Du 17ème au 18ème siècle

Auteur: Jérôme Lamy

Introduction

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Encyclopédie ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, 1751, Tome I.
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Les Lumières sont d'abord marquées, dans le domaine savant, par un effort de structuration autour des Académies et de la République des Lettres. De nombreux observatoires voient le jour et permettent un accroissement conséquent du corpus de données. L'astronomie stellaire et cométaire illustre les progrès à l'oeuvre. D'un point de vue théorique, de nouvelles conceptions de l'Univers émergent avec Wright, Kant, Lambert et Laplace.

L'astronomie stellaire par exemple se développe grâce à Herschel bien sûr, mais aussi avec la multiplication des catalogues détaillant la position des astres. De même, l'astronomie cométaire connaît un essor considérable grâce aux travaux de l'astronome britannique Edmond Halley. Les réflexions et les observations de William Herschel, au 18ème siècle sur la « construction des cieux » constituent des apports majeurs à l'astronomie de l'époque moderne. Enfin, les discussions sur la forme de la Terre, en France, au 18ème siècle, sont l'occasion de mettre en tension les théories cartésienne et newtonienne.

Aux 18ème et 19ème siècles, les découvertes d'Uranus et de Neptune, ainsi que celles des petites planètes, témoignent autant des progrès instrumentaux que du raffinement mathématique de la mécanique céleste. Après 1850, l'astronomie se diversifie : astronomie physique, photométrie et photographie témoignent d'un important dynamisme savant.

Ce sont ces différents éléments que nous proposons d'étudier dans le chapitre suivant. Il convient de remarquer que durant cette période, il existe une articulation très forte entre les observations et les travaux spéculatifs. Si Herschel incarne à lui seul cette dimension caractéristique de l'astronomie post-newtonienne, il convient de souligner qu'il s'agit d'un arrière-plan méthodologique et épistémologique qui traverse toutes les recherches entreprises aux 18ème et 19ème siècles.


La création des observatoires aux 17ème et 18ème siècle


La République savante

Il convient d'évoquer maintenant un changement profond qui intervient aux 17ème et 18ème siècles dans l'organisation de la pratique scientifique en Europe.

Au 17ème siècle, la vie intellectuelle est marquée par les changements profonds dans les modes de diffusion des idées scientifiques. La circulation de ces dernières est favorisée par l'existence de cercles savants, structures souples de discussions et de confrontation des opinions. À Paris, l'Académie de Pierre Rémond de Montmort (1678-1719) organise des lectures et fait en sorte que les savants partagent leurs expériences. De nombreuses querelles peuvent survenir et provoquer la disparition de ces cercles. Pour passer outre ces oppositions frontales, certains savants privilégient la correspondance comme moyen de circulation des réflexions et des comptes rendus d'expériences. Ainsi, Marin Mersenne (1588-1648) est-il le véritable architecte d'une « république des lettres » dans laquelle les différents intervenants en France et en Europe échangent des informations sur les travaux en cours. Dès le 16ème siècle, en Italie, le modèle académique permet d'institutionnaliser les pratiques savantes et donne corps à la communauté scientifique.

La fondation de l'Académie des Sciences en France en 1666 constitue une étape supplémentaire dans l'institutionnalisation de la science, en substituant aux académies privées un organe étatique.


Fondations d'observatoires

La création de grands observatoires s'inscrit dans ce vaste mouvement. Examinons le cas des deux principaux observatoires :

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L'Observatoire de Paris au 17ème siècle
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Jean-Dominique Cassini (1625-1712)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Travaux de Cassini à l'Observatoire de Paris : observations d'une tache sur Jupiter en 1672
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Travaux de Cassini à l'Observatoire de Paris : observations de la division de l'anneau de Saturne (1677)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Les travaux de Roemer à l'Observatoire de Paris sur la vitesse de la Lumière
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Le 18ème siècle correspond, en particulier en France, à un développement considérable des observatoires. Les villes de Province, qui cherchent à ressembler à Paris, créent des Académies et fondent des espaces d'observations.

A Montpellier, à Dijon, à Bordeaux et à Toulouse des observatoires sont construits dans la première moitié du 18ème siècle. Peu à peu, les astronomes cherchent à se détacher des académies. C'est notamment le cas à Toulouse, où les observateurs quittent l'observatoire de l'Académie, fixé dans une Tour des Remparts de la ville, pour créer des observatoires au dessus de leurs propres maisons.

Ce même phénomène se retrouve à Paris où l'on voit fleurir des observatoires un peu partout : au Collège royal, à l'Ecole Militaire, dans les tourelles de certains châteaux.


Exercice

exerciceRépublique des Lettres

Difficulté : ☆☆   Temps : 20

Question 1)

Sur quels moyens d'échange se fonde la " République des Lettres " ?


Etoiles, comètes et nébuleuses


Aberration et nutation

Le 18ème siècle est marqué par une plus grande précision dans les observations ; la découverte des effets de l'aberration et la nutation dans les mesures vont contribuer très directement à accroître l'exactitude des travaux astronomiques.

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James Bradley (1693-1762)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

L'aberration est un phénomène imputable au mouvement de la Terre : il existe une différence entre la direction dans laquelle on examine un astre et celle dans laquelle il est par rapport au Soleil. C'est l'astronome britannique James Bradley qui a découvert l'aberration en 1726. Au départ, le savant anglais voulait détecter l'effet de parallaxe produit par la Terre sur les étoiles proches. En fait, Bradley découvre qu'en plus du mouvement parallactique, il existe un autre phénomène, l'aberration.

Bradley a également mis en évidence, en 1737, le mouvement d'oscillation de l'axe de la Terre sous l'action de la Lune. Ce phénomène se traduit par un mouvement des pôles célestes qui vient s'ajouter à celui de la précession.


Le Catalogue d'Edmond Halley

Curieusement, le premier catalogue d'étoiles publié, qui combine l'optique à la mesure des positions, concerne la partie australe du ciel. Il s'agit du travail d'Edmond Halley sur l'île Sainte-Hélène pendant un an. Observateur constant et régulier, Halley s'initie à l'astronomie en remarquant qu'il existe des erreurs importantes dans les tables astronomiques présentant les mouvements des planètes. Son premier mouvement est de corriger ces tables ; mais il se ravise et décide de remonter à la racine du problème en révisant les positions des étoiles qui, ensuite, servent à fixer le déplacement des planètes. Edmond Halley, qui n'est encore qu'étudiant au Queen's College d'Oxford, décide, avec une instrumentation renouvelée et performante, de réaliser un inventaire des étoiles australes. Il choisit l'Ile Sainte-Hélène qui est, dit-il, « le pays le plus méridional de tous ceux qui sont sous la domination des Anglois ». Le père de Halley assure le financement de l'expédition ; le président de la Royal Society et Secrétaire d'Etat Joseph Williamson, et Jonas Morre, mathématicien de renom, supervisent les travaux du jeune astronome. Surtout, Halley bénéficie de l'appuie du roi Charles II. Edmond Halley s'embarque donc en 1677, avec son assistant Clerk, à bord du Unity, pour rejoindre l'île Saint-Hélène.

Le catalogue stellaire du jeune étudiant britannique est clairement inscrit dans une lignée de recherches identiques qu'il corrige, amende ou commente. Il remarque par exemple que, dans la constellation du Sagittaire, les étoiles sont moins brillantes que lorsque Ptolémée les avait décrites dans l'Antiquité. Il existe donc un rapport dialectique entre les catalogues d'étoiles anciens et celui qu'élabore Halley. L'inventaire céleste s'envisage d'abord comme un travail cumulatif dans lequel chaque recherche s'appuie sur les précédentes pour être améliorée.


John Flamsteed à Greenwich

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Constellation du Bélier dans l'Atlas Coelestis de John Flamsteed (Londres, 1753)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Les catalogues stellaires semblent être, à la fin du 17ème siècle et au début du 18ème siècle, l'apanage des britanniques. John Flamsteed, premier astronome royal de l'observatoire de Greenwich, a en effet publié un catalogue important dont l'édition fut difficile.

John Flamsteed ne dispose, aux débuts de son activité à Greenwich en 1676, d'aucun moyen financier pour se constituer un équipement instrumental. Le mathématicien Jonas Moore pourvoit donc aux dépenses techniques de Flamsteed. L'astronome dispose finalement d'un sextant de six pieds de rayon, d'abord en bois, puis en fer ; le limbe est en cuivre. Il a également un quart de cercle en fer de trois pieds de rayon et un cercle mural.

Comme Halley, Flamsteed inscrit dans ses travaux une généalogie de catalogues stellaires qu'il a longuement compulsés : il rassemble ainsi les catalogues de Ptolémée, d'Ulugh-Beigh, de Tycho Brahé et d'Hévélius.

Il convient de souligner, une nouvelle fois, le souci des astronomes britanniques de poursuivre une œuvre séculaire de repérage des astres, d'améliorer la précision de leurs observations et ainsi d'accroître la qualité des catalogues proposés.


L'Histoire céleste de Flamsteed

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John Flamsteed (1646-1719)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Catalogue d'étoiles de Flamsteed (édition de 1748)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Flamsteed, précautionneux et pointilleux tarde à publier le résultat de ses observations. Au début du 18ème siècle, le prince Georges du Danemark est prêt à financer l'édition du catalogue de Flamsteed et, de son côté, Newton, à la tête de la Royal Society, accepte qu'une commission de la Compagnie supervise la publication de l'ouvrage. L'auteur des Principia obtient les registres de Flamsteed et, à partir de 1708, confie à Edmond Halley le soin de préparer l'impression du catalogue. Edmond Halley a procédé à quelques remaniements dans les données initiales de Flamsteed. Ce travail de correction et de réécriture mécontente Flamsteed. L'astronome royal reproche en particulier à Halley d'avoir changé l'ordre de sa liste d'étoiles. Il se récrie contre les imprécisions d'Halley dans l'identification des étoiles. Flamsteed annote une version du catalogue de 1712 et le fait parvenir à ses assistants, Sharp et Crosthwait. L'astronome royal décède avant que l'impression de son travail soit achevée et l'Historia Coelestis Britannia, remaniée selon les vues de son auteur, paraît finalement en 1725. Il contient les coordonnées de 2866 étoiles, mais les deux versions de l'ouvrage n'épuisent pas l'ensemble des observations faites par Flamsteed. L'œuvre de l'astronome britannique reste donc, d'une certaine manière, inachevée.


L'abbé Lacaille au Cap

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Nicolas-Louis de La Caille, Journal historique du voyage fait au cap de Bonne-Espérance, 1776.
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Lacaille se rend au Cap de Bonne-Espérance en 1751 pour mener une série d'observations, afin de calculer la parallaxe de la Lune. Il travaille conjointement avec Lalande à Berlin, Cassini de Thury à Paris, Wargentin à Stockholm ainsi que Bradley à Greenwich.

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Nicolas-Louis de La Caille, Journal historique du voyage fait au cap de Bonne-Espérance, 1776.
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Lacaille profite de son séjour austral pour établir un catalogue d'étoiles. L'ouvrage sera publié en 1763, un an après la mort de Lacaille. C'est Maraldi, son exécuteur testamentaire qui mettra la dernière main au manuscrit. Lacaille possédait une pendule, une lunette 32 pouces qu'il appliquait parallèlement à la lunette fixe d'un quart de cercle de 3 pieds de rayon. Lacaille n'a pas réduit les 9776 étoiles observées ; il ne l'a fait que pour 1942 étoiles. Pour les autres, il a fourni des « tables de réductions, pour qu'on puisse conclure l'ascension droite et la déclinaison pour le commencement de 1750 » (Jean-Baptiste Delambre, Histoire de l'astronomie au dix-huitième siècle, Paris, Bachelier, 1827. p. 528). L'une des particularités du catalogue de Lacaille est qu'il contient un très grand nombre d'étoiles au-delà de la sixième grandeur. L'ouvrage comporte également une liste de 42 « étoiles nébuleuses », selon son expression, parmi lesquelles se trouvent les amas globulaires M 55 et M 69. Lacaille a profité de son séjour sud-africain pour dénommer 14 constellations australes (dont la Machine pneumatique, le Microscope, la Boussole, le Télescope…).


L'Histoire céleste de Lalande

Jérôme Lalande, dont l'œuvre au 18ème siècle, est, dans le domaine de l'astronomie, abondante et protéiforme, a publié, en 1801, une Histoire céleste française rassemblant les observations de près de 50 000 étoiles.

Le point de départ de Lalande est une réflexion sur la fragilité des registres d'observation. Il rappelle que les papiers de Roemer ou d'Angos ont disparu et soutient qu'il est utile de publier toutes les observations.

Lalande reste évasif quant à son implication effective dans le relevé des positions d'étoiles. Son ouvrage renferme des observations de son élève Lepaute d'Agelet et de son neveu Michel Lefrançais Delalande. Ce dernier a en outre été aidé par Burckhardt, arrivé de Gotha. L'Histoire céleste doit, dans l'esprit de son concepteur, servir d'appui aux recherches des comètes. Il souhaite fournir à ceux qui s'intéressent à ses astres « des étoiles dont les positions auraient été difficiles à observer, et qu'on n'aurait pas reconnues (…) » (Jérôme Lalande, Histoire céleste française contenant les observations faites par plusieurs astronomes français, Paris, Imprimerie de la République, an XI, 1801, p. vi). Le répertoire constitué par Lalande contient également ce qu'il appelle des « étoiles changeantes » (Jérôme Lalande, Histoire céleste française contenant les observations faites par plusieurs astronomes français, Paris, Imprimerie de la République, an XI, 1801, p. vii) : il les livre aux astronomes afin qu'ils fassent progresser les connaissances à leur sujet.

Le répertoire stellaire de Lalande est davantage un travail collectif qu'une réalisation individuelle. Il n'est pas rare que la mise au point de catalogues d'étoiles impliquent plusieurs acteurs à différentes époques.


Bradley et Bessel

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Les observations astronomiques de James Bradley à l'Observatoire de Greenwich
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

James Bradley a découvert les phénomènes d'aberration et de nutation qui ont notablement accru la précision des tables astronomiques. Entré à l'observatoire de Greenwich en 1741 pour remplacer Halley, il renouvelle totalement l'arsenal technique de l'institution savante. Bradley obtient aussi une lunette méridienne de 8 pieds et un mural de 8 pieds, il dispose également de deux quarts de cercle de Bird, d'une pendule et du secteur qui lui avait permis de découvrir l'aberration et la nutation. Ce corpus instrumental permet à Bradley de faire de nombreuses observations d'étoiles qu'il n'a pas publiées de son vivant. C'est finalement Charles Mason, qui, en 1722 donne une première édition de son catalogue de 389 étoiles principales. Cependant les registres de Bradley renfermaient encore plus de trois mille observations d'étoiles non réduites.

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Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

L'astronome allemand Friedrich Wilhelm Bessel a effectué ce travail de calcul –dont Delambre assure qu'il fut soigneux et rigoureux- pour 3222 étoiles. La Fundamenta astronomiae apparaît comme une œuvre étonnante, construite en deux temps, par des astronomes différents, le premier (Bradley) ayant fourni les observations et le second (Bessel) s'attachant aux calculs.


Tobias Mayer

Il convient d'évoquer, au 18ème siècle, le travail important de Tobias Mayer, astronome à Gotha. Il disposait d'un quart de cercle mural de 6 pieds de rayon construit par Bird. En 1756, il établit un catalogue de 998 étoiles zodiacales dont l'une des particularités est que l'étoile n° 964 est en fait la planète Uranus, qu'Herschel repère en 1781. Mais Mayer n'aperçut qu'une fois l'astre ce qui ne lui a pas permis de comprendre qu'il s'agissait bien d'une planète.


Giuseppe Piazzi

Au tout début du 19ème siècle, l'astronome sicilien Giuseppe Piazzi publie un catalogue de 7646 étoiles pour l'année 1800. 220 de ces étoiles sont considérées comme des étoiles fondamentales de référence. L'élaboration de cette liste d'étoiles révèle en creux le souci constant d'agir prudemment qui caractérise Piazzi. Nous retrouverons cette attitude précautionneuse de Piazzi lors de sa découverte de Cérès en 1801. C'est avec circonspection que Piazzi envisage la publication de son catalogue. Il écrit à Barnaba Oriani, le 5 août 1803 : « Ils vont penser que je suis fou car j'ai déduit les mouvements propres d'un certain nombre d'étoiles à partir d'observations d'une dizaine d'années seulement ». (Lettre de Giuseppe Piazzi à Barnabi Oriani, le 5 août 1803, citée par Giorgia Fodérà Serio, « Giuseppe Piazzi and the discovery of the proper motion of 61 Cygni », Journal for the history of astronomy, vol. XXI, 1990, pp. 275-276). Le travail de Piazzi est précieux au début du 19ème siècle puisqu'il fit voir que les mouvements propres sont, non l'exception, comme on pouvait le croire, mais la règle.


L'astronomie cométaire d'Halley

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Edmond Halley, Tables astronomiques, Paris, 1759
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Halley s'intéresse une première fois aux comètes en 1680. Il observe la comète de 1680 sur un navire qui l'emmène en France. Il est accueilli par Jean-Dominique Cassini et discute avec lui des observations cométaires. Cassini soumet une idée à Halley : la même comète reviendrait visiter la Terre à des intervalles de temps fort longs. Plus de dix années vont s'écouler avant qu'Halley ne développe cette idée.

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Dessins, par Hevelius de la comète de 1664-1665 (J.H. Hevelius, Prodomus cometicas, 1665)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Comète observée à Hambourg en 1665 (S. de Lubienieski, Theatrum cometicum, 1681)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Comète observé à Magna Brittania (Pays de Galles entre décembre 1664 et janvier 1665 (S. de Lubienieski, Theatrum cometicum, 1681)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Passages de comètes dans l’Antiquité (S. de Lubienieski, Historia Universalis omnium cometarum, 1681)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Halley rassemble toutes les données relatives aux comètes qu'il lui fut possible de trouver. Il étudie les positions mouvantes de deux dizaines de comètes mentionnées par ses prédécesseurs. Il constate que la comète de 1607, observée par Kepler, avait traversé la même région du ciel que celle de 1682 qu'il avait observée lui-même. La comète de 1531 observée par Fracastoro et Apian s'était également déplacée dans cette même région céleste, de même que celle de 1456.

A sa grande surprise, Halley constate que 75 ans s'étaient écoulés entre 1456 et 1531 ; 76 entre 1531 et 1607 ; et 75 entre 1607 et 1682. Il en conclut que les 4 comètes de 1456, 1531, 1607 et 1682 n'étaient en fait qu'un seul et même corps céleste. Celui-ci parcourait une longue ellipse –si longue que le corps céleste n'était visible, vers l'extrémité de son ellipse, que tous les 75 ans ou 76 ans.

Halley annonça que la comète de 1682 réapparaîtrait à la fin de l'année 1758 ou au début de l'année 1759. Elle fut effectivement observée à la fin de l'année 1758 en Allemagne par Johann Palitzsch. Les astronomes recalculèrent son orbite et confirmèrent qu'il s'agissait bien de la comète de 1682 (mais aussi de 1531, 1607).


Les premiers travaux de William Herschel

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William Herschel (1738-1822)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

L'astronomie, avant la période moderne, s'est surtout concentrée sur la connaissance du mouvement des planètes. Les étoiles n'ont pas fait l'objet d'un intérêt particulier. L'adjectif qualificatif « fixes » leur a été systématiquement accolé. L'idée même qu'elles ne puissent pas toutes être à la même distance émerge seulement au 18ème siècle.

William Herschel est né à Hanovre en 1738, dans une famille de musiciens. Il arrive en Angleterre en 1757 et y devient organiste et maître de chapelle. Son intérêt pour l'astronomie surgit à la lecture du livre de Robert Smith, Harmoniques ou la Philosophie des sons musicaux. Sa formation astronomique est autodidacte et guidée, dans le même temps, par le souci d'une instrumentation performante. Il fabrique lui-même ses propres outils d'observation. Les miroirs qu'il construit sont d'une exceptionnelle qualité et dépassent les performances des fabricants professionnels.


Les étoiles doubles d'Herschel

William Herschel aidée par sa sœur Caroline (1750-1848), entame un travail de recension des objets célestes qu'il repère. C'est au cours de ce travail méthodique de relevé qu'il découvre la planète Uranus (nous reviendrons plus loin sur la découverte de cette planète). Il profite de la reconnaissance que lui vaut cette découverte pour demander au roi d'Angleterre, George III, le financement d'un télescope de grande taille (1,2 m).

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Le télescope de William Herschel (W. Herschel, Description of a forty-feet reflecting telescope, 1795)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

William Herschel se fixe un programme scientifique particulièrement ambitieux : il souhaite observer les étoiles doubles en espérant qu'elles lui permettent de déterminer les distances stellaires. En recensant les couples d'étoiles dont les éclats seraient très nettement différents, l'astronome britannique pense que l'étoile la moins lumineuse est à une distance plus proche de la Terre que l'étoile la plus lumineuse. Il espère que l'on pourra détecter un déplacement de l'étoile la plus proche par rapport à la plus éloignée.

Le travail d'Herschel repose sur deux postulats faux :

En janvier 1782, Herschel présente son Catalogue of double stars qui renferme les observations de 269 étoiles doubles. Herschel reprendra ses observations au début du 19ème siècle, et constatera qu'il est possible de déceler, pour ces étoiles doubles, un mouvement de l'un des astres par rapport à l'autre.


Herschel et les nébuleuses

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Charles Messier (1730-1817)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Herschel commence, au début des années 1780, un recensement de nouveaux objets célestes : les nébuleuses, qui sont, à l'époque, tous les objets flous que l'on peut voir avec un télescope. Charles Messier en a publié un catalogue de 103 en 1781.

Herschel ne considère pas que toutes les nébuleuses qu'il examine sont composées d'étoiles. Il distingue notamment les nébuleuses des nuages d'étoiles. Il observe en tout plus de 2500 nébuleuses et est le premier à observer une nébuleuse planétaire en 1791.


L'univers d'Herschel

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Construction de l'univers selon Herschel
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Herschel publie, à partir de 1784, plusieurs articles dans les Philosophical Transactions of the Royal Sociey of London sur la « construction des cieux » (Construction of the heavens).

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Section de notre système sidéral selon Herschel
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Les deux premiers articles, édités en 1784 et 1785, font état des espoirs d'Herschel dans les télescopes qu'il emploie, capables d'atteindre les limites de la Galaxie ainsi que dans la méthode qu'il se propose de mettre en œuvre pour mieux connaître la Voie Lactée. Il s'agit des jauges qui constituent un des premiers outils de statistique stellaire. Le principe est de diviser le ciel en petites zones situées à diverses hauteurs, de part et d'autres du plan de la Voie Lactée. Dans ces zones, il fera l'inventaire des étoiles de chaque magnitude. Le résultat de cette prospection stellaire est une cartographie de la Voie Lactée qui a une forme ovale aplatie, avec des limites très irrégulières. Herschel assure qu'il existe deux branches principales dont le nœud serait à la jonction des constellations de Céphée et de Cassiopée. Le système solaire serait précisément dans cette région du ciel.

La méthode des jauges repose sur la même hypothèse erronée que celle employée à propos des étoiles doubles : la magnitude des étoiles est proportionnelle à leur distance.

L'objectif d'Herschel, dans ses premiers articles, est clairement de comprendre et de cartographier la structure de l'univers.

En 1790, l'observation d'une nébuleuse planétaire, instille le doute dans les conceptions d'Herschel et le contraint à revoir son modèle. Les mémoires qu'il publie l'amène progressivement à introduire des nuances puis, finalement, dans les années 1810, à faire le constat d'un échec.


Expéditions et controverses


La forme de la Terre en débat

La question de la forme de la Terre occupe, de la fin du 17ème siècle à la fin du 18ème siècle, une grande part des débats scientifiques.

Le point de départ de cette interrogation est la formulation par Newton, dans ses Principia, de la loi de gravitation.

Les savants avaient noté que la marche des pendules était ralentie à l'approche de l'équateur. L'oscillation des pendules est corrélée à la pesanteur et, d'après Newton, celle-ci est donc moins importante à l'équateur qu'en Europe. On sait que la pesanteur diminue lorsqu'on s'élève en montagne (car on « s'éloigne » du centre de la Terre), par conséquent, la plus faible oscillation du pendule à l'équateur signifie que la Terre est renflée à l'équateur et aplatie aux pôles. Cette proposition choque les cartésiens qui s'appuient sur les mesures géodésiques des Cassini qui avaient remarqué que les degrés du méridien diminuaient vers le nord. La Terre serait donc allongée le long de son axe. La querelle entre cartésiens et newtoniens s'envenime peu à peu et l'Académie des Sciences de Paris devient le point névralgique de l'affrontement.

Pierre-Louis Moreau de Maupertuis est admis à l'Académie des Sciences en 1723 ; fervent partisan de Newton, il rédige, en 1732, un Discours sur les différentes figures des astres dans lequel il défend la position du savant britannique. Les attaques contre Maupertuis sont rudes, mais il reçoit le soutien de Voltaire. Pour trancher entre les deux formes de la Terre, et par là, entre les conceptions cartésienne et newtonienne, l'Académie des Sciences décide d'organiser deux expéditions qui doivent fournir de nouvelles mesures.


Mesurer la Terre au Pérou

Une première expédition est envoyée sur l'équateur pour mesurer l'arc méridien. Les participants sont : Louis Godin (astronome), Pierre Bouguer (astronome et spécialiste d'hydrographie), Charles-Marie de La Condamine (géographe), Joseph Jussieu (botaniste), Hugot (Horloger), Couplet (géographe), Séniergue (chirurgien), Morainville et Godin des Odannais. L'expédition s'organise à partir de Quito au Pérou. L'Espagne, qui domine les territoires traversés par les savants français, exige qu'ils soient accompagnés de deux militaires : Jorge Juan et Antonio de Ulloa. Partie de La Rochelle en avril 1735, la mission aborde les côtes sud-américaines en mars 1736.

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Plan de Quito (La Condamine, Journal du voyage fait par ordre du Roi à l’Equateur, 1751)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

L'expédition se déroule dans des conditions très difficiles : le climat est rude, le terrain difficile, les ennuis financiers nombreux. Les relations entre les savants deviennent très vite délétères. La mission se scinde en deux à partir de 1741.

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Les deux premières bases de la mesure du méridien en Amérique du Sud (La Condamine, Mesures des trois premiers degrés du méridien de l’hémisphère australe, 1751)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
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Descente en radeau du Maragnon par La Condamine pendant l'expédition du Pérou
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Les résultats sont : 56 763 toises pour un degré de méridien selon Bouguer (en 1749), 56 768 toises pour un degré de méridien (en 1748), pour les officiers espagnols et 56 768 toises également pour La Condamine en 1751.


Mesurer la Terre en Laponie

Pendant l'expédition au Pérou, une autre mission s'organise en Laponie. C'est Maupertuis qui propose un voyage en Suède. L'astronome Guillaume Delisle avait produit une carte précise de cette contrée ce qui facilitait le travail de mesure.

L'équipe se compose, outre Maupertuis, de l'abbé Réginald Outhier, des astronomes Pierre-Charles Le Monnier, et Alexis Clairault et du mécanicien Charles-Etienne Camus. L'astronome suédois Celsius participe également à l'expédition.

Les travaux commencent en juin 1736 ; la base est établie près de Tornéa. La triangulation s'effectue en suivant la vallée, mais, à la différence de la mission andine, Maupertuis bénéficie d'un appui actif de l'armée qui permet d'ouvrir le passage. Toutefois, les conditions climatiques (froid rigoureux l'hiver, gel brutal…) sont difficiles. Mais Maupertuis avance très rapidement, et il rentre en France en août 1737.


Le triomphe des newtoniens, défaite des cartésiens

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La Figure de la Terre, Paris, 1738
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Le résultat de l'expédition indique que le degré de méridien fait 57 437 toises, ce qui fait 377 toises de plus que le degré mesuré par Picard entre Paris et Amiens (en réalité la mesure de Maupertuis est surestimé de 200 toises environ).

Maupertuis annonce devant l'Académie, avec un art consommé de l'effet de surprise, que la Terre est aplatie aux pôles, ce qui confirme la théorie de Newton.

Les cartésiens ne désarment pas : ils contestent les mesures astronomiques et évoquent l'insuffisance de la chaîne de triangulation.

Des pamphlets anonymes sont échangés et les invectives constituent le seul mode de communication entre Maupertuis et les cartésiens. Celsius, Clairaut et surtout Voltaire prennent la défense de Maupertuis.

Cassini III demande à reprendre la méridienne de ses aïeuls et finit par reconnaître que la Terre est effectivement aplatie aux pôles. C'est la fin du cartésianisme, au moins sur le plan intellectuel, car sur le plan institutionnel, Fontenelle (fervent cartésien) cède sa place de secrétaire perpétuel de l'Académie des Sciences à un autre cartésien, Jean-Jacques Dortous de Mairan. Maupertuis, qui continue de discréditer les Cassini, commet quelques imprudences pamphlétaires et connaît une disgrâce qui le fera exclure de l'Académie en 1745.