Aristarque de Samos

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Aristarque de Samos
Description de cette image, également commentée ci-après

Représentation du XVIIe siècle d'Aristarque de Samos tirée de l'atlas céleste d'Andreas Cellarius.

Naissance v. 310 av. J.-C.
Samos (actuelle Grèce)
Décès v. 230 av. J.-C.
Nationalité Grecque
Champs Astronomie, mathématiques
Renommé pour Théorie de l'héliocentrisme, astronomie de position

Aristarque de Samos, en grec ancien Ἀρίσταρχος, né à Samos, en Grèce, est un astronome et mathématicien né vers le début du IIIe siècle av. J.-C., peut-être vers 310 av. J.-C., et mort peut-être vers 230 av. J.-C., mais on sait très peu de choses sur sa vie.

De ses écrits ne nous est parvenu que l'ouvrage Sur les dimensions et des distances du Soleil et de la Lune, le plus ancien connu sur le sujet, où il met en œuvre pour ces mesures des méthodes géométriques. Il n'y fait nulle part mention de son héliocentrisme que nous connaissons essentiellement grâce à un passage de L’ArénaireArchimède décrit l'hypothèse d'Aristarque : le Soleil et les étoiles « fixes » immobiles, et la Terre tournant sur elle même et se déplaçant sur un cercle centré sur le Soleil. À une époque où, selon Archimède, la plupart des astronomes adhéraient au géocentrisme, soit la Terre immobile, il semble que l'hypothèse héliocentrique d'Aristarque n'eut pas grand succès.

Selon Vitruve, Aristarque serait également l'inventeur du scaphé, un cadran solaire hémisphérique.

Biographie[modifier | modifier le code]

Les informations biographiques sur Aristarque sont rares. La plus précise vient de Ptolémée, qui écrit dans l'Almageste (III, 1) qu'Aristarque observe le solstice d'été de l'année 280 av. J.-C.[1]. Aetius[2] le dit élève de Straton de Lampsaque, ce qui a pu se produire soit à Alexandrie, où Straton était précepteur puis conseiller de Ptolémée II Philadelphe, soit à Athènes où Straton prit ensuite la direction du Lycée[3],[1]. Par la citation d'Archimède on sait que l'écrit d'Aristarque sur l'hypothèse héliocentrique, date d'avant l'Arénaire. De ces éléments on peut déduire qu'Aristarque était certainement actif vers 280 av. J.-C.[4], né vers le début du IIIe siècle av. J.-C.[1], Thomas Heath va jusqu'à préciser qu'Aristarque a dû vivre d'environ 310 à 230 av. J.-C.[5].

Le mathématicien et l'astronome[modifier | modifier le code]

Les mesures d'Aristarque des diamètres de la Lune et du Soleil, relativement à celui de la Terre, et de la distance de la Terre au Soleil, relativement à celle de la Terre à la Lune, sont remarquables davantage pour leur ingéniosité et les méthodes mathématiques utilisées que pour leur exactitude[6].

Aristarque de Samos avait déjà observé que la Lune met à peu près une heure à parcourir une distance égale à son diamètre. Il observe d'autre part que les éclipses de Lune durent deux heures. Il en conclut que la lune reste entièrement dans le cylindre d'ombre de la Terre durant deux heures et déduit alors que le diamètre de ce cylindre est égal à trois diamètres de Lune. Il en conclut que le diamètre de la Terre est trois fois plus grand que celui de la Lune, il est plus précisément 3,7 fois plus grand que celui de la Lune.

Il estime ensuite sous quel angle on voit la Lune de la Terre. Il trouve 2 °. Bien que le résultat du calcul d'Aristarque ne soit pas donné par les textes, il est aisé d'en déduire que pour lui la distance Terre-Lune mesure entre 22,5 et 30 diamètres lunaires. Par suite, cette distance Terre-Lune mesure approximativement 19 rayons terrestres (60,2 en réalité). Le procédé est ingénieux, mais la méthode et les calculs souffrent de nombreuses imprécisions. D'abord et surtout, le diamètre angulaire de la lune est très surestimé (2 ° contre 0,5 °). Ensuite, cet angle est observé depuis la surface de la Terre, alors que le rayon de l'orbite part de son centre (l'élimination de cette approximation requiert des calculs trigonométriques) et le diamètre de l'ombre de la Terre sur la Lune est supérieur à son estimation. D'autres approximations ont une influence moindre sur le résultat : la valeur de π est peu précise à l'époque[7] et l'ombre de la Terre est considérée comme cylindrique, alors qu'elle est en fait conique[8]. Le diamètre de la Terre vaut 3,7 diamètres lunaires et non 3, mais l'essentiel de la différence provient de l'imprécision de l'observation et non du caractère conique de l'ombre. Un calcul plus précis était tout à fait réalisable à son époque et fut conduit par Hipparque (v. 190 à 120 av. J.-C.). Mais pour Aristarque, qui était encore un philosophe-astronome, la méthode (géométrique) revêtait beaucoup plus d'importance que le résultat (arithmétique)[9]. D'ailleurs, selon Neugebauer[10], l'angle de 2 ° n'est qu'une valeur non mesurée utilisée pour la commodité de l'exposé, car il est facile d'obtenir une mesure bien meilleure ; et Archimède, selon la même source, affirme qu'Aristarque considérait 1/2 ° comme la valeur réelle de cet angle. Dans ces conditions, la méthode d'Aristarque aboutirait à une distance Terre-Lune de 80 rayons terrestres.

Pour la distance Terre-Soleil (T-S), il observe la Lune lors d'un de ses quartiers exacts. L'angle Terre-Lune-Soleil est alors droit. Terre, Lune et Soleil dessinent un triangle rectangle TLS, rectangle en L. Il lui suffit de mesurer l'angle Soleil, Terre, Lune. Il en déduit alors un encadrement du rapport des distances Lune-Soleil et Terre-Soleil. Il trouve pour l'angle Soleil, Terre, Lune un angle presque droit (90 ° - 3 °). Il calcule alors que la distance Terre-Soleil est environ 19 fois plus grande que la distance Terre-Lune. Malheureusement, sa mesure est fausse. Seuls des instruments précis qui n'apparaîtront que plus de mille ans plus tard permettront d'évaluer cet angle à 90 ° - 0,15 °. Ce qui place le Soleil 400 fois plus loin que ne l'est la Lune, Aristarque s'était donc trompé d'environ un facteur 20.

Méthode d'Aristarque de Samos pour calculer la distance Terre-Soleil

Le Soleil ayant approximativement le même diamètre apparent que la Lune, cela signifie que son diamètre réel serait 19 fois plus grand selon Aristarque (en réalité 400 fois plus grand).

C'est à l'éclairage de ce résultat qu'Aristarque commence à douter de la théorie du géocentrisme : il lui semble plus logique que les planètes plus petites tournent autour des planètes plus grandes. Il place donc le Soleil au centre de l'univers et décrit le mouvement de la Terre comme une rotation sur elle-même combinée avec un mouvement circulaire autour du Soleil.

Cependant, si la Terre se déplace, elle devrait voir les étoiles fixes suivant un angle différent selon la période de l'année. Aristarque émet l'hypothèse que cette différence d'angle (parallaxe) existe bien mais n'est pas décelable car les étoiles fixes sont situées très loin de la Terre. Son hypothèse est exacte. Cette parallaxe est maintenant mesurable. Il semblerait aussi qu’il ait inventé un gnomon hémisphérique plus performant que ceux de son époque.

Le système héliocentrique[modifier | modifier le code]

Aristarque a l'intuition du mouvement de la Terre sur elle-même et autour du Soleil. C'est Archimède qui dans son Arénaire en donne la description la plus précise qui nous soit parvenue :

« Vous n'êtes pas sans savoir que par l'Univers, la plupart des Astronomes signifient une sphère ayant son centre au centre de la Terre (…). Toutefois, Aristarque de Samos a publié des écrits sur les hypothèses astronomiques. Les présuppositions qu'on trouve dans ses écrits suggèrent un univers beaucoup plus grand que celui mentionné plus haut. Il commence en fait avec l'hypothèse que les étoiles fixes et le Soleil sont immobiles. Quant à la Terre, elle se déplace autour du Soleil sur la circonférence d'un cercle ayant son centre dans le Soleil. »

— Archimède, Préface du traité L’Arénaire.


Cette hypothèse est rapidement tombée dans l'oubli. Ses détracteurs lui reprocheront de mettre à mal la physique d'Aristote.

Leurs arguments sont principalement :

  • la Terre en tant que siège de l'élément le plus lourd a sa place naturelle au centre du monde. Bien qu'Aristarque ait calculé que le diamètre du Soleil était 6,75 fois plus grand que celui de la Terre, il restait à comprendre comment un astre fait de feu, élément plus léger que la terre, pouvait rester immobile dans l'espace[11]. C'est un des arguments philosophiques du géocentrisme
  • si la Terre se déplaçait, il aurait dû être possible d'observer dans les constellations, c'est-à-dire sur la sphère des fixes, des déformations angulaires. Or compte tenu des moyens d'observation de l'époque, il n'était pas possible de voir à l'œil nu le phénomène de la parallaxe[12]
  • si la Terre tournait sur elle-même vers l'est, les objets non fixés sur la terre ne s'envoleraient-ils pas vers l'ouest ? (Il faut attendre Galilée pour réfuter cet argument — qui ne tient pas compte de l'inertie. On ne peut par ailleurs détecter de façon évidente à cette époque l'accélération de Coriolis)[12]  ;
  • il est sacrilège d'avoir déplacé le foyer du monde et de s'être opposé au dogme de la Terre-divinité et du feu d’Hestia[12]. Sa théorie présente un contraste saisissant avec la future cosmologie de Ptolémée.

Postérité[modifier | modifier le code]

L'astéroïde (3999) Aristarque, ainsi que le plus brillant des cratères lunaires, le cratère Aristarque, ont été nommés en son honneur.


Œuvre[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Thomas Bénatoïl, « Cléanthe contre Aristarque. Stoïcisme et astronomie à l’époque hellénistique », Archives de philosophie, vol. 2, t. 68,‎ , p. 207-222 (lire en ligne) ;
  • Pierre Duhem, Le système du monde, vol. I, (lire en ligne), p. 418-423 (« le système héliocentrique d'Aristarque de Samos ») ;
  • (en) James Evans, The History and Practice of Ancient Astronomy, Oxford University Press, USA, (ISBN 978-0-19-509539-5, présentation en ligne) ;
  • (en) Thomas L. Heath, Aristarchus of Samos - The Ancient Copernicus, A history of Greek astronomy to Aristarchus together with Aristarchus, treatise on the sizes and distances of the sun and moon, a new Greek text with translation and notes, Oxford University Press, (ISBN 0-486-43886-4, lire en ligne) ;
  • (en) Michael E. Mickelson, « Aristarchus of Samos », dans Thomas Hockey, The Biographical Encyclopedia of Astronomers, New York, Springer, , p. 59-60.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c Evans 1998, p. 67.
  2. d’après Stobée, Eclogæ physicæ et ethicæ, I
  3. Mickelson 2007, p. 59
  4. Duhem 1913, p. 418
  5. Heath 1913, p. 299.
  6. (fr) Explication des calculs sur le site de la NASA
  7. Cette valeur sera affinée par Archimède, puis par Hipparque.
  8. Vu l'étroitesse de l'angle au sommet du cône, cette objection classique est qualifiée de « pédanterie mathématique » par (en) Neugebauer, A history of ancient mathematical astronomy, Berlin ; New York, Springer-Verlag, , p. 643
  9. Cf. Histoire de l'astronomie. Le fait qu'Aristarque ne se donne pas la peine de livrer les résultats de ses constructions est très significatif à cet égard.
  10. Neugebauer 1975, p. 642-643
  11. René Taton, La science antique et médiévale, des origines à 1450, Coll. Quadrige, PUF, p. 358.
  12. a, b et c Jean-René Roy, L'Astronomie et son histoire, Paris, Éditions Masson, 1982, p.  88-89.