Johannes Kepler et Tycho Brahe, deux astronomes à Prague

19/09/2016

A quelques pas de l'horloge astronomique de Prague, de 1600 à 1612, vivait l'un des astronomes les plus célèbres, Johannes Kepler. La capitale de la Bohème attirait alors de nombreux chercheurs, séduits par la protection que leur prodiguait Rodolphe II, passionné d'art et de sciences. C'est dans la ville de Prague que Kepler inventa ses lois de la mécanique céleste qui deviendront éponymes, après avoir collaboré avec un autre acteur incontournable de l'Histoire de l'astronomie, Tycho Brahe, lui aussi réfugié à Prague depuis 1588 et qui y mourut en 1601.

 

 

                       © DR / Keplerovo Museum, le musée consacré à Képler et son oeuvre.

 

 

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                      © DR / Sculptures de Tycho Brahe et Johannes Kepler

 

 

Deux astronomes, deux générations

 

Tycho Brahe, dit Le noble Danois ou L'homme au nez d'or, arrivé à Prague en 1599 en tant que mathématicien officiel de Rodolphe II, grand protecteur des savants et des artistes, est une figure incontournable de Prague. Ce père danois de l'astronomie moderne identifia des milliers d'étoiles, effectua des observations extrêmement précises pour l'époque avant l'invention du télescope (qui sera amélioré par Galilée en 1609 et Johannes Kepler) et aida son assistant (qui prendra sa place à sa mort) Johannes Kepler à établir les lois du mouvement planétaire. Il est enterré à Notre-Dame-de-Tyn, à Prague.

 

 

De son côté Kepler envoya des exemplaires de son Mysterium au printemps 1597, à tous les savants auxquels il put songer, Galilée et Tycho Brahe en premier lieu. Les revues scientifiques n'existaient pas en ce temps-là, mais il y avait entre les lettrés une correspondance internationale extrêmement foisonnante. C'est ainsi que le livre du jeune Kepler, encore inconnu, causa certains remous, pas autant qu'il l'avait espéré, mais tout de même significatifs.

Jusqu'à cette époque, l'astronomie de Ptolémée à Kepler, demeurait une géographie du ciel, uniquement descriptive. Cela consistait à établir la carte des étoiles, les horaires du Soleil de la Lune, et des planètes, et de certains événements relatifs à ces astres. En outre, les causes physiques de ces mouvements, les explications de ces forces naturelles ne concernait pas l'astronome.

En somme, le livre de Kepler contenait les prémices de la cosmographie nouvelle, qui fut saluée par les réactionnaires, et rejetée par les modernes. Loin de ces extrêmes, un seul homme comprit le génie de l'ouvrage : Tycho Brahe.

Il fallut encore trois ans avant que Kepler ne rencontre Tycho Brahe. Il deviendra alors son assistant, et pourra réellement débuter son œuvre.

 

L'idée de son Mysterium Cosmographicum prend forme en 1595, alors que Kepler est dans sa classe, devant le tableau noir. Elle lui sembla si forte, qu'il crut détenir la clé des secrets de la création : l'Univers s'est construit sur des figures symétriques -triangle, carré, pentagone, etc- qui en déterminent la structure originelle invisible. Ainsi débuta sa recherche des lois planétaires. Voici le descriptif de sa conception, que l'on retrouve dans les images ci-dessous:

Dans l'espace à trois dimensions on peut construire un nombre limité de solides réguliers, cinq. Ces solides parfaits, dont toutes les faces sont identiques, sont le tétraèdre (pyramide) délimité par quatre triangles équilatéraux, le cube, l'octaèdre, à huit triangles équilatéraux, le dodécaèdre, à douze pentagones, et l'icosaèdre, à vingt triangles équilatéraux. On les surnomme également les solides "pythagoriciens" ou "platoniciens". Etant parfaitement symétrique, chacun d'eux peut être inscrit dans une sphère. Ainsi, il existait cinq solides parfaits seulement, et cinq intervalles entre les planètes. Comment croire que ce ne fut par un hasard, surtout pour Kepler qui était très mystique. On compris donc qu'il y avait six planètes, et on comprenait la raison des distances entre les orbites. Ces dernières devaient être espacées de façon à s'ajuster parfaitement dans les intervalles, comme une charpente invisible. Il étendra cette idée à la musique, quelques années plus tard, pensant qu'il y avait des harmonies physiques dans les mouvements des planètes. En outre, il a constaté que la différence entre les vitesses angulaires maximales et minimales d'une planète sur son orbite se rapproche d’une proportion harmonique.

 

Bien que ces conception soit fausses scientifiquement parlant, elles sont les premières pierres de l’édifice keplerien, qui donnera lieu aux lois de Kepler, à la démolition des conceptions antiques de l'Univers, et à la naissance de la cosmologie moderne.

 

Malgré leurs intérêts communs, les relations entre les deux personnages se révèleront compliquées.

En effet, Tycho Brahe ne croyant pas à l’héliocentrisme de Copernic mais soutenant une autre théorie selon laquelle la Terre est au centre de l'Univers, mais les autres planètes tournent autour du Soleil, ce qui n'allait pas totalement contre les Ecritures. Kepler lui, croit en la théorie de Copernic.

 

© DR / Keplerovo Museum

                                              © DR / Keplerovo Museum

 

 

 

Le mouvement des planètes

 

Tycho Brahe avait remarqué une excentricité dans la trajectoire de Mars ce qui s’apparentait à une anomalie à cette époque où la symbolique du cercle, figure parfaite, prédominait. Il demanda à Kepler de calculer son orbite précise, afin de vérifier son impression. Pensant accomplir sa tâche en quelques semaines, il ne lui fallut pas moins de six ans au jeune Kepler pour achever son travail. C’est durant cet exercice qu’il découvrit les deux premières de ses trois lois fondamentales : "Les planètes décrivent des trajectoires elliptiques dont le Soleil est un foyer. " " Le mouvement de chaque planète est tel que le segment de droite reliant le soleil et la planète balaie des aires égales pendant des durées égales. " Ces lois furent publiées d'après ses résultats dans l'ouvrage Astronomia Nova (Astronomie nouvelle, en latin) en 1609. Dans ce même ouvrage, il est également le premier à émettre l’hypothèse d’une rotation du Soleil sur son axe.

 

© DR / Keplerovo Museum

 

 

Les lois de Kepler décrivent les propriétés principales du mouvement des planètes autour du Soleil. Copernic avait soutenu en 1543 avec son mythique De revolutionibus orbium coelestium (Des révolutions des orbes célestes ou des sphères célestes) que les planètes tournaient autour du Soleil, mais il s'appuyait sur le mouvement circulaire uniforme, hérité de l'antiquité grecque, et les moyens mathématiques n'étaient pas si différents de ceux utilisés par Ptolémée pour son système géocentrique.

Les deux premières lois de Kepler sont publiées en 1609 et la troisième en 1618. Les orbites elliptiques, telles qu'énoncées dans ses deux premières lois, permettent d'expliquer la complexité du mouvement apparent des planètes dans le ciel sans recourir aux épicycles, excentriques et autre équant (ou substituts de celui-ci) des modèles copernicien et ptoléméen.

En 1687, s'appuyant sur les travaux de Galilée, Kepler et Huygens, Isaac Newton découvre la loi de la gravitation qui lui permet d'expliquer les trois lois de Kepler. D'ailleurs fait surprenant, Kepler avait déjà esquissé, sans le savoir à travers ses lignes, l'existence de la gravitation avant Newton.

 

Avant-gardiste, occulté par Galilée qui en 1609 utilise la lunette astronomique, et publie en 1610 son fameux Messager des étoiles (Sidereus nuncius), le premier ouvrage scientifique reposant sur des observations effectuées grâce à cet instrument, Johannes Kepler a longtemps été éclipsé. Pourtant son approche se révéla révolutionnaire, souvent à son propre insu, toujours tiraillé entre mysticisme et génie scientifique.

 

 

 

 

 

 

                                         © DR / Keplerovo Museum

 

 

 

Bibliographie :

Arthur Koestler, Les Somnanbules, Les Belles Lettres,  Collection Gout Des Idees, numéro 1, 2010

Édouard Mehl (éd.) (en collaboration avec Nicolas Roudet), Kepler. La physique céleste : Autour de l'Astronomia nova (1609), Paris, Les Belles Lettres, coll. « L'âne d'or » (no 36), 2011, 360 p.

 

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