1. Les cultures anciennes ont observé le ciel
Le ciel nocturne est naturellement sombre et il n'y avait pas de pollution lumineuse dans les temps anciens. Donc, si le temps le permet, vous pouvez facilement voir beaucoup d'étoiles. Pas besoin de parler du Soleil et de la Lune.
Les anciens avaient de bonnes raisons d'étudier le ciel nocturne. Dans de nombreuses cultures et civilisations, les étoiles (ainsi que le Soleil et la Lune) étaient perçues comme ayant une signification religieuse, légendaire, prémonitoire ou magique (astrologie), donc beaucoup de gens s'y intéressaient. Il n'a pas fallu longtemps à quelqu'un (en réalité, beaucoup de personnes différentes indépendamment dans de nombreuses parties du monde) pour voir des modèles utiles dans les étoiles qui seraient utiles à la navigation, à la localisation, au comptage des heures, au comptage des jours et aux jours en fonction des saisons , etc. Et bien sûr, ces motifs dans les étoiles étaient également liés au Soleil et à la Lune.
Donc, sûrement toutes les cultures anciennes avaient des gens qui ont consacré de nombreuses nuits de leur vie à étudier les étoiles en détail dès l'âge de pierre. Ils percevraient également des météorites (étoiles filantes) et des éclipses. Et parfois une comète très rare et spétaculaire.
Ensuite, il y a les planètes Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne. Ils sont assez faciles à remarquer pour être distincts des étoiles parce que toutes les étoiles semblent être fixées dans la sphère céleste, mais pas les planètes. Ils remarquent très facilement qu'ils errent dans le ciel avec le passage des jours, spécialement pour Vénus, qui est "l'étoile" la plus brillante du ciel et qui est aussi un formidable vagabond. Compte tenu de tout cela, les anciens peuples deviennent certainement très conscients de ces cinq planètes.
À propos de Mercure, au départ, les Grecs pensaient que Mercure était deux corps, l'un qui n'apparaissait que le matin quelques heures avant le lever du soleil et l'autre seulement quelques heures après le coucher du soleil. Cependant, ils ont vite compris qu'il ne s'agissait en fait que d'un seul corps, car l'un ou l'autre (ou aucun) ne pouvait être vu en un jour donné et la position calculée du corps invisible correspondait toujours à la position du corps vu.
2. La Terre semble ronde
Maintenant, hors de l'âge de pierre, déjà dans les temps anciens, les navigateurs et les marchands qui parcouraient de grandes distances ont perçu que les points de lever et de coucher du soleil pouvaient varier non seulement en raison de la variation saisonnière, mais également en fonction de l'emplacement. De plus, la distance de l'étoile polaire à la ligne d'horizon varie également en fonction de l'emplacement. Ce fait dénonce l'existence du concept aujourd'hui connu sous le nom de latitude, et cela a été perçu par les anciens astronomes dans des endroits comme la Grèce, l'Égypte, la Mésopotamie et la Chine.
Les astronomes et les personnes qui dépendent de l'astronomie (comme les navigateurs) se demanderaient pourquoi la distance de l'étoile polaire à l'horizon variait, et une possibilité était que c'est parce que la Terre serait ronde. En outre, l'enregistrement de différents angles du Soleil à différents endroits du monde le même jour et à la même heure donne une indication que la Terre est ronde. L'ombre sur la Lune lors d'une éclipse lunaire donne également un indice que la Terre est ronde. Cependant, ce n'est pas en soi une preuve que la Terre est ronde, donc la plupart des gens parieraient sur quelque chose de plus simple, ou ne se soucient tout simplement pas de ce phénomène.
La plupart des cultures des temps anciens présumaient que le monde était plat. Cependant l'idée du monde rond existe depuis la Grèce antique. Contrairement à l'idée fausse moderne populaire, au Moyen Âge, presque aucune personne instruite du monde occidental ne pensait que le monde était plat .
À propos de la taille de la Terre, en observant différentes positions du Soleil et différents angles d'ombres dans différentes parties du monde, Erasthotenes dans la Grèce antique a correctement calculé la taille de la Terre et la distance entre la Terre et le Soleil pour la première fois au IIIe siècle avant JC. Cependant, en raison de la confusion au sujet de toutes les mesures unitaires différentes et incohérentes existant à l'époque et de la difficulté d'estimer avec précision les longues distances terrestres et maritimes, la confusion et l'imprécision ont persisté jusqu'aux temps modernes.
Les cultures anciennes ont également compris que la partie brillante de la Lune était illuminée par le Soleil. Étant donné que la pleine lune est facilement visible même à minuit, cela implique que la Terre n'est pas infinie. Le fait que la Lune pénètre dans une ombre arrondie lorsqu'elle se trouve exactement de l'autre côté du ciel que le Soleil implique également que c'est l'ombre de la Terre sur la Lune. Cela implique également que la Terre est beaucoup plus grande que la Lune.
3. Géocentrisme
Ainsi, les gens ont observé le Soleil, la Lune, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne et la sphère fixe d'étoiles tournant tous autour du ciel. Ils pensaient naturellement que la Terre serait le centre de l'univers et que tous ces corps tournaient autour de la Terre. Cela a culminé avec les travaux du phylosophe Claudius Ptolemaeus sur le géocentrisme .
Même si nous savons maintenant que le modèle géocentrique ptolomaique est fondamentalement erroné, il pourrait être utilisé pour calculer la position des planètes, du Soleil, de la Lune et de la sphère céleste des étoiles, avec une précision quelque peu acceptable à l'époque. Il comprenait l'observation des variations de vitesse des planètes, des mouvements rétrogrades et également le couplage de Mercure et de Vénus au Soleil, de sorte qu'ils ne s'en éloigneraient jamais très loin. De plus, en fonction de la vitesse du mouvement de ces corps dans le ciel, l'univers devrait ressembler à:
- La Terre au centre.
- Lune en orbite autour de la Terre.
- Mercure en orbite autour de la Terre plus loin que la Lune.
- Vénus en orbite autour de la Terre plus loin que Mercure.
- Soleil en orbite autour de la Terre plus loin que Vénus.
- Mars en orbite autour de la Terre plus loin que le Soleil.
- Jupiter en orbite autour de la Terre plus loin que Mars.
- Saturne en orbite autour de la Terre plus loin que Jupiter.
- La sphère céleste des étoiles tournant autour de la Terre, étant la sphère la plus externe.
En fait, le modèle ptolomaique est un modèle très compliqué, beaucoup plus compliqué que les modèles copernique, keplerien et newtonien. En particulier, cela pourrait être comparé à des logiciels qui sont basés sur des concepts gravement défectueux mais qui fonctionnent toujours en raison de nombreux hacks et kludges complexes, enchevêtrés et inexplicables qui sont là juste pour faire fonctionner la chose.
4. La découverte des Amériques
Marco Polo , dans les dernières années des années 1200, a été le premier Européen à voyager en Chine et à revenir et à laisser une chronique détaillée de son expérience. Ainsi, il pouvait apporter aux Européens beaucoup de connaissances sur ce qui existait en Asie centrale, en Asie de l'Est, aux Indes, en Chine, en Mongolie et même au Japon. Avant Marco Polo, très peu de gens connaissaient les Européens sur ce qui y existait. Cela a grandement inspiré les cartographes, philosophes, politiciens et navigateurs européens dans les années à venir.
Le Portugal et l'Espagne mènent une guerre séculaire contre les Maures envahisseurs de la péninsule ibérique . Les Maures ont finalement été expulsés en 1492. Les deux États cherchaient quelque chose de rentable après tant d'années de guerre. Depuis que le Portugal a mis fin à sa première partie de la guerre, il a pris une longueur d'avance et est allé explorer les mers en premier. Le Portugal et l'Espagne tentaient de trouver une route de navigation pour atteindre les Indes et la Chine afin de commercialiser des épices et de la soie très rentables. Ceux-ci ne pouvaient plus être échangés par voie terrestre de manière efficace en raison du fait que les terres d'Asie occidentale et d'Afrique du Nord étaient dominées par des cultures musulmanes hostiles aux Européens chrétiens, une situation qui n'a fait qu'empirer après la chute de Constantinople en 1453.
Le Portugal colonisait les frontières atlantiques de l'Afrique et a finalement réussi à atteindre le cap de Bonne-Espérance en 1488 (avec Bartolomeu Dias ).
Un navigateur génois du nom de Cristoforo Colombo pensait que s'il naviguait vers l'ouest depuis l'Europe, il pourrait éventuellement atteindre les Indes par le côté est. Inspiré par Marco Polo et sous-estimant la taille de la Terre, il estime que la distance entre les îles Canaries et le Japon est de 3700 km (en fait elle est de 12500 km). La plupart des navigateurs ne s'aventureraient pas dans un tel voyage parce qu'ils pensaient (à juste titre) que la Terre était plus grande que cela.
Colombo a tenté de convaincre le roi du Portugal de financer son voyage en 1485, mais après avoir soumis la proposition à des experts, le roi l'a rejetée parce que la distance estimée du voyage était trop faible. L'Espagne, cependant, après avoir finalement expulsé les Maures en 1492, a été convaincue par lui. L'idée de Colombo était farfelue, mais, après des siècles de guerres avec les musulmans, si cela fonctionnait, l'Espagne pourrait en profiter rapidement. Ainsi, le roi d'Espagne a approuvé l'idée. Et quelques mois seulement après avoir expulsé les Maures, l'Espagne a envoyé Colombo pour naviguer vers l'ouest en direction de l'Atlantique, puis il a atteint l'île d'Hispaniola en Amérique centrale. Après son retour, la nouvelle de la découverte de terres de l'autre côté de l'Atlantique s'est rapidement propagée.
Le Portugal et l'Espagne ont ensuite divisé le monde par le traité de Tordesillas en 1494. En 1497, Amerigo Vespucci a atteint l'Amérique continentale.
Le Portugal ne serait pas en reste, ils ont réussi à naviguer à travers l'Afrique pour atteindre les Indes en 1498 (avec Vasco da Gama ). Et ils ont envoyé Pedro Álvares Cabral , qui a atteint le Brésil en 1500 avant de traverser l'Atlantique pour se rendre aux Indes.
Après cela, le Portugal et l'Espagne ont rapidement commencé à explorer les Amériques et, éventuellement, à les coloniser. La France, l'Angleterre et les Pays-Bas sont également venus dans les Amériques quelque temps plus tard.
5. La Terre EST ronde
Après, les Espagnols ont découvert et se sont installés dans les Amériques (et le plan de Colombo n'a en fait pas fonctionné). La question de savoir s'il était possible de naviguer autour du globe pour atteindre les Indes par le côté est restait ouverte et les Espagnols étaient toujours intéressés. Ils ont finalement découvert l'océan Pacifique après avoir traversé les ishtums de Panama par voie terrestre en 1513.
Désireuse de trouver une route maritime autour du globe, la couronne espagnole a financé une expédition dirigée par le portugais Fernão de Magalhães (ou Magellan comme son nom a été traduit en anglais) pour tenter de faire le tour du globe. Magellan était un navigateur expérimenté, et avait atteint ce qui est aujourd'hui la Malaisie voyageant à travers l'océan Indien auparavant. Ils sont partis d'Espagne le 20 septembre 1519. Ce fut un long et pourtant voyage qui a coûté la vie à la plupart de l'équipage. Magellan lui-même n'a pas survécu, étant décédé lors d'une bataille aux Philippines en 1521. Au moins, il a vécu suffisamment pour savoir qu'ils ont en fait atteint l'Asie de l'Est en voyageant autour du globe à l'ouest, ce qui prouve également que la Terre est ronde .
Le voyage a finalement été achevé par la direction de Juan Sebatián Elcano , l'un des membres d'équipage de Magellan. Ils ont atteint l'Espagne par les océans Indien et Atlantique le 6 septembre 1522 après avoir parcouru pendant près de trois ans une distance de 81449 km.
6. Héliocentrisme
Il y avait des théories géo-héliocentriques héliocentriques ou hybrides dans les temps anciens. Notamment par le philosophe grec Philolaus au 5ème siècle avant JC. Par Martianus Capella vers les années 410 à 420. Et par Aristarque de Samos vers 370 av. Ces modèles ont essayé d'expliquer le mouvement des étoiles comme rotation de la Terre et la position des planètes, spécialement Mercure et Vénus comme translation autour du Soleil. Cependant, ces premiers modèles étaient trop imprécis et imparfaits pour fonctionner correctement, et le modèle ptolomique était toujours le modèle avec la meilleure prédiction des positions des corps célestes.
L'idée que la Terre tourne était beaucoup moins révolutionnaire que l'héliocentrisme, mais était déjà plus ou moins acceptée avec réticence au moyen-âge . Cela se produit parce que si les étoiles tournaient autour de la Terre, elles devraient le faire à une vitesse étonnante, entraînant le Soleil, la Lune et les planètes avec elle, il serait donc plus facile si la Terre elle-même tournait. Les gens étaient mal à l'aise avec cette idée, mais ils l'ont quand même acceptée, et cela est devenu plus facile à accepter après que la sphéricité de la Terre ait été un concept établi.
Dans les premières années des années 1500, alors que les Portugais et les Espagnols naviguaient autour du globe, un astronome et matémathique polonais et très qualifié s'appelait Nikolaus Kopernikusa mis quelques années à réfléchir à la mécanique des corps célestes. Après quelques années à faire des calculs et des observations, il a créé un modèle d'orbites circulaires des planètes autour du Soleil et a perçu que son modèle était beaucoup plus simple que le modèle géocentrique ptolomaique et était au moins aussi précis. Son modèle comprend également une Terre en rotation et des étoiles fixes. De plus, son modèle impliquait que le Soleil était beaucoup plus grand que la Terre, ce qui était déjà fortement suspecté à l'époque en raison de calculs et de mesures et impliquait également que Jupiter et Saturne étaient plusieurs fois plus grands que la Terre, de sorte que la Terre serait définitivement une planète tout comme les cinq autres planètes alors connues. Cela pourrait être vu comme la naissance du modèle connu aujourd'hui sous le nom de système solaire.
Craignant la persécution et les critiques sévères, il a évité de publier bon nombre de ses œuvres, n'envoyant des manuscrits qu'à ses connaissances les plus proches, mais ses œuvres ont finalement été divulguées et il a été convaincu de permettre sa publication complète de toute façon. La légende dit qu'il a été présenté à son œuvre finalement entièrement publiée le jour même de sa mort en 1543, afin qu'il puisse mourir en paix.
Il y avait un débat houleux entre partisans et opposants à la théorie héliocentrique de Copernic au milieu des années 1500. Un argument de l'opposition était que les parallaxes des étoiles ne pouvaient pas être observées, ce qui impliquait que le modèle héliocentrique était faux ou que les étoiles étaient très très loin et que beaucoup d'entre elles seraient encore plus grandes que le Soleil, ce qui semblait être une idée folle à l'époque.
Tycho Brache , qui n'a pas accepté l'héliocentrisme, au cours des dernières années des années 1500, a tenté de sauver le géocentrisme avec un modèle géo-héliocentrique hybride qui présentait les cinq planètes célestes en orbite autour du Soleil tandis que le Soleil et la Lune orbitaient autour de la Terre. Cependant, il a également publié une théorie qui prédisait mieux la position de la Lune. De plus, à cette époque, l'observation de certaines supernovas a montré que la sphère céleste des étoiles n'était pas exactement immuable.
En 1600, l'astronome William Gilbert a fourni des arguments solides pour la rotation de la Terre, en clouant des aimants et des boussoles, il pourrait démontrer que la Terre était magnétique, ce qui pourrait s'expliquer par la présence de quantités énormes de fer dans son noyau.
7. Avec des télescopes
Tout ce que j'ai écrit ci-dessus s'est produit sans télescopes, uniquement en utilisant des observations et des mesures à l'œil nu dans le monde entier. Maintenant, ajoutez même quelques petits télescopes et les choses changent rapidement.
Les premiers télescopes ont été inventés en 1608 . En 1609, l'astronome Galieu Galilei en entendit parler et construisit son propre télescope. En janvier 1610, Galieu Galilei , à l'aide d'un petit télescope, a observé quatre petits corps en orbite autour de Jupiter à différentes distances, réalisant qu'ils étaient les "lunes" de Jupiter, il pouvait également prédire et calculer ses positions le long de leurs orbites. Quelques mois plus tard, il a également observé que Vénus avait des phases vues depuis la Terre. Il a également observé les anneaux de Saturne, mais son télescope n'était pas assez puissant pour les résoudre en anneaux, et il a pensé qu'ils étaient deux lunes. Ces observations étaient incompatibles avec le modèle géocentrique.
Un contemporain de Galilei, Johannes Kepler , travaillant sur le modèle héliocentrique de Copernic et effectuant de nombreux calculs, afin d'expliquer les différentes vitesses orbitales, a créé un modèle héliocentrique où les planètes tournent autour du Soleil en orbites elliptiques avec l'une des focales de l'ellipse en le soleil. Ses travaux ont été publiés en 1609 et 1619. Il a également suggéré que les marées étaient causées par le mouvement de la Lune, bien que Galilei était sceptique à ce sujet. Ses lois prédisaient un transit de Mercure en 1631 et de Vénus en 1639, et un tel transit a en fait été observé. Cependant, un transit prévu de Vénus en 1631 n'a pas pu être vu en raison de l'imprécision des calculs et du fait qu'il n'était pas visible dans une grande partie de l'Europe.
En 1650, la première double étoile a été observée. Plus loin dans les années 1600, les anneaux de Saturne ont été résolus par l'utilisation de meilleurs télescopes par Robert Hooke , qui a également observé une double étoile en 1664 et développé des microscopes pour observer les structures cellulaires. À partir d'eux, de nombreuses étoiles se sont révélées être doubles. En 1655, Titan a été découvert en orbite autour de Saturne, donnant plus de confiance au modèle héliocentrique. Plus de quatre lunes saturniennes ont été découvertes entre 1671 et 1684.
8. Gravitation
L'héliocentrisme était raisonnablement bien accepté au milieu des années 1600, mais les gens n'étaient pas à l'aise avec cela. Pourquoi les planètes tournent-elles autour du Soleil? Pourquoi la Lune tourne autour de la Terre? Pourquoi Jupiter et Saturne avaient des lunes? Bien que la mécanique képlérienne puisse prédire leur mouvement, on ne savait toujours pas quelle était la raison pour laquelle ils se déplaçaient de cette façon.
En 1687, Isaac Newton, qui était l'un des plus brillants physiciens et mathématiciens de tous les temps (même s'il était également un persécuteur implacable de ses adversaires), a fourni la théorie gravitationnelle (basée sur des travaux antérieurs de Robert Hooke). Des idées pour la théorie de la gravitation et la loi du carré inverse ont déjà été développées dans les années 1670, mais il pouvait publier une théorie de la gravitation très simple et claire, très bien fondée en physique et en mathématiques et elle expliquait les mouvements des corps célestes avec une grande précision, y compris les comètes. Il a également expliqué pourquoi les planètes, la Lune et le Soleil sont sphériques, a expliqué les marées et a également servi à expliquer pourquoi les choses tombent au sol. Cela a rendu l'héliocentrisme définitivement largement accepté.
De plus, la loi gravitationnelle de Newton a prédit que la rotation de la Terre la rendrait non pas exactement sphérique, mais un peu ellipsoïdale d'un facteur 1: 230. Quelque chose qui était d'accord avec les mesures prises à l'aide de pendules en 1673.
9. Que sont les étoiles et le système solaire après tout?
Au début des années 1700, Edmund Halley , connaissant déjà les lois newtoniennes (il était un contemporain de Newton) a perçu que les comètes qui passaient près de la Terre reviendraient finalement, et il a constaté qu'il y avait un cas particulier d'observations tous les 76 ans, donc il pouvait notez que ces comètes étaient en réalité toutes la même comète, qui porte son nom.
Le seul problème restant avec le modèle héliocentrique était le manque d'observation de la parallaxe aux étoiles. Et personne ne savait avec certitude quelles étaient les étoiles. Cependant, s'ils sont en fait des corps très éloignés, la plupart d'entre eux seraient beaucoup plus grands que le Soleil. Dans la première moitié des années 1700, essayant d'observer la parallaxe, James Bradley a perçu des phénomènes comme l'aberration de la lumière et la nutation de la Terre, et ces phénomènes fournissent également un moyen de calculer la vitesse de la lumière. Mais l'observation de la parallaxe est restée un défi au cours des années 1700.
En 1781, Uranus a été découvert en orbite autour du Soleil au-delà de Saturne. Bien qu'à peine visible à l'œil nu dans le ciel le plus sombre, il était si sombre qu'il échappait jusque-là à l'observation des astronomes, et a donc été découvert avec un télescope. Les premiers astéroïdes ont également été découverts au début des années 1800. L'enquête sur les pertubations sur l'orbite d'Uranus en raison du mouvement newtonien et keplerien prévu a finalement conduit à la découverte de Neptune en 1846.
En 1838, l'astronome Friedrich Wilhelm Bessel qui a mesuré la position de plus de 50000 étoiles avec la plus grande précision possible, a finalement pu mesurer avec succès la parallaxe de l'étoile 61 Cygni, ce qui a prouvé que les étoiles étaient en fait des corps très éloignés et que beaucoup de ils étaient en fait plus grands que le Soleil. Cela démontre également que le Soleil est une étoile. Vega et Alpha Centauri ont également mesuré leurs parallaxes avec succès en 1838. En outre, ces mesures ont permis d'estimer la distance entre ces étoiles et le système solaire à être de l'ordre de plusieurs billions de kilomètres, ou plusieurs années-lumière.