D’Aristote à Ptolémée, l’école d’Alexandrie.

C’est une époque d’observations précises et de développement de la géométrie. Des mesures exactes sont tentées.

Aristarque de Samos (v. 290 av. J.-C. -v. 330) mathématicien et astronome; il invente le gnomon de forme hémisphérique dont la précision de lecture était supérieure à celle de tous les cadrans solaires existants. On lui doit des calculs précis:

- Estimation de la distance de la Terre au Soleil. Alors que jusqu'à lui on pensait que le Soleil était assez proche, il estime qu'il est 19 fois plus loin de la Terre que la Lune (en fait 390 fois plus éloigné). Voir schémas explicatifs.

- Le diamètre du Soleil serait d'après ses calculs 19 fois plus gros que la Terre. La dernière estimation correspondait à la taille du Péloponnèse. Pour la Lune il l'estime trois fois plus petite que la Terre.

- Il estime la distance de la Lune

- Pour lui, la Terre tourne autour du Soleil (univers héliocentrique). Il faillit pour cela être condamné pour impiété.

Eratosthène d’Alexandrie (v. 273 – v. 192 av. J.-C.) s'est intéressé à de multiples problèmes. Il fit des découvertes en histoire (chronologies), mathématiques et trigonométrie, en géographie et en astronomie (catalogue de 44 constellations et 675 étoiles fixes, mesure du méridien terrestre).

Il est surtout connu pour sa méthode de calcul de la circonférence puis du diamètre de la Terre (figure 3). La valeur de la circonférence trouvée par Eratosthène est de 42 000 km soit une erreur de 5% seulement.

Eratosthène

Hipparque (v. 190 – v. 125 av. J.-C.) est le véritable fondateur de "l'Astronomie mathématique". On lui doit la division du cercle en 360° et du degré en 60'.

- Il invente la sphère armillaire faite de cinq anneaux. Elle permet de mesurer les coordonnées écliptiques des astres. Il utilise aussi pour ses mesures d’angle l’Alidade issue du dioptre inventé par Archimède et de nombreux autres instruments cités par Ptolémée comme l'Astrolabe.

- On lui doit de nombreuses observations de la position des étoiles effectuées à Rhodes.

- Il décrit la précession des équinoxes

- Il précise la distance de la Terre à la Lune et le diamètre de la Lune. Cette mesure est réalisée en mesurant le cône d’ombre de la Terre lors d’une éclipse de Lune (figure 4).

Claude Ptolèmée (v. 110 – v. 160)

Il serait né à Ptolemaïs d’Hermias près de Thèbes. Il nous est connu par son livre «l'Almageste » ou la « Très Grande» comme l’ont appelé les Arabes mais dont le titre grec était « Syntaxe mathématique ». Cet ouvrage traduit ensuite en latin est resté durant plus de treize siècles le livre de référence en astronomie.

Ptolémée avec ses instruments.

L'apport de cet ouvrage est triple:

- Il donne une représentation géocentrique du système solaire avec des estimations fiables et reproductibles du mouvement des planètes grâce à la théorie des épicycles. Il apporte aussi la définition du centre de révolution de la Lune et des planètes. Pour Ptolémée ce centre ne se confond pas avec la Terre, il est décentré et, de plus, il n’est pas fixe. Cet artifice lui permet avec celui des épicycles de donner une description précise des mouvements des planètes tout en leur conservant des orbites circulaires.

- L'Almageste est aussi un recueil d’observations très fiables des étoiles avec leurs coordonnées et leur magnitude. En fait ces données seraient celles d’Hipparque, recopiées par les compilateurs de l’œuvre de Ptolémée. En effet l’astronome Delambre a montré que les coordonnées des étoiles sont faites pour la latitude de Rhodes où vivait Hipparque.

Pour Orion, Rigel est décrite comme «l'étoile brillante qui est au pied gauche, en commun avec l’eau ». Elle est de magnitude 1 et ses coordonnées sont les suivantes:  longitude de  36° 10' et latitude de 30° 50'.

- Il donne une description des outils nécessaires aux observations qui est aussi empruntée à Hipparque comme le précise Ptolémée lui-même dans son ouvrage.

Le système solaire décrit par Ptolémée est centré sur la Terre. Autour d'elle tourne la Lune en un mois. Puis viennent Mercure, Vénus et le Soleil qui parcourent leur orbite en un an. Viennent Mars, Jupiter et Saturne. Enfin les étoiles fixes parcourent le ciel en un jour. Le cosmos est très petit et tous ces objets célestes sont très proches. Les mouvements aberrants des planètes, la variabilité des distances, des orientations respectives du Soleil et des étoiles  ne peuvent être expliqués que par des artifices: sphères homocentriques reliées entre elles (quatre pour une planète), les épicycles et les mouvements circulaires décentrés par l'équant.

Ces démarches que l'on peut qualifier de scientifiques resteront inégalées pendant de nombreux siècles. Les visions du monde d'Aristote et de Ptolémée deviendront des dogmes qui ne commenceront à être reconsidérés qu’au XIIIe siècle avec prudence, puis plus vivement avec le retour de l'astronomie scientifique à la Renaissance.


Références

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Cohen I. Bernard. Les origines de la physique moderne. Paris 1993 Le Seuil édit.

Danielson D.R. The book of the cosmos. Cambridge (MA) 2001 Perseus publishing

Encyclopédie Universalis. Articles: Astronomie et astrophysique, Anaxagore, Eratosthène de Cyrène, Eudoxe, Héraclide du Pont, Ptolémée, Thalès de Milet,

Van Helden Albert. Ptolemaic system.http://es.rice.edu/ES/humsoc/Galileo/things/ptolemaic_system.html

Hésiode. Les travaux et les jours, la Théogonie. Paris 1995, Arlea édit.

Homère. Odyssée. Paris 1960. Armand Colin édit.

Geoffrey E.R. Lloyd. Les débuts de la science grecque. De Thalès à Aristote. Paris 1974. Maspero édit.

Platon. La République, Timée, Les Lois. La Pléiade. Paris 1950. Gallimard édit.

Serre Michel. Gnomon: les débuts de la géométrie en Grèce. In Eléments d'histoire des sciences. Paris 1989 Bordas édit.

Stirn François. Aristote. Paris, 1990, Armand Colin édit.

Verdet Jean-Pierre. Une histoire de l'Astronomie. Paris 1990 Le Seuil édit.