ses observations, et qu’il est encore fortement influencé par les anciennes croyances en astronomie : il doute à plusieurs reprises de la nature circulaire de la trajectoire et pense alors à une ellipse, tout en continuant d’essayer de prouver le contraire, en ressortant de vieilles idées faisant appel à l’utilisation d’épicycles.

Le calcul de l’orbite de Mars ou les 3 lois •  Les soixante-dix chapitres de l’Astronomia Nova comprennent ainsi toutes les

démarches scientifiques et erreurs de Kepler qui lui permirent d’aboutir à ses deux premières lois, mais aussi à d’autres conclusions intéressantes comme la nature de la force responsable du mouvement des planètes, physique et non plus divine.

•  À la mort de Tycho Brahe en 1601, Johannes Kepler fut désigné comme mathématicien impérial à la cour de Rodolphe II. Il garda ce statut jusqu’en 1612.

Après avoir observé la supernova de 1604, Johannes Kepler écrit un livre intitulé 'De Stella Nova' (Prague, 1606)

(image d’une des 35 copies connues, 1ère édition, archives Caltech)

Généralement, un fait, dès sa découverte, mène une vie individuelle et entre en rapports avec

d’autres faits auxquels son inventeur n’a jamais songé

Les coniques

Appolonius de Perge découvrit les lois de courbes, qui résultent de l’intersection d’un cône avec un plan sous

plusieurs angles et dont nul ne savait que faire.

Deux mille ans après on s’aperçut que ces courbes représentent les trajectoires des planètes,

des comètes, des satellites

Les coniques selon Kepler 1607

•  Pendant très longtemps, les applications physiques des coniques ont été les mouvements des planètes, des astéroïdes, des comètes, donc astronomiques (en plus de l’étude de la chute des corps et de la balistique).

•  Ce n’est qu’au 20e siècle que les coniques ont été appliquées à d’autres problèmes tels que les trajectoires de particules lors de leur diffusion par d’autres particules (LHC au CERN).

Section d’un cône : Ellipse

€

x 2

a2+y 2

b2=1

Ellipse rapportée à son centre et à ses axes de symétrie

Section d’un cône : Parabole

€

y 2 = 2px

Parabole rapportée à son sommet et à son axe de symétrie

Section d’un cône : Hyperbole

€

x 2

a2−y 2

b2=1

Hyperbole rapportée à son centre et à ses axes de symétrie

Il abandonne le mythe de la perfection circulaire des orbites pour les décrire en termes d’ellipses.

•  PREMIERE LOI : L’ORBITE DE CHAQUE PLANETE EST UNE ELLIPSE DONT LE SOLEIL OCCUPE UN DES FOYERS

•  DEUXIEME LOI : LE MOUVEMENT DE CHAQUE PLANETE EST TEL QUE LE SEGMENT DE DROITE RELIANT LE SOLEIL ET LA PLANETE BALAIE DES AIRES EGALES PENDANT DES DUREES EGALES

•  TROISIEME LOI : POUR TOUTES LES PLANETES, LE RAPPORT ENTRE LE

CUBE DU DEMI GRAND AXE DE L’ELLIPSE ET LE CARRE DE LA PERIODE EST LE MEME

€

période( )2

grand axe( )3 = constante

Il abandonne le mythe de la perfection circulaire des orbites pour les décrire en termes d’ellipses.

•  PREMIERE LOI : L’ORBITE DE CHAQUE PLANETE EST UNE ELLIPSE DONT LE SOLEIL OCCUPE UN DES FOYERS

•  DEUXIEME LOI : LE MOUVEMENT DE CHAQUE PLANETE EST TEL QUE LE SEGMENT DE DROITE RELIANT LE SOLEIL ET LA PLANETE BALAIE DES AIRES EGALES PENDANT DES DUREES EGALES

•  TROISIEME LOI : POUR TOUTES LES PLANETES, LE RAPPORT ENTRE LE

CUBE DU DEMI GRAND AXE DE L’ELLIPSE ET LE CARRE DE LA PERIODE EST LE MEME

€

période( )2

grand axe( )3 = constante

découverte en 1604 pour la planète Mars en supposant la loi des aires

découverte en 1604 pour la planète Terre en supposant une orbite circulaire

Rapport des axes de l’ellipse : 0.99666 pour Mars 0.99986 pour la Terre

I et II publiées dans Astronomia Nova (1609)

III publiée dans Harmonices mundi (1619)

découverte en 1618

Johannes Kepler

(1571-1630)

né à Weil der Stadt décédé à Regensburg

1ère et 2e lois publiées dans Astronomia Nova (1609)

3e loi publiée dans

Harmonices mundi (1619).

De l’enterrement de Johannes Kepler (1571-1630) ou

de la qualité des sources d’information

Expliquer les phénomènes observés

•  Quelles sont les observations qui peuvent être expliquées ? •  Il est parfois des questions qu’il ne faut pas poser !

Kepler (1571-1630), qui a obtenu les lois décrivant le mouvement des planètes autour du Soleil, a aussi cherché des lois pour expliquer le nombre des planètes (alors six) et les dimensions relatives de leurs orbites.

Loi de Titius-Bode (1772)

rn = (0,4 + 0,3 × 2n) UA avec pour les astéroïdes n = 3

ensuite Neptune et Pluton

Numéro d’ordre

Distance au soleil

Poser la bonne question … !

•  Newton rejeta cette tentative en considérant que ces observations ne demandent pas à être expliquées.

•  De nos jours, on pense que la distribution régulière des orbites planétaires résulte de circonstances particulières (processus en parties stochastiques) liées à la formation du système solaire.

•  « Expliquer » signifie trouver les conditions initiales (soit les variables) et les lois de la nature (i.e., les relations entre les variables) à partir desquels il est possible de décrire les phénomènes observés (le code de la route impose des règles et laisse encore beaucoup de liberté ! ).

•  Sommes-nous aveuglés par quelques subtils «mysterium cosmo-graphicum» contemporains, aussi inutiles que celui de Kepler … ?!

06.5 Harmonia Macrocosmica

Andreas Cellarius 1596 – 1665

Harmonia Macrocosmica Andreas Cellarius

1596 – 1665

Mathématicien et cartographe. Né en Allemagne à Neuhausen près de Worms.

Etudie à Heidelberg, puis étudie et travaille à Amsterdam, La Haye et Hoorn, où de 1637 jusqu'à sa mort il sera recteur de latin.

Connu essentiellement pour son Harmonia Macrocosmica de 1660,

un des plus importants atlas céleste avec des planches coloriées.

Toutes les images sont à disposition sur le site de l’Université d’Utrecht, Hollande

http://www.phys.uu.nl/~vgent/cellarius/cellarius_plates.htm PLANISPHÆRIVM PTOLEMAICVM, Sive Machina ORBIVM MVNDI EX HYPOTHESI PTOLEMAICA IN PLANO DISPOSITA

The planisphere of Ptolemy, or the mechanism of the heavenly orbits following the hypothesis of Ptolemy laid out in a planar view

PLATE # 1

détail PLATE # 1 détail PLATE # 1

PLANISPHÆRIVM COPERNICANVM Sive Systema VNIVERSI TOTIVS CREATI EX HYPOTHESI COP. IN PLANO EXHIBITVM The planisphere of Copernicus, or the system of the entire created universe according to the hypothesis of Cop. exhibited in a planar view

PLATE # 4

PLANISPHÆRIVM BRAHEVM, Sive Structura MVNDI TOTIVS, EX HYPOTHESI TYCHONIS BRAHEI IN PLANO DELINEATA The planisphere of Brahe, or the structure of the universe following the hypothesis of Tycho Brahe drawn in a planar view

PLATE # 6

06.6 Les globes de Coronelli

1683

Les globes de Louis XIV

Offerts par

le cardinal d’Estrées à Louis XIV,

les globes réalisés en 1683

par le cosmographe vénitien Vincenzo Coronelli,

offrent une représentation synthétique

de la Terre et du ciel

http://expositions.bnf.fr/globes/expo/salle1/01.htm

BNF Paris BNF Paris

La réalisation des globes en France

Pour accomplir son travail, Vincenzo Coronelli s’installa à Paris en 1681, à l’hôtel d’Estrées de la rue Barbette, dans le Marais,

et acheva le travail en 1683 rue Neuve-des-Petits-Champs, dans l’hôtel de Lionne, acquis par l’un des neveux du cardinal.

La fabrication de ces immenses sphères avait nécessité un aménagement particulier dont Coronelli identifie nettement le coût dans les quelques notes et correspondances privées

qui nous renseignent sur les premiers temps de la construction. Chaque globe mesure 3,87 m de diamètre et pèse 2,3 tonnes.

Coronelli était très fier de sa prouesse technique puisqu’il assurait que chacun des globes pouvait supporter le poids de trente personnes

introduites à l’intérieur par une trappe carrée dissimulée dans le décor.

Ces deux globes représentent une véritable somme scientifique et artistique

"À l’auguste majesté de Louis le Grand, l’invincible, l’heureux, le sage, le conquérant,

César cardinal d’Estrées a consacré ce globe terrestre pour rendre

un continuel hommage à sa gloire et à ses héroïques vertus, en monstrant les pays

où mille grandes actions ont esté executées et par luy mesme et par ses ordres, à l’estonnement de tant de nations

qu’il auroit pu soumettre à son empire si sa modération n’eust arresté

le cours de ses conquestes et prescrit des bornes à sa valeur plus grande

encore que sa fortune. 1683. Cet ouvrage a été inventé et achevé

par le père Coronelli de l’ordre des mineurs conventuels. »

Dédicace du globe terrestre, en hommage à Louis XIV.

Le globe terrestre est fascinant par le très grand nombre d’informations

qu’il fournit.

Le globe terrestre est fascinant par le très grand nombre d’informations qu’il fournit. Ses couleurs, un blanc et un bleu tranchés, font ressortir les contours des terres et des mers

sur lesquelles se déploient des scènes marines ou de savants cartouches, tandis que le blanc de la terre est émaillé de scènes multiples, tantôt fabuleuses,

tantôt exotiques, tantôt techniques. Pleines de mystères pour l’homme du XXIe siècle, elles intriguèrent aussi Louis XIV qui commanda leur transcription et leur explication.

Découverte de l'Australie par

Pierre Nuyts

Détail du globe terrestre

de Coronelli

BnF

Les Hollandais qui rencontrèrent les

sauvages d'Australie furent frappés par leur misère dont

l'Anglais Guillaume Dampier se fit aussi

l'écho en 1688.

Découverte de l'Australie par

Pierre Nuyts

Détail du globe terrestre

de Coronelli

BnF

Les Hollandais qui rencontrèrent les

sauvages d'Australie furent frappés par leur misère dont

l'Anglais Guillaume Dampier se fit aussi

l'écho en 1688.

Trois vaisseaux hollandais et plusieurs canots au levant des îles des Larrons (îles Mariannes) Détails du globe terrestre de Vincenzo Coronelli, 1681-1683 BnF

Terre de Jesso et dissertation sur le détroit d'Anian Détails du globe terrestre de Vincenzo Coronelli, 1681-1683 BnF

Deux vaisseaux français au large du Canada Détails du globe terrestre de Vincenzo Coronelli, 1681-1683 BnF

Mœurs des peuples du Chili Détails du globe terrestre de Vincenzo Coronelli, 1681-1683 BnF

"Les planètes sont placées au lieu même où elles étaient à la naissance du glorieux monarque afin de conserver à l’éternité

une image fixe de cette heureuse disposition sous laquelle la France a reçu le plus grand présent que le ciel ait jamais fait à la terre."

Dédicace du globe céleste, en hommage à Louis XIV.

Le globe céleste représente l’ensemble de l’Univers avec la Terre au milieu tel

qu'il était le jour de la naissance de Louis XIV, le 5 septembre 1638. Il présente 1 880 corps célestes figurés par des bossettes de bronze

doré et 72 constellations figurées sous des formes symboliques d’animaux ou

de personnages mythologiques. Jean-Baptiste Corneille, peintre de ce globe, réalise là une œuvre d’iconographie allégorique dans un somptueux camaïeu de bleu

Figure des étoiles par rapport à leurs différentes grandeurs. Détails du globe céleste de Vincenzo Coronelli, 1681-1683 BnF Les étoiles visibles sont classées selon six grandeurs et les nébuleuses, invisibles à l'œil nu, peuvent être observées avec des lunettes.

Delamarche à Paris

(fin XVIIIème / début XIXème siècle)

sphère armillaire héliocentrique entre 1783 et 1791

Au centre, le Soleil est représenté par une boule dorée. A chaque planète (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne) correspond un cercle tournant autour de l’axe vertical; chaque cercle porte, sur une face, l’indication de l’inclinaison de son plan orbital par rapport à l’écliptique, de sa durée de révolution autour du Soleil, de sa distance au Soleil exprimée en diamètres de la Terre, et de son “Excentrique”. La Terre est représentée par un globe terrestre miniature de 2 cm de diam. Un petit disque figurant la Lune peut lui tourner autour. Hauteur 49 cm

Diamètre 32 cm

Delamarche à Paris

(fin XVIIIème / début XIXème siècle)

sphère armillaire héliocentrique entre 1783 et 1791

Au centre, le Soleil est représenté par une boule dorée. A chaque planète (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne) correspond un cercle tournant autour de l’axe vertical; chaque cercle porte, sur une face, l’indication de l’inclinaison de son plan orbital par rapport à l’écliptique, de sa durée de révolution autour du Soleil, de sa distance au Soleil exprimée en diamètres de la Terre, et de son “Excentrique”. La Terre est représentée par un globe terrestre miniature de 2 cm de diam. Un petit disque figurant la Lune peut lui tourner autour.

Delamarche sphère armillaire Vue plongeante Delamarche à Paris (fin XVIIIème / début XIXème siècle)

sphère armillaire héliocentrique entre 1783 et 1791

Nom et adresse de l’auteur : à Paris chez Delamarche Géog.

Rue du Foin Saint-Jacques Au Collège de Mtre Gervais

Delamarche à Paris

(fin XVIIIème / début XIXème siècle)

sphère armillaire héliocentrique entre 1783 et 1791

Globe terrestre Delamarche

(1808)

Hauteur env. 43cm Diamètre du globe 18 cm

Diamètre du cercle zodiacal env. 28 cm

Titre, auteur, adresse de l’auteur

et date

Globe terrestre Delamarche

(1808)

Globe terrestre Delamarche

(1808)

Hauteur env. 43cm Diamètre du globe 18 cm

Diamètre du cercle zodiacal env. 28 cm

Globe terrestre Delamarche : Amérique du nord et centrale

Les Etats-Unis s’arrêtent au Mississipi (ligne verte); le Nouveau Royaume de Grenade comprend les actuels Venezuela et Colombie.