Durant l’antiquité grecque, de nombreux philosophes imaginaient que la Terre était immobile au centre de tout et que le Soleil, la Lune et les planètes tournaient autour d’elle. Cette pensée fut notamment mise en avant par Aristote, vers 350 ans avant notre ère, dans son ouvrage « Du ciel » puis développée par Ptolémée vers l’an 150 de notre ère dans « l’Almageste ». Ce modèle, dit géocentrique, fut repris par l’Église catholique et conservé pendant des siècles. Ce n’est qu’en 1543 que Nicolas Copernic publie son ouvrage De Revolutionibus Orbium Coelestium. Il y présente un modèle ne plaçant plus la Terre au centre de l’univers mais comme une simple planète tournant autour du Soleil, le modèle héliocentrique. Néanmoins, bien avant le XVIe siècle, d’autres astronomes ont imaginé des modèles différents. L’une des premières traces du modèle héliocentrique remonte ainsi au IIIe siècle avant notre ère avec Aristarque de Samos.
La Lune dans l’ombre de la Terre
Aristarque de Samos est un astronome et mathématicien grec né à Samos vers 310 avant notre ère. L’époque de la Grèce antique a connu de nombreux philosophes souhaitant comprendre le monde qui les entoure. Inspirés par les observations des Babyloniens, différentes théories et travaux virent le jour. Par exemple, la majorité des penseurs de l’époque imaginaient déjà la Terre comme une sphère. L’hypothèse d’une Terre plate n’a en réalité jamais eu de fervent croyant parmi les scientifiques ou même l’Église. D’ailleurs, vers 230 avant notre ère, Ératosthène donnera une estimation de la circonférence de la Terre à environ 39 500 km. Une valeur très proche de la valeur connue aujourd’hui qui varie entre 40 075 km à l’équateur et 40 008 km en passant par les pôles.
À cette époque, le modèle de l’univers le plus commun est celui proposé par Aristote. Pour celui-ci, la Terre est immobile au centre de tout et les étoiles forment une sphère fixe à l’extérieur du modèle. Les planètes, le Soleil et la Lune tournent ainsi autour de la Terre. C’est en partant de ce modèle qu’Aristarque écrit son seul livre connu de nos jours, Sur les dimensions et les distances. Dans ce livre, il s’intéresse aux tailles de la Lune et du Soleil et à leur distance par rapport à la Terre.
Pour calculer le diamètre de la Lune, il va observer une éclipse lunaire. Il s’agit d’un phénomène se produisant lorsque la Terre se situe exactement entre le Soleil et la Lune. L’ombre de la Terre est alors projetée sur la Lune pendant un peu moins de deux heures. Aristarque est donc parti du principe que l’ombre de la Terre pouvait être représentée par un cylindre ayant une largeur équivalente au diamètre de la Terre. En observant l’éclipse, il détermine donc que la largeur du cylindre vaut trois fois celle de la Lune. Le diamètre de la Lune vaudrait donc un tiers de celui de la Terre.
Aujourd’hui, on sait que le diamètre de la Lune vaut 3 475 km contre 12 756 km pour la Terre. La Terre est donc en réalité 3,7 fois plus grande. Cette différence est due au fait que la Terre projette une ombre conique et non cylindrique. De plus, la lune est sur une orbite elliptique et non sphérique. Cela signifie que sa distance avec la Terre n’est pas constante et que sa taille apparente varie dans le temps.
Première mesure de la distance Terre-Soleil
Aristarque a également voulu mesurer la distance entre la Terre, la Lune et le Soleil. Pour cela, il s’intéressa aux quartiers de Lune. En effet, Aristarque supposait que la lumière de la Lune venait en réalité de la réflexion de celle du Soleil. Lors des quartiers de Lune, le Soleil éclaire exactement la moitié de la face visible et la moitié de la face cachée de la Lune. La Lune, la Terre et le Soleil forment alors un triangle rectangle. Si l’on connaît l’angle Lune-Terre-Soleil, on peut déterminer la longueur de la distance Terre-Soleil par rapport à la distance Terre-Lune.
Pour trouver cet angle, il a mesuré la durée entre le premier quartier et le dernier quartier de Lune. Aristarque trouve ainsi une valeur de 87°, très proche d’un angle droit. Cela signifie donc que le Soleil est beaucoup plus loin de la Terre que la Lune. Pour être exact, il estime que la distance Terre-Soleil est 19 fois plus grande que la distance Terre-Lune. Ce qui est… totalement faux. En effet, depuis l’arrivée des télescopes, les astronomes ont pu mesurer cet angle plus précisément et ont trouvé une valeur de 89,85°. Le Soleil est donc en réalité 400 fois plus loin que la Lune.
La naissance du modèle héliocentrique
La précision des mesures de l’époque ne permettait pas de mesurer les tailles et les distances de la Lune et du Soleil. Cependant, ces calculs, bien que sous-estimés, remettent en question le modèle géocentrique. En effet, lors des éclipses solaires, la Lune cache totalement le Soleil en se plaçant entre ce dernier et la Terre. Cela signifie que si le Soleil est 19 fois plus loin que la Lune alors il est également 19 fois plus grand. La Terre étant trois fois plus grande que la Lune, le Soleil est donc environ six fois plus grand que la Terre.
Avec les mesures actuelles, on sait que le soleil mesure en réalité 1 392 684 km. Il est donc 109 fois plus grand que la Terre. De plus, grâce aux miroirs posés à la surface de la Lune par les missions Apollo, on sait que la distance Terre-Lune varie entre 356 410 km et 405 500 km. Enfin, la distance Terre-Soleil vaut 149 597 870 km.
Malgré ces erreurs, ce travail permit de montrer que le Soleil est beaucoup plus grand que la Terre. Pour Aristarque, l’objet le plus grand de l’univers devrait se situer en son centre. Le Soleil serait donc immobile au centre de l’univers et les planètes tourneraient autour. Aucun livre d’Aristarque connu ne présente cette hypothèse. Cependant, dans son ouvrage « L’Arénaire« , Archimède rapporte : « Aristarque a publié un livre contenant certaines hypothèses […] Ses hypothèses sont que les étoiles fixes et le Soleil restent immobiles, que la Terre tourne autour du Soleil sur la circonférence d’un cercle ». Il s’agirait ainsi d’un des premiers modèles héliocentriques.
Malheureusement, le modèle géocentrique fut préféré à celui d’Aristarque. En effet, certains philosophes, comme Hipparque ou Ptolémée, ont avancé que le modèle ne collait pas aux observations. Si la Terre tourne autour du Soleil, la position des étoiles les unes par rapport aux autres devrait varier en fonction de la position de la Terre. On appelle cela la parallaxe. Pourtant les étoiles restent fixes dans le ciel toute l’année. En réalité, cette parallaxe est bien présente. Cependant, les étoiles sont tellement éloignées de nous qu’il faut des instruments très précis pour observer ce phénomène.
Le modèle géocentrique restera donc prédominant pendant près de 1 800 ans. Cependant, certaines observations restaient difficiles à expliquer en plaçant la Terre au centre de l’univers. Par exemple, Mars semble régulièrement revenir en arrière avant de repartir. Il faudra attendre les travaux de Copernic et les observations des premières lunettes astronomiques pour adopter le modèle héliocentrique.
Sources
- La Terre tourne-t-elle autour du Soleil ?
- La mesure de la distance Terre-Soleil, G. Paturel
- Aristarque de Samos, Wikipédia
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