Au 18ᵉ siècle, les astronomes ne connaissent encore que six planètes dans le système solaire. Facilement visibles à l’œil nu, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne sont connues depuis des millénaires. Avec l’arrivée des premiers instruments d’observation, les astronomes parviennent à affiner leur connaissance des orbites de ces planètes. C’est ainsi que Johann Titius propose, en se basant sur de nombreux travaux, une loi empirique de la distribution des orbites des planètes. Cette loi fut reprise par Johann Bode et est aujourd’hui connue sous le nom de loi de Titius-Bode. D’après cette loi, le rayon des orbites des planètes augmente en suivant la formule suivante : r = 0.4 + 0.3 x 2n, où n correspond à -∞ pour Mercure, puis à 0, 1, etc pour les autres planètes. On trouve ainsi la Terre à 1, correspondant à une unité astronomique.
Avec les approximations sur les calculs des orbites de l’époque, cette loi semble se vérifier pour toutes les planètes. De plus, elle fonctionnera également lorsque William Herschel découvre Uranus en 1781. Néanmoins, cette loi pose une problématique pour la communauté astronomique. En effet, la position de Mars fonctionne pour n = 2 mais pour retrouver Jupiter, il faut considérer n = 4. Une planète parais donc absente entre Mars et Jupiter. Si l’on sait aujourd’hui que cette loi ne se vérifie pas avec précision et ne fonctionne pas du tout pour les objets au-delà de Neptune, cette problématique mènera à la découverte de plusieurs objets entre Mars et Jupiter qui deviendront la ceinture d’astéroïdes, composée de millions de roches. La première d’entre elles fut découverte par un astronome et mathématicien italien, Giuseppe Piazzi.
La construction de l’observatoire astronomique de Palerme
Giuseppe Piazzi, de son nom complet Gioacchino Giuseppe Maria Ubaldo Nicolò Piazzi, est né à Ponte en Italie le 16 juillet 1746. Originaire d’une famille aisée, il intégrera à 19 ans l’ordre religieux des Théatins. Les prêtres faisant partie des populations érudites de l’époque, il était courant de voir des personnalités religieuses s’intéresser aux sciences et aux mathématiques. Durant sa formation, il étudiera la philosophie, la théologie et les mathématiques et commencera à s’intéresser à l’astronomie. En 1769, Giuseppe est ordonné prêtre et enseignera la philosophie et les mathématiques à travers l’Italie. Il finira ainsi par s’installer à Palerme en 1781 où il est nommé maître de conférences en mathématiques à l’Accademia dei Regi Studi. Il enseignera ensuite l’astronomie à partir de 1787.
Palerme appartenant alors au royaume des Deux-Siciles, le vice-roi Francesco d’Aquino le charge alors de construire le premier observatoire de Palerme. Pour cela, Giuseppe partira deux ans en France et en Angleterre pour parfaire ses connaissances en astronomie et en observation. Il rencontrera notamment le directeur de l’Observatoire de Paris, Dominique Cassini, ou encore William Herschel. Finalement, il fera construire le futur instrument de l’observatoire par Jesse Ramsden, l’un des plus grands spécialistes du domaine. Giuseppe installera ainsi le nouvel observatoire sur le toit du palais royal de Palerme. Le roi le nommera directeur en 1790.
La huitième planète
Giuseppe commença ainsi ses observations astronomiques à partir de 1791 dans l’optique de revisiter les mesures astrométriques d’un des catalogues de référence de l’époque publié par Francis Wollaston en 1789. Il travailla ainsi sur la mesure précise de la position de milliers d’étoiles pendant de nombreuses années. Ainsi, comme à son habitude, Giuseppe observe le ciel la nuit du 1ᵉʳ janvier 1801. Dictant la position des étoiles à son assistant, Niccolò Cacciatore, Giuseppe et lui observent à nouveau le ciel la nuit suivante. Cependant, la position d’une des étoiles ne correspond pas aux mesures de la veille. Pensant avoir fait une erreur dans la mesure, ils observent de nouveau cette étoile la nuit suivante.
Lors de la 4ᵉ nuit d’observation, Giuseppe comprend qu’ils n’observent pas une étoile mais un objet du système solaire. Giuseppe publiera une première lettre le 15 janvier pour annoncer la découverte d’une nouvelle comète. Il comprendra par la suite qu’il s’agit en réalité d’une nouvelle planète. À la différence des étoiles qui paraissent immobiles dans le ciel d’une nuit à l’autre, les planètes, plus proches de nous, se déplacent sur la voûte céleste au cours de l’année. C’est ce qui a notamment permis d’identifier très tôt les cinq planètes les plus proches de la Terre. Cela s’avère néanmoins bien plus difficile pour les objets invisibles sans instruments. C’est pourquoi Uranus ne fut découvert qu’en 1781 et Neptune en 1846.
Ainsi, Giuseppe continua d’observer cet astre jusqu’en février 1801 avant qu’il ne passe derrière le Soleil. En se basant sur les quelques observations transmises par Giuseppe, Johann Burckhardt tentera de calculer l’orbite de l’astre. Il trouva ainsi une orbite correspondant à la fameuse planète manquante entre Mars et Jupiter.
Cérès, le premier astéroïde
Découvreur de la planète, Giuseppe décida de la nommer Cérès Ferdinandea, Cérès correspondant au nom de la déesse romaine de l’Agriculture et Ferdinandea en hommage au roi du royaume des Deux-Siciles, Ferdinand IV. D’abord controversé au sein de la communauté, le nom de Cérès fut finalement conservé. Bien qu’observé à 24 reprises par Giuseppe avant de disparaître, Cérès ne fut observé à nouveau qu’en décembre 1801.
Depuis, les observations ont permis d’affiner les caractéristiques de l’astre. Par la suite, trois objets furent détectés dans la même zone, Pallas, Junon et Vesta, qui furent considérés comme des planètes au même titre que Vénus ou Jupiter jusqu’en 1850. Cependant, la découverte de nombreux autres objets entre Mars et Jupiter remit en question leur statut. William Herschel proposa alors le nom d’Astéroïde, signifiant « ressemblant à une étoile ». Cérès fut ainsi considéré comme le premier astéroïde découvert, parmi les millions connus aujourd’hui. Puis, avec l’arrivée de la nouvelle classe d’objets inventée pour Pluton, Cérès entra dans la catégorie des planètes naines.
Depuis, de nombreuses observations permirent de mieux connaître Cérès. La NASA envoya même en 2007 la sonde Dawn qui observa l’astéroïde Vesta avant de se mettre en orbite autour de Cérès le 6 mars 2015. Cérès mesure 950 km de diamètre et met 4,6 ans à faire un tour autour du Soleil. S’il s’agit de la plus petite planète naine, la masse de Cérès, d’environ 950 millions de milliards de tonnes (0,016% de la Terre), représente environ un tiers de la masse totale de la ceinture d’astéroïdes. Sa composition riche en glace, découverte grâce aux observations de Dawn, indique que Cérès se serait formée au-delà de Neptune avant de migrer vers la ceinture d’astéroïdes à cause des interactions avec les planètes géantes.
Les étoiles en mouvement
Après la découverte du 1ᵉʳ astéroïde, Giuseppe publie son premier catalogue d’étoiles en 1803, recensant 6784 étoiles. Persuadé de la précision de ses mesures, il publia en annexe une liste de 225 étoiles particulières. En effet, en dix années d’observations, Giuseppe mesura une légère variation dans la position de ces étoiles. Il en conclut donc que ses étoiles avaient un mouvement propre, comme les planètes ou les astéroïdes, et qu’elles n’étaient pas statiques dans le ciel. Néanmoins, dix ans d’observations n’étaient pas suffisants pour prouver sa théorie. Giuseppe proposera néanmoins certaines étoiles, comme 61 Cygni, dont l’étude du mouvement propre serait intéressante. Il faudra attendre 1838 pour que Friedrich Bessel mesure pour la première fois la parallaxe de cette étoile et détermine pour la première fois la distance d’une étoile.
Giuseppe publiera plusieurs autres catalogues stellaires. Cependant, sa vue déclinant fortement à partir de 1807, ses catalogues se basent sur les observations de Niccolò Cacciatore. En 1816, Giuseppe est envoyé à Naples pour superviser la construction d’un nouvel observatoire. Après avoir dirigé les deux observatoires en parallèle, il s’installera définitivement à Naples en 1824 où il est élu à l’Académie des sciences. Il décédera deux ans plus tard. Giuseppe aura également été nommé membre étranger de l’Académie des sciences française ou encore de la Royal Society.
Sources
- Michael Martin Nieto (1972) : The Titius-Bode Law of Planetary Distances: Its History and Theory
- Religious Scientists: Fr. Giuseppe Piazzi C.R. (1746-1826), Discoverer of the First Asteroid, Vatican Observatory
- Giuseppe Piazzi, The Royal Society
- Giuseppe Piazzi, Université de St Andrews
- Friedrich Bessel (1838) : On the parallax of 61 Cygni
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