Histoire de l'Astronomie de Platon à Copernic, 

La transmission des savoirs.

 

 Introduction

En lisant une histoire de l’astronomie de la renaissance, de nombreuses questions se sont posées qui n’étaient pas explicitées dans l’ouvrage : d'où Copernic, Kepler et Galilée tenaient-ils leurs connaissances ? Si elles venaient des grecs, comment avait-elle été transmises ? Par les arabes, uniquement ? Mais alors, Aristote meurt en -322 et Ptolémée en 168 et les arabes arrivent dans le monde romain en 642 soit 964 ans après la mort d'Aristote et 464 ans après celle de Ptolémée. Connaissent-ils le grec ? Peu vraisemblable. Ils s'installent en Espagne à partir de 711, Bagdad est fondée en 762.

Pour éclaircir tout cela, des repères historiques s’avèrent nécessaires car un peu oubliés :

• -323 : À la mort d'Alexandre le Grand, le Moyen-Orient est grec.

• -88 : Prise d'Athènes par Scylla

• -30 : L'Égypte devient romaine

• 30 : Mort de Jésus

• 79 : Pompéi est détruite par le Vésuve

• 324 : Fondation de Constantinople

• 476 : Fin de l'empire romain d'Occident mais l’empire d’Orient persiste

• 642 : Prise d'Alexandrie par les arabes

• 711 : Les arabes arrivent en Espagne

• 832 : Fondation de la Maison de la Sagesse à Bagdad

• 1096 : Première croisade

• 1187 : Mort de Gérard de Crémone traducteur

• 1453 : Prise de Constantinople par les Turcs.

 Quelques points clefs :

      L'occident n'a jamais été un foyer de culture scientifique innovante et les romains eux-mêmes avaient adopté la science grecque.

      La chute de l'empire romain d'occident n'est pas la chute de l'empire romain : il persiste en orient.

      Les textes scientifiques grecs originaux se sont perdus, mais en partie seulement.

      Les connaissances scientifiques se sont transmises autrement, par des commentaires et des ouvrages de synthèse. Aujourd’hui nul besoin de lire les articles scientifiques d’Albert Einstein pour apprendre les théories de la relativité ; elles se trouvent dans des manuels.

      D'abord sans écriture, les arabes écrivent en Araméen (Nabatéen ou Syriaque). L'arabe est fixé à la fin du VIIe siècle.

 Or les textes grecs ont été traduits en Syriaque.

 

Quelques mythes qu’il faudra éclaircir :

- La culture en Occident aurait disparu avec les invasions barbares.

- Le Moyen-âge serait une période obscure et inculte

- Les Arabes ont apporté la « culture » à l'Occident

 

Première partie : Platon et Aristote

1. Les premiers observateurs

Ce qui étonne lorsqu’on s’intéresse à cette question, c’est de constater que très tôt, chez les habitants de la Mésopotamie antique de nombreuses connaissances avaient été acquises. Et alors comment ont-ils fait pour connaître :le méridien, l'écliptique , l'inclinaison de l'écliptique sur l'équateur, les saisons, etc… Et tout cela avec des instruments rudimentaires : le gnomon, l'écriture, des cercles de pierre…

D’abord, sans instruments, ils imaginèrent un schéma global de l’Univers (le Monde). La terre est au centre du Monde. Elle est immobile et les astres sont animés globalement de deux mouvements : un mouvement diurne d’est en ouest en un jour et un mouvement d’Ouest en Est accompli en des temps différents mais en un intervalle qu’ils nommèrent année pour le Soleil. De là ils imaginèrent que tout ceci se déplaçait sur des sphères centrées sur le centre de la Terre.

1.1 L’observation du Soleil, avec ces instruments donna déjà de nombreux renseignements à qui savait observer et réfléchir.

 

 

Avec un gnomon de longueur unité, ils ont mesuré la direction et la hauteur du Soleil au cours de la journée et les observations ont été reproduites de nombreuses fois.

Première constatation : le Soleil monte dans le ciel, culmine puis redescend. Le moment de cette culmination donne deux renseignements qualitatifs :

      - Un repère temporel qu’on appellera midi solaire vrai

      - Une direction : sud- nord qui l’on peut matérialiser sur le sol. Les géomètres grecs ont imaginé un cercle passant par le zénith et cette direction: le méridien du lieu.

Avec des cadrans solaires et des clepsydres ils pouvaient mesurer le temps et noter la durée du jour et celle de la nuit.

Par ailleurs avec des instruments simples de mesure des angles ils notèrent la hauteur du Soleil.

Ces observations répétées tous les jours plusieurs années, par plusieurs générations d’astronomes et conservées sur des tablettes d’argiles et des papyrus ont permis des découvertes :

      - La durée du jour et de la nuit varie au cours de l’année

      - La hauteur du Soleil à midi est maximale un jour de l’année : le solstice d’été et minimale un autre jour : le solstice d’hiver. Deux autres jours, les équinoxes où la durée de la nuit et celle du jour sont égales et le Soleil culmine à une hauteur intermédiaire entre celles atteintes aux solstices.

Les emplacements des levers et couchers du Soleil ont été également repérés et soigneusement notées et parfois matérialisés sur des cercles de pierre. Ceci leur a permis d’observer qu’aux équinoxes la ligne passant par le lieu du lever et le lieu du coucher du Soleil était perpendiculaire à la direction Nord-Sud préalablement repérée : ce sera la direction Orient-Occident.

En comptabilisant le nombre de jours qui s’écoulaient entre les quatre repères : solstices et équinoxes qui délimitent des saisons, ils reconnurent très tôt l’inégalité de la durée des saisons.

Comme c’étaient d’habiles géomètres ils représentaient leurs observations et définirent sur une sphère des cercles particuliers, ceux des tropiques marqués par les hauteurs du Soleil aux solstices. Nous verrons en effet que parallèlement à l’observation du Soleil ils s’intéressaient aux étoiles et ayant repéré l’axe du Monde ils définirent aussi le cercle imaginaire de l‘équateur céleste (et terrestre). De cette façon, les cercles des tropiques correspondaient à des cercles parallèles à l’équateur et passant par la position dans le ciel du Soleil aux solstices d’été de chaque hémisphère.

 

1.2. L’observation des étoiles de la Lune et des planètes

Un repère fantastique d’astuce et de précision : le zodiaque. Cette méthode inventée par les habitants de la Mésopotamie a été adoptée et améliorée par les Grecs. En quoi consiste-t-elle ?

Une bonne connaissance du ciel et des observations répétées et notées leur ont permis de voir que le Soleil et les planètes se déplaçaient devant un paysage stellaire invariable au cours de l’année. Le mouvement du Soleil étant le plus régulier, son trajet sur le fond du ciel fut pris comme repère : ce sera l’écliptique. Le nom provient du fait qu’ils observèrent que les éclipses se produisaient sur ce cercle. Par contre le trajet des planètes était moins régulier. Ils définirent ainsi une bande de ciel centrée sur l’écliptique mesurant 8° de part et d’autres. Les grecs, à la suite des babyloniens divisèrent le cercle en 360° et adoptèrent la numération sexagésimale. Le zodiaque fut divisé en douze parties de 30°. Plutôt que de donner à chacune de ces zones une lettre ou un numéro pourquoi ne pas leurs donner un nom qui évoque en plus -superbe moyen mnémotechnique, des figures mémorisables et reconnaissables dans le ciel : les signes du zodiaque. Ce système permit de noter des positions en longitude écliptique jusqu’à Galilée et peut être encore quelques années après lui. C’est ainsi que pour donner cette longitude on notait : tel astre se trouve par exemple à 23° du Lion. Les positions de la planète Vénus a par exemple été étudiée par les babyloniens sur de nombreuses années avec cette méthode. De la même façon la position des levers et couchées du Soleil étaient relevés de cette manière.

Pour mesurer les hauteurs les anciens utilisaient des quadrants divisés en degrés qu’ils perfectionnèrent tout au long des siècles d’observation.

Pour noter la position des étoiles ils se servaient aussi de mesures de distance à la Lune pour les objets qui lui étaient proches.Que découvrirent-ils ?

La direction du pôle nord et le cercle de l’équateur

Le cercle de l’écliptique au centre du zodiaque et l’intersection de ces deux cercles aux points équinoxiaux (l’équateur était appelé aussi cercle équinoxial).

Les Grecs étaient de grands voyageurs et leurs observations les conduisirent à noter que la latitude géographique d’un lieu était égale à la hauteur du pôle nord sur l’horizon.

Une des premières mesures surprenante par sa précision fut celle de l'obliquité de l'écliptique sur l’équateur. En bons géomètres ils utilisèrent plusieurs méthodes.

La plus simples consistait à faire la différence des angles de l'ombre du gnomon entre les deux solstices et de la diviser par deux : le résultat donne l’inclinaison de l’écliptique sur l’équateur.

La seconde nécessite de mesurer la hauteur du pôle nord. L’inclinaison est donnée par la valeur de la hauteur méridienne du Soleil au solstice d’été diminué du complément de la hauteur du pôle (90° - hauteur du pole) ou bien par ce complément diminué de la hauteur méridienne au solstice d'hiver.

La valeur donnée par les Grecs était de 23° 51' contre 23° 26' 14'' actuellement : une belle prouesse avec des instruments rudimentaires.

L’observation des planètes leur fit mesurer leurs périodes synodiques et sidérales, découvrir leurs surprenantes stations et rétrogradations et leurs mouvements en latitude écliptique.

Ainsi, les astronomes babyloniens puis les grecs, tout en utilisant des instruments rudimentaires, purent définir les bases de l'astronomie d'observation et de traduire leurs constatations en modèles grâce à leur bonne connaissance de la géométrie.

 

2. Avant Platon : les présocratiques

Anaximandre, Anaximène, Thalès (v. -600 ;?), Pythagore (–580 ; -450) et bien d’autres élaborent une cosmologie connue de Platon. Nous ne développerons pas ici cette période où l’astronomie proprement dite est peu développée.

 

3. Platon (-428 ; -348)

Dans le cadre de son enseignement à l’Académie qu’il fonde, Il fait la synthèse des connaissances de son époque dans plusieurs ouvrages dont le Timée et la République en particulier.

3.1. Quelles sont les sources des œuvres de Platon ?

Le papyrus existait en Grèce depuis déjà 200 ans et était utilisé depuis plus de cent ans au moment où Platon écrivit ses premiers ouvrages. Il est important de noter que son œuvre a été publiée de son vivant. Platon écrivait ou dictait lui-même ses ouvrages ou au moins les corrigeait. Cela n’empêche pas qu’il y eut des copies fautives car la propriété intellectuelle n’existait pas. Son œuvre fut diffusée dans tout l'univers grec, des cotes de la Turquie à la Sicile. Des manuscrits des œuvres de Platon ont été même retrouvés en Égypte au Fayoum.

L'Académie était un lieu de publication (Philippe d'Oponte, Hermodore) et de conservation des originaux. Le commerce des livres était florissant.

A sa mort des textes lui seront faussement attribués (apocryphes) mais une édition complète a été publiée en -314.

Les livres de Platon seront repris par les premiers chrétiens savants comme Clément d'Alexandrie. A Rome l’édition de T. Pomponius Atticus (IIe s. ap. J.-C.) fit longtemps référence. De nombreux papyrus de cette époque ont été retrouvés.

Les manuscrits médiévaux sont conservés dans les grandes bibliothèques : Oxford, Tubingen, Rome, Venise, Florence, Paris… 150 en tout.

Leur origine peut être directe à partir des sources latines ; lettrés chrétiens néoplatoniciens, mais en 529, l'école néoplatonicienne d'Athènes est fermée.

A Byzance, les manuscrits sont conservés mais pas lus (mise à l'index par l’Église). Néanmoins, aux VIIe-VIIe s. le platonisme « chrétien » et le renouveau des études à Constantinople produit de nouveaux manuscrits. Une édition parisienne de 888 achetée en 1490 est conservée.

Parallèlement des traductions en syriaque sont réalisées par exemple à Éphèse, en Arménie. En Géorgie des manuscrits en grec ont été exportés. Les traductions en arabe ont moins d'intérêt pour les œuvres de Platon. Les publications actuelles se fondent sur plusieurs manuscrits grecs anciens.

 

3.2. L'astronomie de Platon

L'astronomie est d’abord utile à l'agriculture et à la navigation mais on doit aussi l’étudier pour donner une idée du Bien inaccessible.

La géométrie est supérieure à l'observation car elle permet de trouver les compositions des mouvements qui expliquent ce que l'on observe. Platon de défie des sens. Pour lui, il y a deux sortes d'êtres accessibles aux sens : les plantes, les animaux, les hommes, les fruits de la terre et les mouvements désordonnés comme celles du monde sublunaire. Les étoiles peuvent être observées mais il est inutile d’espérer comprendre leur nature. Elles sont douées de mouvements immuables, sont douées de raison : ce sont des êtres divins.

Platon distingue avec une fiabilité et une importance croissante : la perception sensible : astronomie d'observation puis la géométrie : astronomie des mouvements combinés et des apparences et enfin l'astronomie théologique : preuve de l'existence des esprits divins.

La forme de l'univers et les deux mouvements principaux

     Le Monde est une sphère parfaite et le mouvement de la sphère est une rotation autour d'un axe.

     Le ciel est délimité par deux sphères concentriques. La sphère externe tourne d'est en ouest selon l'axe du Monde. Ce premier mouvement gouverne le second. La seconde sphère tourne d'ouest en est selon un axe perpendiculaire à l'écliptique. Son mouvement se fait en un an. L'écliptique est incliné par rapport à l'équateur.

     Une masse sphérique centrale contient la terre, l'eau et l'air. La sphère extérieure (celle qui tourne en un an) est subdivisée en sept globes emboîtés. Leurs diamètres sont définis par les nombres 2, 3,4, 8, 9, 27 (influence pythagoricienne). Ces orbes tournent d'ouest en est à des vitesses différentes, sauf les orbes de Mercure, de Vénus et du Soleil qui tournent à la même vitesse. L'ordre des orbes est le suivant : Terre, Lune, Soleil, Vénus, Mercure, Mars, Jupiter et Saturne. Vénus et Mercure ne s'éloignent pas trop du Soleil à cause d'une force émanent du Soleil qui les empêche de s'éloigner de lui.

     Les planètes ne sont pas toujours à la même latitude par rapport à l'écliptique. Platon l'explique par un système de gaines emboîtées et d'un fuseau qui guident ces mouvements. (La République ; mais pas clair).

     La Grande année : Le temps est né avec la création du Ciel. La Grande année est le temps nécessaire pour que tous les corps se retrouvent dans la position de départ : tous alignés.

Platon reconnaît des problèmes non résolus : l'astronomie géométrique n'utilise que des cercles et des sphères et des mouvements circulaires uniformes. Or la réalité est différente : inégalité des saisons, mouvements des planètes... Comment combiner les mouvements pour « sauver les apparences ». Platon confie ce rôle aux mathématiciens.

 

3.3 Évolution des solutions

Le modèle utilisé est celui des sphères emboîtées. Au système simple de Platon, Eudoxe de Cnide (-400 ; -355) puis Callippe de Cyzique (-370 ; -300) et enfin Aristote (-384 ; -322) substituent des combinaisons de plus en plus compliquées qui ne résolvent pas tous les problèmes et d’ailleurs aucune table performante ne sera développée avec ces modèles.

 

4. Aristote (-384 ; -322)

D'abord élève de Platon, il quitte l'Académie pour devenir l'éducateur du fils de Philippe de Macédoine : Alexandre le Grand. Lorsqu'il rentre, il fonde le Lycée. Son mode d'enseignement par le discours se fait en déambulant sur les lieux d'où le nom de péripatéticiens qui sera donné aux membres de cette école.

Pour nous, deux œuvres d'Aristote nous intéressent : Le Ciel qui traite de cosmologie et de physique et La Métaphysique: chapitre 8 ; livre 12 qui parle d'astronomie.

4.1. Aristote : sources

Contrairement à Platon, il ne dictait ni n'écrivait, son œuvre est constituée de prises de notes par ses élèves. A sa mort, son élève et successeur Théophraste ( mort en - 288) les conserve et publie des commentaires ainsi que de nouveaux traités. Théophraste lègue ensuite ses livres à Nélée, originaire de Scepsis en Troade, dernier élève vivant d’Aristote. Il était le fils de Coriscos, ami d’Aristote. Nélée aurait dû succéder à Théophraste mais ce sera en fait Straton mais Nélée garde les livre

Le roi Ptolémée II, qui développe la bibliothèque d’Alexandrie, envoie des émissaires à Nélée pour lui acheter les œuvres d'Aristote. Celui-ci lui aurait vendu des ouvrages ayant appartenu à Aristote mais pas ses livres.

A la mort de Nélée, ses fils, craignant qu’on les dérobe, creusent une cave dans leur maison et enterrent les livres d’Aristote. Un descendant de Nélée déterre les ouvrages qui ont en partie mais ils ont souffert de leur mode de stockage, rongés par des insectes. Il les vend à un bibliophile : Apellicon de Téos (mort en -84). Ce dernier en fait faire une copie qui n’aurait pas été très bonne car les parties manquantes auraient été inventées, selon Tyrannion d’Amisus (1^er siècle avant J.-C.). Ces rouleaux anciens sont à Athènes et lors de sa prise par Sylla (138-78) en 86 av. J.-C., celui-ci les emmènent à Rome pour sa bibliothèque avec un connaisseur du grec et du latin : Tyrannion. Après la mort de Sylla, Tyrannion, et d’autres, font des copies de ces rouleaux. Il semble qu’ils aient eu en leur possession d’autres copies grecques des ouvrages d’Aristote en provenance d’autres villes comme Éphèse ou Alexandrie.

 Plutarque raconte qu’Andronicus de Rhodes, recteur du Lycée au 1^er s. avant J.-C., classa les œuvres d’Aristote d'après l’édition de Tyrannion. Il les divisera en Traités, ainsi que les œuvres de Théophraste. C’est cette édition d’Andronicus qui fera autorité au IIe siècle ap. J.-C., moment d’un nouvel essor de la pensée d’Aristote.

Les ouvrages sont légués à Faustus, fils de Sylla et gendre de Pompée (106-48). Il rend accessibles aux lettrés les livres de sa bibliothèque. Mais Faustus, criblé de dette, vend les rouleaux originaux d’Aristote : ils sont perdus pour toujours. Seuls persistent à Rome les traductions latines.

             Des commentaires des œuvres initiales nous sont parvenues ainsi que de rares papyrus anciens. Les manuscrits en grec des œuvres datent de la période byzantine (IXe siècle). Des copies en minuscules des textes en onciales sont réalisées à cette époque non sans quelques erreurs de transcription.

Parallèlement, des traductions en syriaque, en arménien, puis en arabe, en hébreu puis au XIIe siècle en latin sont réalisées.

 

4.2. La Physique d'Aristote.

 Elle est très difficile à résumer tant elle est complexe et bien développée.

Pour Platon, les sens sont imparfaits et ne rendent compte que des apparences. La géométrie  permet une approche de la réalité mais l'intuition seule permet de contempler le réel. Aristote réhabilité l'observation et l'expérience tandis que les mathématiques étudient les propriétés invariables des nombres et des figures.

Mais Aristote définit une autre science : la physique. Elle étudie les êtres mobiles, changeants et liés à la matière (sur Terre). La géométrie peut aussi étudier des êtres changeants mais immatériels (les planètes par exemple). La métaphysique s'intéresse à un être immobile, immuable, immatériel qui se trouve en tout être : la divinité.

- La matière est constituée des quatre éléments : la terre, l'eau, l'air et le feu et toutes leurs combinaisons.

- Les mouvements ou changements (de lieu, de forme, de quantité…) affectent tout sauf les étoiles et les orbes. Pour ces derniers, seul le changement de lieu est possible. Ils sont faits d'un cinquième élément, l'éther.

- Le temps lié au mouvement et à la matière : dans un lieu sans matière, la notion de temps n'aurait pas de sens : le temps est la mesure des changements . Par ailleurs Aristote démontre longuement l'impossibilité du vide, notion qui, comme d'autres, persistera très longtemps.

- En ce qui concerne la notion d'infini, Aristote n'en reconnaît que deux : l'infini mathématique et l'infiniment petit. Contrairement aux atomistes, Aristote pense que la matière est sécable à l'infini. Par contre, l'univers est fini : c'est le Monde et au-delà, il n'y a rien, pas même le vide.

- Comme ses prédécesseurs, Aristote considère que les changements de lieu dans le monde supra-lunaire ne peuvent être que circulaires et uniformes.

- La notion de gravité est marquée par la chute des corps en direction du centre du Monde.

 

4.3. L'astronomie d'Aristote
Elle est développée dans La Métaphysique livre XII, chap. 8. Un traité spécifique d'astronomie a été perdu.

 Elle est peu différente de celle d'Eudoxe et de Callippe : la Terre est immobile au centre du Monde. Les astres tournent autour de ce centre englobés dans des coques sphériques entraînées elles-mêmes par d'autres orbes : c'est le système des sphères homocentriques. Au système déjà compliqué de Callippe, il rajoute des sphères compensatrices situées entre la dernière sphère d'une planète et la première sphère de la suivante pour annuler leurs mouvements et permettre la transmission du mouvement diurne matérialisée par la rotation (apparente) des étoiles. Au total son système comporte 55 sphères plus celle des fixes.

Cependant il reconnaît l'existence des problèmes non résolus comme l'inégalité de la durée des saisons, les irrégularité des mouvements des planètes.

Mais, fait très important, si l'astronomie sera occultée au profit de celle de Ptolémée, la physique d'Aristote va rester un « standard » jusqu'à Galilée.

Après Aristote, l'astronomie se développe rapidement, incluant de plus en plus les mathématiques à cette science. Des personnalités importantes apparaissent.