ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE
2Du modèle géocentrique au modèle héliocentrique
2
Doc. 4 Les lois de Newton
Doc. 4
Dans Principes mathématiques de la
philosophie naturelle, Isaac Newton
(1642-1727) porte le coup de grâce au
modèle géocentrique. Il décrit ses trois
lois de la mécanique et les applique au
système solaire : les trajectoires des planètes
sont mises en équations et elles
sont expliquées par la gravitation. Le débat entre les modèles
héliocentrique et géocentrique est clos.
Extrait de Principes mathématiques de la philosophie naturelle.
Aujourd’hui, la communauté scientifique s’accorde sur le fait que c'est le
modèle heliocentrique qui permet la description la plus simple du mouvement
des planètes.
➜ Comment est-on passé du modèle géocentrique au modèle héliocentrique ?
Doc. 2 Tycho Brahé
Doc. 2
Tycho Brahé (1546-1601) est surtout
connu pour l’immensité des données
astronomiques qu’il a recueillies au
cours de sa vie, à l’aide d’instruments de
mesure qu’il créa lui-même. Les observations
d’une supernova en 1572 et d’une comète en 1577
le conduisent à remettre en cause l’astronomie d’Aristote.
En effet, contrairement à ce qu’affirmait le philosophe grec,
le monde supralunaire n’est pas immuable, il est soumis au
changement. Connaissant donc les faiblesses du modèle
d'Aristote, il refuse cependant d’accepter le modèle de
Copernic principalement parce qu’il impose la présence
de très grandes zones de vide, ce qui lui semble absurde.
Tycho Brahé crée alors un nouveau modèle, dans lequel les
planètes tournent autour du Soleil et le Soleil tourne autour
de la Terre.
À quelques exceptions près, le modèle de Brahé est équivalent à celui de Copernic et il faudra attendre les travaux de Kepler et Galilée pour asseoir définitivement le modèle héliocentrique.
Modèle de Brahé.
Doc. 3 Le génie de Galilée
Doc. 3
Au début du XVIIe siècle, Galilée (1564-
1642) améliore des lunettes réalisées
en Hollande. Il parvient notamment
à fabriquer une lentille agrandissant
30 fois l’image des objets observés.
Il fait alors très rapidement de nouvelles
découvertes : l’imperfection de la surface
de la Lune, l’existence d’étoiles encore inconnues, les anneaux
de Saturne, etc.
Le 7 janvier 1610, Galilée observe Jupiter et découvre trois étoiles proches de la planète. Après quelques jours d’observation, il remarque la présence de quatre étoiles autour de Jupiter. Il s’agit en fait de satellites : Io, Europe, Ganymède et Callisto, que l'on nomme les satellites galiléens. De plus, il arrive à observer les phases de Vénus, qui ne peuvent s'expliquer que dans un modèle héliocentrique.
En 1632, sous la pression de l’Église catholique, il revient sur le modèle héliocentrique. Il est alors assigné à résidence et poursuit son travail scientifique dans le domaine des mouvements. C’est à cette période qu’il résout indirectement un des problèmes majeurs du modèle héliocentrique : nous accompagnons le mouvement de la Terre, nous ne le ressentons donc pas, de la même manière qu’un boulet lâché du haut du mât d’un bateau en mouvement retombe directement au pied du mât et non derrière. Le principe d’inertie est alors posé.
Le 7 janvier 1610, Galilée observe Jupiter et découvre trois étoiles proches de la planète. Après quelques jours d’observation, il remarque la présence de quatre étoiles autour de Jupiter. Il s’agit en fait de satellites : Io, Europe, Ganymède et Callisto, que l'on nomme les satellites galiléens. De plus, il arrive à observer les phases de Vénus, qui ne peuvent s'expliquer que dans un modèle héliocentrique.
En 1632, sous la pression de l’Église catholique, il revient sur le modèle héliocentrique. Il est alors assigné à résidence et poursuit son travail scientifique dans le domaine des mouvements. C’est à cette période qu’il résout indirectement un des problèmes majeurs du modèle héliocentrique : nous accompagnons le mouvement de la Terre, nous ne le ressentons donc pas, de la même manière qu’un boulet lâché du haut du mât d’un bateau en mouvement retombe directement au pied du mât et non derrière. Le principe d’inertie est alors posé.
Ce que j’ai déjà vu
- Décrire le mouvement d’un objet modélisé par un point dans un référentiel donné.
Doc. 5 L’observation des astres, de l’Antiquité à nos jours
Doc. 5
De l’Antiquité jusqu’à Galilée, les astronomes ne disposaient d’aucun
instrument permettant d’agrandir ce qu’ils regardaient. Ils
mesuraient la taille des ombres laissées sur des cadrans solaires
et des distances ou des angles à l’aide d’outils comme l’astrolabe
ou des sextants. Galilée utilisa le premier instrument grossissant,
la lunette astronomique, qui conduit en 1671 à la création du
premier télescope par Newton. Aujourd’hui, nous sommes même
capables d’envoyer des sondes au-delà de notre système solaire
(Voyager I et II) et des télescopes en orbite à 600 km de la surface
de la Terre (Hubble). Finalement, à l’aide de ces observations,
nous savons qu'il existe des centaines de milliards de galaxies,
elles-mêmes constituées de centaines de milliards d'étoiles !
Cadran solaire (à gauche)
et astrolabe (à droite).
Questions
1. Doc. 1 Identifiez l’avantage principal et les problèmes théoriques du modèle héliocentrique de Copernic.2. Doc. 2 Identifiez les arguments de Tycho Brahé en défaveur des modèles d'Aristote et de Copernic.
3. Doc. 3 En quoi l’utilisation de la lunette par Galilée est à l’époque une révolution expérimentale ?
4. Doc. 3 Décrivez l’argument décisif de Galilée résolvant un des problèmes majeurs du modèle héliocentrique.
5. Doc. 4 Expliquez comment Isaac Newton a mis fin au débat des modèles héliocentrique/géocentrique.
6. Doc. 5 Quelles techniques d’observation utilisons-nous aujourd’hui pour observer l’Univers ?
7. Synthèse Reprenez chronologiquement, à partir de la description du modèle héliocentrique par Copernic, les étapes qui ont permis la validation du modèle héliocentrique.
Doc. 1 Les travaux de Copernic
Doc. 1
Nicolas Copernic (1473-1543) est issu
d’une famille de commerçants polonais.
Ses travaux en astronomie l’ont rendu
célèbre. Après 30 années de mesures, de
recherches et de calculs, il finit d’écrire
en 1530 De revolutionibus orbium coelestium, œuvre dans
laquelle il explique les mouvements des astres par le modèle
héliocentrique.
Le système héliocentrique lui permet de simplifier les trajectoires des astres et donc de se rapprocher de l’harmonie recherchée dans l’Antiquité. Son système n’est cependant pas exempt de problèmes, car les trajectoires des planètes ne sont pas parfaitement circulaires. Il introduira donc des épicycles, comme Ptolémée l’avait fait avant lui. Malgré la présence de ces épicycles, le système créé ici est bien plus élégant que celui de Ptolémée. À l’époque de Copernic, ce modèle n’a guère de succès, principalement pour des considérations physiques :
Le système héliocentrique lui permet de simplifier les trajectoires des astres et donc de se rapprocher de l’harmonie recherchée dans l’Antiquité. Son système n’est cependant pas exempt de problèmes, car les trajectoires des planètes ne sont pas parfaitement circulaires. Il introduira donc des épicycles, comme Ptolémée l’avait fait avant lui. Malgré la présence de ces épicycles, le système créé ici est bien plus élégant que celui de Ptolémée. À l’époque de Copernic, ce modèle n’a guère de succès, principalement pour des considérations physiques :
-
❯ si la Terre est en mouvement, comment se fait-il que nous
n’en ressentions pas les effets ?
❯ ce modèle multiplie le volume du cosmos par 8 milliards et induit donc la présence d’immenses espaces vides, ce qui est contraire aux thèses aristotéliciennes.
Hypothèse de Copernic sur les trajectoires des astres.
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