Aristarque de Samos : un astronome méconnu

Devon Hamilton PhD – Chercheur principal en Physique
Octobre 2002
Adaptation française

Galilée, Kepler, Copernic, voici trois noms dignes de figurer au panthéon de la science. Chacun de ces savants a contribué à ce qui est considéré comme la plus grande révolution scientifique de l’histoire : la découverte de la rotation de la Terre autour du Soleil. Avec cette théorie, la Terre a perdu son statut de centre de l’Univers et depuis on ne cesse de l’en éloigner, la cosmologie moderne ne reconnaissant pas de centre à l’Univers.

Bien que l’on rende hommage (à juste titre) à ces trois astronomes pour avoir contribué à déterminer notre «place» dans l’Univers, c’est Aristarque de Samos (découvrez Samos à http://fr.encyclopedia.yahoo.com/articles/s/s0000971_p0.html) qui est à l’origine (du moins en Occident) d’une démarche scientifique visant à prouver que la Terre n’était pas le centre de l’Univers.

Aristarque est né vers 310 av. J.-C., environ 12 ans après la mort d’Aristote (biographies : http://coll-ferry-montlucon.pays-allier.com/gdscient.htm). Très peu de ses travaux en mathématiques et en astronomie subsistent aujourd’hui. Ce que nous en savons, nous l’avons appris par les écrits d’auteurs qui ne partageaient pas nécessairement son point de vue sur l’Univers. Aristarque aurait été le premier à penser que la Terre tournait autour du Soleil, ce qui était une hérésie pour les aristotéliciens qui dominaient la science grecque et plus tard romaine.

Selon Aristarque, la Terre orbitait autour du Soleil en un cercle parfait et tournait sur son propre axe, ce qui expliquait le mouvement quotidien et annuel du ciel de nuit. Cette théorie allait à l’encontre des convictions religieuses et philosophiques de l’époque formulées par Platon et Aristote. La science en tant qu’étude de l’Univers en était à ses balbutiements et l’on n’imaginait guère que l’on puisse réfuter ou soutenir une hypothèse par l’expérimentation et l’observation. On rejetait l’observation en faveur de ce que les physiciens appellent des «expériences imaginaires» (gedanken experiment), qui ont donné naissance à quantité d’idées fausses, par exemple qu’un objet lourd tombe plus vite qu’un objet léger (une erreur corrigée quelque 18 siècles plus tard par Galilée).

Cependant, si Aristarque avait raison en ce qui concerne la rotation de la Terre autour du Soleil, son hypothèse avait été rejetée pour des raisons valables. Et il y a là une leçon importante à tirer pour tous ceux qui étudient les sciences : toutes les idées, toutes les théories et toutes les conclusions scientifiques sont conditionnelles par nature.

Serait.
Pourrait.
Peut-être.
Devrait.
Potentiellement.
Éventuellement...

Autant de mots que l’on trouve régulièrement dans tout travail scientifique. Les scientifiques ne sont jamais complètement sûrs, car il est toujours possible que de nouvelles observations les forcent à rejeter leurs conclusions précédentes. Finalement, ce sont les faits qui doivent primer.

En sciences, une théorie est bien plus qu’une supposition ou une idée. C’est une explication proposée pour des phénomènes observés. Elle est basée sur toutes les observations et doit tenir compte de tous les résultats de l’expérience. Elle doit aussi pouvoir être testée et doit générer une proposition vérifiable. Une théorie qui ne remplit pas ces conditions est abandonnée. Si l’expérience est un succès, la théorie est acceptée provisoirement pendant que de nouveaux tests sont élaborés. En sciences, les théories et les idées sont constamment débattues et testées. Parfois l’une d’elle est sauvée en y apportant des modifications, d’autres fois elle est complètement rejetée et une nouvelle voit le jour.

Dans le cas d’Aristarque, son hypothèse sur la rotation de la Terre autour du Soleil expliquait le mouvement nocturne et annuel des étoiles. Mais elle contenait aussi la proposition suivante : lorsque la Terre tourne autour du Soleil, la position apparente des étoiles devrait varier légèrement. Si vous observez le ciel ce soir et notez la position d’une étoile, vous constaterez, si vous l’observez dans six mois, qu’elle s’est légèrement déplacée. Il s’agit d’un déplacement angulaire apparent qui résulte du passage de la Terre d’un côté à l’autre du Soleil.

Ce phénomène, qui s’appelle la parallaxe, est facile à observer. Tendez la main devant vous avec le pouce levé. Fermez un œil et regardez votre pouce. Rouvrez-le et, en fermant l’autre, regardez à nouveau votre pouce : il semble avoir changé de place. En passant d’un œil à l’autre, ce n’est pas votre pouce qui s’est déplacé mais votre point d’observation. Le même phénomène se produit lorsque la Terre tourne autour du Soleil. Observer la position d’une étoile quand la Terre se trouve d’un côté du Soleil puis de l’autre, revient au même que de regarder votre pouce d’un œil puis de l’autre.

Source : http://www.noao.edu/outreach/nop/nophigh/steve9.html

Source : http://clyde.as.utexas.edu/parallax.GIF

Lorsque Aristarque a proposé son hypothèse héliocentrique, certains mathématiciens ont accepté l’idée d’une parallaxe, mais n’ayant pu l’observer, ils ont rejeté ce modèle. Et si pour beaucoup de ses rivaux, l’idée que la Terre orbite autour du Soleil était rejetée pour des motifs qui n’avaient rien à voir avec la science, d’autres avaient des raisons scientifiques.

Alors, pourquoi Aristarque n’a-t-il pas réussi à mesurer une parallaxe? Il pensait, avec justesse, que les étoiles étaient trop éloignées pour que l’effet de parallaxe soit perceptible. Ce phénomène peut être vérifié avec l’expérience utilisée précédemment. Cette fois, tenez votre pouce à différentes distances de votre visage. Vous constaterez que plus vous le tenez éloigné, moins il a l’air de se déplacer. Et si vous pouviez tendre le bras indéfiniment, le déplacement serait si infime qu’il serait imperceptible. C’est pareil pour les étoiles : elles sont tellement éloignées que l’on ne peut mesurer le déplacement angulaire à l’œil nu. Aristarque aurait proposé cette explication, mais sans pouvoir la prouver. De plus, elle allait à l’encontre de la conception aristotélicienne de l’Univers. En dehors d’Aristarque, personne n’acceptait la notion que les étoiles soient tellement éloignées, ni même qu’il y ait de telles distances.

Finalement, le modèle héliocentrique a été rejeté car, s’il offrait une explication de l’apparence du ciel de nuit et de ses changements, il ne pouvait être testé avec les instruments de mesure de l’époque.

La recherche scientifique est riche en enseignements. Une idée scientifique est acceptée ou rejetée en vertu de sa seule valeur scientifique. Des raisons religieuses, politiques ou philosophiques ne peuvent être invoquées pour rejeter une idée. Une bonne théorie doit expliquer ce qui est observé et doit pouvoir être testée. Dans la négative, il faut la rejeter ou la modifier.

Dans le cas d’Aristarque, il a suggéré, en guise de modification, que les étoiles étaient trop éloignées pour que l’on puisse mesurer leur parallaxe à l’œil nu. Dès lors, son hypothèse ne pouvant pas être testée, on ne pouvait plus la considérer comme une théorie. La parallaxe annuelle qui résulte de la rotation de la Terre ne sera mesurée qu’au 19^e siècle, bien après l’invention du télescope. L’observation d’une parallaxe allait ainsi devenir la preuve irréfutable du modèle héliocentrique, bien qu’il soit déjà largement accepté à cette époque à l’appui d’autres tests d’observation et à cause des défauts évidents du modèle géocentrique.

L’idée d’un Univers dont le Soleil serait le centre n’a pas été la seule contribution d’Aristarque. Il a aussi utilisé la géométrie pour estimer la taille de la Lune et du Soleil et la distance qui les sépare de la Terre. Si ses mesures et distances se sont avérées 10 fois moindres qu’en réalité, c’est à cause de la piètre qualité des moyens d’observation de l’époque, mais son raisonnement scientifique et géométrique était juste.

On sait très peu de choses sur Aristarque aujourd’hui et il reste un personnage mineur de l’histoire de la science. La majorité de ses travaux a été détruite au cours des siècles, probablement dans l’un des incendies de la grande Bibliothèque d’Alexandrie. (Pour plus de renseignements sur une des plus importantes bibliothèques de l’histoire : http://fr.encyclopedia.yahoo.com/articles/ni/ni_678_p0.html.)

Copernic a peut-être été influencé par des références à Aristarque dans les textes d’Archimède et de Plutarque qu’il a dû lire lorsqu’il était étudiant en Italie pendant la Renaissance. Quoi qu’il en soit, si les travaux d’Aristarque n’avaient pas été détruits, nous aurions peut-être découvert plus tôt que nous n’étions pas le centre de l’Univers – un changement de perspective qui a des retentissements jusqu’à nos jours.