Cours : La Terre dans l'Univers

La Terre dans le système solaire

La Terre au centre de tout

Durant l’Antiquité, il est admis, et incontesté, que la Terre est immobile au centre de l’Univers : c’est le modèle géocentrique (le préfixe « géo- » signifie « terre » en grec).

Dans la représentation géocentrique, les saisons et l’alternance des jours et des nuits résultent donc de mouvements extérieurs à la Terre. Le ciel, les astres, l’univers… tout tourne autour de la Terre, repère fixe.

Ce modèle est d’autant plus facilement admis que les déductions instinctives et les observations directes du ciel semblent bien confirmer que les étoiles et le Soleil se déplacent, les mouvements de la Terre étant imperceptibles.

À retenir

La théorie du géocentrisme est surtout liée à une conception philosophique de l’univers, plus qu’à de réelles observations scientifiques.

À cette époque et pendant plusieurs siècles, les « bâtisseurs » du savoir sont à la fois philosophes et savants.

• La science n’est pas construite comme discipline à part entière et science et philosophie sont deux aspects d’un même discours.

Le besoin de comprendre le monde se joue donc sur les deux terrains confondus : les observations techniques étant de toute façon limitées à cause du peu d’outils scientifiques à disposition, elles sont accompagnées par des discours sur le monde effectués par des personnes capables de discourir et de convaincre, et qui, bien qu’erronés, traduisent une volonté de comprendre et d’expliquer l’univers.

Les deux grands personnages de la Grèce antique à avoir développé et défendu la théorie géocentrique sont Aristote (IV^e siècle avant J.-C.) et Ptolémée (II^e siècle avant J.-C.).

Selon la représentation aristotélicienne de l’univers, les planètes et le Soleil (placé entre Vénus et Mars) tournent autour de la Terre sur des orbites parfaitement circulaires.

• Ces cercles parfaits et réguliers traduisent une recherche de perfection et d’harmonie sur les plans esthétique et philosophique et ne témoignent donc pas d’une démarche scientifique au sens où nous l’entendons aujourd’hui.

Pour réussir à expliquer les mouvements « problématiques » de certaines planètes observées depuis la Terre, telle que la rétrogradation de Mars, les savants de l’Antiquité imaginent un système très complexe de sphères en mouvement.

Définition

Rétrogradation :

La rétrogradation désigne l’apparent déplacement inverse (recul par rapport à sa trajectoire) exécuté par un corps céleste observé depuis la Terre.
Vu depuis la Terre, à certaines périodes, le mouvement de Mars semble ainsi s’inverser par rapport au déplacement du Soleil. Cette observation est liée au fait que la Terre et Mars ne tournent pas à la même vitesse autour du Soleil.

Ainsi aménagée, la théorie géocentrique semble coïncider avec les observations faites et décrit donc le fonctionnement de l’univers tel qu’il est connu à cette époque.

Le Soleil passe au centre

Le modèle de Ptolémée, tout en se fondant sur la représentation d’Aristote, révise certaines trajectoires des astres.
Au Moyen Âge, les astronomes musulmans réalisent de nombreux progrès en effectuant des observations plus précises et en apportant des ajustements au modèle de Ptolémée, qui est remis en cause pour certaines contradictions et imperfections. Ils proposent des modèles planétaires basés sur des observations et des études théoriques.

• Grâce au travail des astronomes du monde arabe, on s’éloigne donc toujours plus des considérations esthétiques d’Aristote. L’hypothèse du mouvement de la Terre est même envisagée, sans pour autant remettre en question la place centrale de la Terre dans le système solaire.

Au XVI^e siècle, Nicolas Copernic retravaille le modèle de Ptolémée pour élaborer un modèle héliocentrique (« hélios » signifie « soleil » en grec).

Copernic souhaite simplifier le modèle décrivant les mouvements des corps célestes dans l’univers d’une part, mais aussi résoudre le problème du calendrier julien alors en vigueur, qui se décale petit à petit par rapport à l’année solaire.

À retenir

La théorie de l’héliocentrisme une véritable révolution scientifique, ce renversement de la représentation du monde étant alors au cœur de longues controverses.

Le Soleil se retrouve au centre du système solaire, les planètes tournent autour de lui. La Terre se retrouve non seulement au même rang que les autres planètes, mais elle est aussi animée d’un double mouvement de rotation, autour du Soleil et sur elle-même.

Toutefois, certaines choses sont préservées : l’univers continue à être décrit par un système de sphères, ce qui permet de préserver la vision philosophique « parfaite » du monde et d’éviter une confrontation trop vive avec les philosophes et les religieux.

Giordano Bruno (1548-1600), religieux et philosophe, soutient la théorie de l’héliocentrisme d’un point de vue philosophique, allant même jusqu’à affirmer que ni la Terre ni le Soleil n’étaient au centre de l’univers. Cette théorie fut fermement condamnée par l’Église et vînt s’ajouter aux multiples chefs d’accusation (hérésie, athéisme) qui lui valurent d’être persécuté par l’Inquisition.

Sur le plan plus strictement scientifique, Johannes Kepler (1571-1630), brillant mathématicien, poursuit les travaux de Copernic et démontre que les orbites des planètes sont elliptiques et non circulaires.
Enfin, Galilée (1564-1642), grâce à son invention de la lunette astronomique, découvre notamment qu’il existe des astres autour de Jupiter (ses satellites naturels), ce qui prouve que tous les corps célestes ne tournent pas autour de la Terre.

• La construction du savoir scientifique se fait par l’émancipation progressive et difficile de la science par rapport à la tutelle religieuse.

La religion propose une manière de comprendre le monde et s’intéresse donc aux mêmes questions que les savants, ce qui explique le lien entre ces deux domaines, mais ses limites concernant l’explication formelle de l’univers sont établies par les progrès scientifiques et techniques, qui finissent par être crédités de légitimité, au prix de heurts, de retours en arrière et d’affrontements parfois violents entre science et religion (Giordano Bruno fut condamné au bûcher, Galilée revînt sur ses conclusions pour échapper à l’emprisonnement, etc.).

La Terre et la Lune

Parce qu’elle fait partie de l’environnement direct de la Terre, la Lune a toujours eu une place à part pour l’homme, depuis les croyances liées à ses cycles jusqu’aux spéculations sur sa constitution.

Les phases de la Lune

La Lune est un objet de curiosité dont l’observation a été motivée par le fait qu’elle apparaissait plus proche de la Terre que le Soleil. Sa luminosité moindre que celle du Soleil intrigue également.

Durant l’Antiquité, l’être humain utilisait des repères temporels pour ses différentes activités (activités agricoles, déplacements, etc.).
Le Soleil ne suffisant pas, ce sont les répétitions des phases de la Lune visuellement identifiées par les Sumériens au IV^e millénaire avant J.-C. qui ont alors servi de repères.
Ainsi, le calendrier sumérien était basé sur les cycles lunaires.

Définition

Phase de la Lune :

Une phase de la Lune correspond à la portion de la Lune aperçue depuis la Terre et qui est éclairée par le Soleil.

Si pour les peuples anciens les phases de la Lune étaient interprétées de façon magique ou divine, nous savons maintenant depuis longtemps qu’elles sont liées à la position de la Lune, de la Terre et du Soleil.
Vers 640 avant J.-C., Thalès reconnaît déjà dans les phases lunaires une conséquence de la réflexion de la lumière solaire. Il conclut ainsi que la Lune ne produit pas sa lumière propre.

Aujourd’hui, nous savons désormais que la Lune tourne selon une orbite quasi-circulaire autour de la Terre. Sa révolution autour de notre planète dure 27,5 jours, et la Terre met 365 jours pour faire un tour complet autour du Soleil : la position relative de la Terre, de la Lune et du Soleil les uns par rapport aux autres change.

À retenir

Ainsi, les phases de la Lune sont tout simplement liées aux différentes positions de celle-ci par rapport au Soleil et à la Terre. Ces positions changeant quotidiennement, les phases lunaires changent donc aussi d’un jour sur l’autre.

La lunaison débute par la phase de nouvelle lune. La Lune se trouvant alors entre la Terre et le Soleil, elle est invisible.

Définition

Lunaison :

Période de temps séparant deux phases de nouvelles lunes (durée d’environ 29 jours).
La durée de lunaison est plus longue que la période de révolution de la Lune car la Terre tourne également autour du Soleil : il faut donc deux jours de plus à la Lune pour retrouver la même position par rapport à la Terre et au Soleil.

Même si ces mouvements de la Lune et de la Terre n’étaient pas encore connus durant l’Antiquité, les connaissances sur la Lune ont évolué au travers des civilisations.
Tout d’abord, les savants grecs Thales de Milet (625-547 avant J.-C.) et Anaxagore (500-428 avant J.-C.) parvinrent à prédire les éclipses de la Lune.
Au II^e siècle, Ptolémée mesure de façon assez précise le diamètre de la Lune et sa distance par rapport à la Terre.

De planète à satellite

L’invention de la lunette astronomique par Galilée permet d’observer plus précisément la surface lunaire.
À partir 1609, la présence de reliefs et de cratères est mise en évidence à la surface de la Lune, remettant en question la perfection qu’Aristote attribuait aux corps célestes.

En 1610, Kepler reprend les observations de Galilée concernant la Lune et Jupiter et définit le concept de satellite.

• La lune perd son statut de planète et devient le satellite naturel de la Terre.

À retenir

Avec les découvertes et observations scientifiques, la représentation de la Lune et de ses mouvements évolue, s’éloignant d’une vision magique et mystique.

De nombreux essais littéraires traitant de la Lune furent publiés, tels que Le Songe de Kepler (publication posthume en 1634), The Man in the Moon de l’évêque anglais Godwin (publication posthume en 1638).
Sous couvert de fiction, les auteurs se servent de ces œuvres pour transmettre des connaissances scientifiques que le dogme établi par l’Église ne voulait pas voir se diffuser.

La face cachée de la Lune et l’exploration directe de l’astre

Pendant longtemps, par analogie avec la Terre, le relief lunaire a été associé à la présence de volcanisme.
Il faut attendre la fin du XIX^e siècle pour qu’une nouvelle théorie émerge : celle d’un bombardement météoritique dans les « premiers temps » de la formation du système solaire.
Cette théorie ne sera définitivement admise qu’aux alentours des années 1960.

La fin de la Seconde Guerre mondiale, les travaux de l’Allemand Von Braun (1912-1977) sur les fusées, et la conquête spatiale relancent l’intérêt pour la Lune, avec pour but de s’y rendre physiquement pour y prélever des échantillons.

Ainsi, la face cachée de la Lune fût observée pour la première fois en 1959 par la sonde russe Luna 3, puis plus tard par la sonde américaine Luna Orbiter. La première observation humaine eut lieu en 1968, lors de la mission Apollo 8.

À retenir

Si la Lune présente un aspect qui varie au cours de ses phases, elle a la caractéristique de présenter toujours la même face, gardant le mystère sur sa face cachée.
Le fait que la Lune présente toujours la même face à la Terre s’explique par les caractéristiques de ses mouvements.

En effet, la Lune tourne autour de la Terre (période de révolution) et elle tourne aussi sur elle-même (période de rotation).

• Or, il se trouve que la période de la rotation de la Lune est égale à sa période de révolution (27,5 jours).

À retenir

Ce synchronisme des périodes de révolution et de rotation explique pourquoi l’observateur terrestre voit toujours la même face lunaire.

En effet, si par exemple la Lune n’effectuait pas de rotation sur elle-même, elle serait en translation uniforme (glissement sans rotation) : les points cardinaux seraient toujours orientés de la même manière. De ce fait, la Lune présenterait successivement chacune de ses faces à la Terre.

Dans les années 1960, « la course à la Lune » envoie les premiers hommes sur la Lune le 20 juillet 1969 (ou 21 juillet 1969 en heure française).
La mission Apollo 11 permet à Neil Armstrong et Buzz Aldrin de fouler le sol lunaire pour la première fois.

Il s’en suivra quelques nouvelles missions lunaires, portant à douze le nombre de personnes ayant été sur la Lune. Après 1972, ces missions sont interrompues.

Mais l’intérêt que suscite la Lune n’est pas mort pour autant.
Il se pourrait bien d’ailleurs que la Chine relance la course à la Lune : en janvier 2019, la sonde chinoise Chang’e 4 s’est posée sur la face cachée de l’astre. Les Chinois vont même plus loin en se fixant comme objectif de rendre possible une présence humaine permanente sur la Lune d’ici 2036.