Galilée : la lunette et le procès


Éléments biographiques

galilee.jpg
Galilée (1564-1642)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
images/portrait-galileo.jpg
Galileo Galilei (1564-1642)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Galileo Galilei est né à Pise le 15 février 1564. En 1581, il est inscrit à l'Université de Pise, dans la section des Arts Libéraux, comme élève de médecine. Il quitte l'Université sans avoir terminé ses études. Galilée s'intéresse aux mathématiques et se rend à l'Université de Florence. En 1589, il devient professeur de mathématiques à l'Université de Pise. Il n'y reste que trois ans mais se fait des ennemis en contestant les opinions scientifiques de certains de ses collègues plus anciens. En 1592, il obtient un poste de professeur de géométrie et d'astronomie à l'Université de Padoue, qui dépend de la République de Venise. Il y reste jusqu'en 1610. Il rejoint alors Florence, avec les titres de mathématicien et philosophe que lui a accordés le Duc de Médicis.


L'invention de la lunette

Afin de mesurer l'ampleur des changements engagés par cet outil scientifique, il convient de retracer sa genèse. On ne connaît pas les circonstances exactes de sa découverte. Dès le Moyen-Âge, on fabrique des lentilles de verre pour corriger la vue. Mais ce n'est qu'à la fin du 16ème siècle que la science s'empare de la question des lentilles. L'italien Giambattista Della Porta (1534/35 -1615) publie un ouvrage intitulé Magia naturalis (1589) dont une partie est entièrement consacrée à l'optique. Le texte est obscur, mais on y trouve l'explication théorique du fonctionnement de la lunette. Un autre ouvrage important est celui de Kepler, étudié en 1604, Ad Vittelionem paralipomena qui traite des phénomènes de la réfraction. Il donne l'explication des propriétés des lentilles.

On ne peut établir avec certitude la généalogie technique qui mène de ces ouvrages théoriques à la réalisation de la première lunette. Les historiens s'accordent pour penser que ce sont probablement des ouvriers du verre italien qui ont construit une lunette qui a été ensuite reproduite, au début du 17ème siècle par des lunetiers des Pays-Bas. Présentées aux instances politiques, elles sont assez rapidement adoptées dans la perspective d'une application militaire. Toutefois, les milieux savants n'y prêtent aucune attention.

images/lunette-galilee.jpg
Galilée et sa lunette
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Galilée s'intéresse à la lunette au printemps 1609. Pendant l'été de la même année, il cherche à en reproduire une. Il prend conscience du formidable pouvoir grossissant de cet outil. Avec un certain aplomb, il présente un exemplaire de la lunette à la République de Venise comme une invention personnelle.

Quoiqu'il en dise, Galilée n'est pas l'inventeur de la lunette. Il a toutefois été le premier à l'introduire dans une démarche scientifique en systématisant les observations.


Les observations de Galilée - 1

Les premières observations astronomiques de Galilée se déroulent entre 1609 et 1610. Nous allons détailler ces premières observations célestes et leurs conséquences immédiates.

galilee-pleiades.jpg
Les Pléiades, observées par Galilée
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Les étoiles

Galilée découvre que certaines étoiles ne sont pas visibles à l'oeil nu. Il constate ainsi qu' « il est certes important d'ajouter à la foule des étoiles fixes que les hommes avaient pu, jusqu'à maintenant, observer à l'oeil nu, d'autres étoiles innombrables, et d'offrir au regard leur spectacle, précédemment caché : leur nombre dépasse de plus de dix fois celui des étoiles anciennement connues ». (Galilée, Sidereus Nuncius). Surtout, Galilée détaille l'aspect des étoiles à travers la lunette. Il remarque que, si les planètes sont des cercles nets, « les étoiles ne se présentent pas comme limitées par des circonférences de cercle, mais comme des noyaux de lumière qui rayonnent et scintillent dans toutes les directions » (Galilée, Sidereus Nuncius).

La surface de la Lune

Lorsqu'il examine la Lune avec son instrument, Galilée remarque que la surface de l'astre n'est pas rigoureusement sphérique. Sa surface est accidentée, non uniforme et par conséquent ressemble à la surface de la Terre. Il écrit ainsi que « presque au centre de la Lune se trouve une cavité plus grande que toute autre et parfaitement circulaire (...) : dans son obscurcissement et dans son illumination, elle présenterait le même aspect que celui de la Terre dans une région comparable à la Bohème, si cette région était de tous côtés entourés de hautes montagnes et disposée en cercle parfait ». (Galilée, Sidereus Nuncius). Ici la comparaison avec la Terre est directe et il s'agit d'une remise en cause explicite des thèses aristotéliciennes sur la bipartition du monde. La Lune est censée appartenir au monde supralunaire et ne peut donc avoir un aspect semblable à celui de la Terre qui, elle, appartient au monde sublunaire.

images/galilee-satellites-jupiter.jpg
Les satellites de Jupiter découverts par Galilée
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris
sat-jupiter.jpg
Observations des satellites de Jupiter par Galilée en 1613 G. Galilei, Sidereus Nuncius)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Les satellites de Jupiter

Galilée parvient à observer quatre satellites de Jupiter en janvier 1610. Il explique que c'est un argument important en faveur du modèle copernicien. En effet, les partisans du modèle géocentrique soulignent que si tous les astres tournaient autour du Soleil, le parcours de la Lune autour de la Terre serait une curieuse exception. Galilée explique : « nous tenons un argument excellent et lumineux pour ôter tout scrupule à ceux qui, tout en acceptant tranquillement la révolution des Planètes autour du Soleil dans le Système copernicien, sont tellement perturbés par le tour que fait la seule Lune autour de la Terre –tandis que ces planètes accomplissent toutes deux une révolution annuelle autour du Soleil-, qu'ils jugent que cette organisation du monde doit être rejetée comme une impossibilité. Maintenant, en effet, nous n'avons plus une seule Planète tournant autour d'une autre pendant que deux parcourent un grand orbe autour du Soleil, mais notre perception nous offre quatre étoiles errantes, tandis que toutes poursuivent ensemble avec Jupiter, en l'espace de douze ans, un grand orbe autour du Soleil ». (Galilée, Sidereus Nuncius). Ici encore il s'agit d'un argument en faveur du système de Nicolas Copernic, car avec les satellites de Jupiter, il n'y a plus un seul centre de rotation dans l'univers. Galilée baptise ces satellites de Jupiter, planètes médicéennes en l'honneur du Duc de Médicis (et de ses trois frères) au service duquel il espère être engagé.


Les observations de Galilée - 2

taches2.jpg
Taches solaires observées par Galilée en 1610 (G. Galilei, Sidereus Nuncius)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Les taches solaires

Galilée n'est pas le premier à avoir observé les taches solaires, ni même à affirmer qu'elles appartiennent au Soleil. Thomas Harriot (1560-1621) est probablement le premier à les avoir observées. Johann Fabricius (1587-1615) est le premier à publier et à donner une interprétation correcte du phénomène en 1611. Christophe Scheiner (1575-1650) publie ses Lettres sur les taches solaires peu après. Galilée n'édite ses observations qu'en 1613. Les historiens reconnaissent toutefois que sa démonstration est aussi rigoureuse que claire et constitue un texte exemplaire de travail scientifique. Voici comment il résume son raisonnement : « Quand on n'ignore pas totalement la perspective, du changement apparent des figures et des vitesses du mouvement, il faut conclure que les tâches sont contiguës au corps solaire et que, touchant sa surface, elles se meuvent avec lui ou sur lui (...). À preuve, leur mouvement : il paraît très lent au bord du disque solaire et plus rapide vers le centre ; autre preuve encore, la forme des taches : au bord de la circonférence elles paraissent beaucoup plus étroites qu'au centre ; c'est qu'au centre on les voit en majesté, telles qu'elles sont vraiment, alors que près de la circonférence, quand se dérobe la surface du globe, on les voit en raccourci ». (Galilée, Dialogue sur les deux grands systèmes du monde) Il s'agit, une nouvelle fois d'une contradiction du système d'Aristote, qui place le Soleil dans le domaine immuable des cieux. Aucun changement ne peut donc se produire à sa surface. Pour Galilée ses observations sur les taches du Soleil sont l'occasion de s'affirmer clairement en partisan de Copernic.

Une nouvelle fois, le monde céleste n'est pas immuable et connaît des changements, des évolutions. Aristote et les Ecritures peuvent être mis en défaut. Rien ne s'oppose donc à l'adoption du système de Copernic.

images/galileo.jpg
Galileo Galilei, Sidereus Nuncius, 1610.
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

La publication

Galilée a très vite compris que ses observations constituaient des arguments majeurs pour défendre la théorie de Copernic. Il décide donc de les faire connaître à la communauté savante. Dès 1610, il fait imprimer à Venise un opuscule qui présente ses travaux. Le 12 mars 1610 paraît donc le Siderius Nuncius (Le Messager céleste). L'ouvrage est rédigé en latin car il est destiné à la communauté scientifique.


Les qualités terrestres de la lunette

Galilée espérait un accueil positif de ses observations effectuées grâce à la lunette. On peut parler d'un enthousiasme en ce qui concerne l'usage terrestre de l'instrument. Julius Caesar La Galla explique ainsi en 1612 qu'il a pu, sur les collines de Rome, examiner « le palais du très illustre duc Altemps sur les collines de Toscane, si distinctement que nous avons aisément compté chacune de ces fenêtres, même la plus petite » (Julius Caesar La Galla, De phaenomenis in orbe lunae novi telescopii usa a D. Galileo Galilei nunc iterum suscitatis physica disputatio).

Toutefois, Galilée doit aussi faire face à une grande défiance et à d'âpres critiques, notamment en ce qui concerne l'usage « céleste » de la lunette.


Controverses

Plusieurs savants refusaient d'accorder le moindre crédit aux découvertes effectuées grâce à la lunette. C'est notamment le cas d'un aristotélicien qui avait côtoyé Galilée à Padoue, Cesare Cremonini (v. 1550-1631). Nous connaissons sa réaction grâce à une lettre, de juillet 1611, d'un ami commun de Galilée et de Cremonini, Paolo Gualdo. Ce dernier indique à Galilée qu'il s'est récemment rendu chez Cremonini et qu'il lui a demandé si, dans son prochain ouvrage, il évoquerait les observations de Galilée. La réaction de Cremonini est sèche et sans appel : « je ne fais aucune allusion à ses récentes observations. (...) Il suffit, je ne veux plus en entendre parler ».

Un des opposants à ces découvertes de Galilée est Antonio Magini (1555-1617), titulaire de la chaire de mathématiques de l'Université de Bologne. Galilée souhaite convaincre son collègue et pour cela se rend à Bologne. Martin Horky de Lochovic qui est présent relate la démonstration de Galilée. Il assure qu'après un usage long et répété, il a constaté que « pour les objets terrestres, la lunette fait merveille. Pour les objets célestes, elle se trompe, car certaines étoiles fixes y apparaissent doubles. Je peux produire les témoignages d'hommes très distingués et de savants les plus connus (...) tous ont avoué que l'instrument de Galilée donne une vision fausse. Mais Galilée garda le silence, et le 26 il prit tristement congé de l'illustrissime Dr Magini ».

images/clavius.jpg
Christophorus Clavius (1538-1612)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Le père Clavius (1537-1612), professeur de mathématiques au Collège romain et autorité scientifique de premier plan, assure, dans un premier temps, que les découvertes de Galilée ne sont que le produit d'illusions créées par les lentilles.

Par la suite Clavius et Magini feront amende honorable. Ils reconnaîtront la validité des observations de Galilée ainsi que les qualités de la lunette.


Le jugement de Kepler

Johannes Kepler constitue une référence scientifique majeure du début du 16ème siècle. On peut donc s'interroger sur la manière dont il a reçu les découvertes de Galilée.

Sa première réaction est prudente. Il écrit à Galilée en août 1610 pour lui exprimer ses doutes quant aux découvertes dont il parle : « Je ne veux pas vous cacher qu'un bon nombre d'Italiens ont envoyé des lettres à Prague, affirmant qu'ils n'avaient pu voir ces étoiles [les lunes de Jupiter] avec votre lunette. (...) Je regrette que la confirmation par les autres prenne autant de temps à se montrer (...). Alors, je vous en conjure, Galilée, donnez-moi des témoins dès que possible (...) ». Dès qu'il obtient une lunette de bonne qualité, Kepler cherche à examiner les satellites de Jupiter. Il est rapidement convaincu de la validité des découvertes et souhaite le faire savoir. Il rédige, en 1611, un bref ouvrage intitulé Narratio de observatis a se quattuor Jovis satellibus erronibus (Récit des observation que j'ai faites concernant quatre satellites se mouvant autour de Jupiter). La conclusion est très claire : « Ami lecteur, c'est pour toi que j'ai décidé de rendre publiques ces quelques observations hâtives afin que, soit sur la foi de mes déclarations et des témoignages que j'apporte, tu en viennes à renoncer complètement au doute et à reconnaître la vérité qui s'offre ouvertement à toi, soit que tu fasses des observations toi-même, avec un bon instrument qui te permette de voir par toi-même la réalité des choses ».

La publication des découvertes de Galilée marque le premier succès du savant italien. La suite de sa carrière va s'organiser autour de sa prise de position en faveur du système de Copernic.


L'affaire Galilée - 1

Le point de vue de l'Eglise

Pour l'Église, la question de l'héliocentrisme reste en suspend, à la fin du 17ème siècle. Les théologiens maintenaient une distinction entre la réalité physique du monde et les théories mathématiques abstraites. Dans l'enseignement, la philosophie naturelle (qui correspond à la physique) décrit la réalité alors que les mathématiques se contentent de faire correspondre les observations à des modèles. Dans ce cadre ainsi définit, les conceptions de Copernic sont un modèle mathématique parmi d'autres, mais elles ne rendent pas compte de la réalité.

Polémique

Il est important de rappeler qu'en 1610, Galilée a obtenu le titre de philosophe et de mathématicien à l'Université de Florence. Ainsi, lorsqu'il s'exprime, il ne lui est plus permis d'évoquer les seuls modèles mathématiques.

Les premiers reproches de l'Eglise à l'endroit de Galilée portent sur le Siderus Nuncius qui défend, au moins implicitement, les thèses de Copernic.

Les théologiens relèvent dans la conception de l'Univers telle qu'envisagée par le chanoine polonais, une contradiction fondamentale avec les Saintes Ecritures. Dans le Livre de Josué, Josué aide les habitants de Gabaon à lutter contre les rois amorites. Les troupes de ces derniers fuient. Et c'est au Soleil que le prophète Josué ordonne de suspendre sa course, non à la Terre. « Soleil, arrête-toi sur Gabaon. Lune, sur la vallée d'Ayyalôn ! Et le Soleil s'arrêta et la Lune s'immobilisa jusqu'à ce que la nation fut vengée de ses ennemis. (...). Le Soleil s'immobilisa au milieu des cieux et il ne se hâta pas de se coucher pendant près d'un jour entier » (Livre de Josué, 10-12 et 10-13).

Galilée quant à lui, ne voit pas de contradiction. Il assure que Dieu s'adresse aux hommes à la fois par les Saintes Écritures, mais aussi par le livre de la Nature. Les Saintes Écritures, pour être à la portée des hommes, retranscrivent la parole divine avec des simplifications. En revanche, l'expression de Dieu à travers la nature est dénuée d'interprétations. Ainsi la science qui déchiffre le livre de la nature doit avoir l'avantage sur les Saintes Ecritures. Ces propos nourrissent la polémique et le Saint-Office à Rome se penche sur les activités de Galilée en 1615. Le De Revolutionibus de Copernic est mis à l'index en 1615. Le pape Paul V convoque Galilée à Rome et lui demande de ne pas diffuser les thèses du chanoine polonais, ce que l'astronome italien va faire pendant sept ans.


L'affaire Galilée - 2

L'élection d'un nouveau pape

En 1623, le cardinal Barberini est élu pape sous le nom d'Urbain VIII. Un rapport de patronage s'instaure entre le pape et le savant. Urbain VIII autorise Galilée à publier un ouvrage exposant les deux systèmes astronomiques, celui d'Aristote et celui de Copernic. Le pape pose deux conditions :

Le livre de Galilée s'intitule Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, (Dialogue sur les deux grands systèmes du monde). Il est imprimé à Florence en 1632.

dialogue-galilee.jpg
Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, de Galilée, 1632
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Galilée lui a donné une forme particulière puisque le livre présente trois interlocuteurs discutant pendant quatre jours du système aristotélicien et du système copernicien.

Simplicio est le nom d'un ancien commentateur d'Aristote alors que Sagredo et Salviati sont les noms de deux amis de Galilée, décédés lorsqu'il rédige son ouvrage.

La forme de l'ouvrage (la mise en scène d'un dialogue) et l'utilisation de l'italien (et non du latin pour les textes scientifiques), soulignent la volonté de Galilée d'être le plus largement possible entendu.

L'ouvrage se divise en quatre grandes parties. La première discute de l'organisation générale de l'Univers. Galilée pose le principe d'un Univers ordonné, soumis partout aux mêmes lois physiques. L'astronome italien critique donc la bipartition du monde telle que l'envisage les aristotéliciens. Dans la deuxième partie du livre, Galilée réfute les arguments contre le mouvement de la Terre. La troisième partie évoque la structure de l'Univers et reprend l'ordre des planètes de Copernic. Enfin, dans la quatrième partie, le savant italien propose une théorie des marées qui sera très critiquée car il réfute l'attraction de la Lune.


L'affaire Galilée - 3

La réaction d'Urbain VIII

Le pape, dès qu'il a connaissance du contenu du livre, ordonne que l'on arrête de diffuser ce livre. Mais nombres d'exemplaires sont déjà en circulation.

Pourquoi le pape a-t-il brusquement changé d'attitude ? Il s'est d'abord senti trahi par Galilée qui n'a pas respecté ses engagements. Le savant italien n'a pas publié son ouvrage à Rome et il n'a pas respecté l'exigence d'équilibre dans la présentation des systèmes cosmologiques. D'autre part, d'un point de vue géopolitique, le pape est dans une position délicate.

Le pape a soutenu la France, alors que cette dernière s'est alliée au roi de Suède pour soutenir les protestants. Le roi d'Espagne, qui est en guerre contre les princes protestants (Guerre de Trente Ans), accuse le pape de laxisme. Cette accusation est également formulée par les Jésuites, dont le pouvoir est de plus en plus grand dans la curie romaine. Urbain VIII se doit de réagir et pour cela, le procès de Galilée est l'occasion d'affirmer son rôle de chef religieux et politique.

Un procès particulier

Urbain VIII n'abandonne pas totalement Galilée. La commission qui conduit la procédure ne comprend qu'un seul Jésuite. Elle est en outre présidé par le propre neveu d'Urbain VIII ce qui est déjà l'assurant d'une certaine clémence. Un seul chef d'accusation est retenu contre Galilée : celui de n'avoir pas respecté l'interdiction qui lui avait été faite en 1616 de diffuser les thèses de Copernic. La sentence du 22 juin 1633 prévoit que l'ouvrage est interdit et oblige Galilée à abjurer ses « erreurs » Il est désormais assigné à résidence dans sa maison de campagne, près de Florence. Galilée se soumet. Il meurt, presque aveugle, dans sa résidence de Florence en 1642.


Exercice

exerciceGalilée

Difficulté : ☆☆   Temps : 20

Question 1)

Quelles sont les quatre premières observations de Galilée avec sa lunette ?

Question 2)

Que lui permettent-elles d'avancer comme arguments ?

Question 3)

Rappeler les circonstances (scientifiques, religieuses et politiques) de la condamnation de Galilée.