Galileo Galilei et l'astrophysique

Résumé

Qui est Galilée ?
Cet homme savait énormément de choses dans de nombreux domaines, pourtant, certaines de ses prises de position étaient controversées.

Galilée est un célèbre mathématicien, géomètre, physicien mais également astronome italien du XVIIe siècle.

Ce savant réalisera pendant sa vie de nombreux outils tels que la lunette astronomique en perfectionnant la lunette d'approche découverte par des Hollandais afin de procéder à des observations rapides mais aussi précoces. Cette lunette aura par ailleurs bouleversé de nombreux fondements de l'astronomie de l'époque. Galilée aura également été grand défenseur de l'approche modélisatrice copernicienne de l'Univers. Il lui proposera d'ailleurs d'adopter l'héliocentrisme et les mouvements satellitaires. A cause de ses prises de position, il s'attirera les foudres et les critiques de nombreux philosophes, partisans d'Aristote, qui proposaient un géocentrisme stable, une classification des corps et des êtres, un ordre immuable des éléments mais également une évolution réglée des substances. Malgré les mises en garde de ses différents protecteurs religieux, Galilée manquera de prudence au sujet de sa prise de position du mouvement terrestre, celui-ci ne possédant pas de preuves de ce qu'il avançait.

En ce qui concerne les mathématiques, Galilée n'a aucunement contribué à la progression de l'algèbre mais il aura beaucoup travaillé sur les suites mais également les courbes géométriques et la prise en compte de l'infiniment petits. D'ailleurs, Galilée décrira les mathématiques comme étant "un langage décrivant la nature".

Galilée aura également permis de nombreuses avancées concernant la mécanique, notamment la cinétique et la dynamique, grâce aux bases qu'il aura posé avec l'aide de ses nombreuses expériences sur l'équilibre mais aussi le mouvement des corps solides, en particulier sur la chute, la translation rectiligne, l'inertie mais également la généralisation des mesures dont le temps par l'isochronisme du pendule et la résistance des matériaux. Il sera même considéré comme fondateur de la physique -première des sciences exactes modernes- à partir de 1680.

Pour en savoir plus

Quels étaient les contemporains de Galilée ?
Tout comme Leonard de Vinci, Galilée était d'origine italienne.

Né à Pise en 1564, Galileo Galilei est le fils d’un musicien et compositeur florentin. A 35 ans, Galilée étudie les mouvements et décrit la chute des corps. Du haut de la tour de Pise, il lâche des balles de plomb, de bois, de papier et découvre que, quelle que soit leur masse, tous les corps sont animés du même mouvement. Il est également le premier à énoncer le principe de relativité. En fait, rien n’est absolument immobile et tout dépend du référentiel dans lequel on se place.

En mai 1609, Galilée entreprend la construction d’une lunette qu’il fabrique lui-même et obtient une lunette grossissant six fois sans déformation de l’image. Fort de ce premier succès, il réalise une nouvelle lunette d’un grossissement de neuf. Il en fait la démonstration en août 1609 aux Sénateurs de la République de Venise. Ces derniers, enthousiasmés, y voient aussitôt des applications militaires. Mais le mérite de Galilée fut de braquer sa lunette, non pas vers la Terre, mais vers le ciel.

Au début de l’année 1610, Galilée observe le ciel avec sa dernière lunette. En pointant l’instrument sur Jupiter, il découvre trois puis quatre « étoiles » alignées autour de la planète. Il trouve rapidement l’explication : Jupiter possède des satellites. En juillet de la même année, il obtenu plusieurs « titres » illustres et s’installe à Florence en septembre ; ce contre l’avis de ses amis qui lui conseillent de rester à Venise, la seule puissance qui ose encore résister au Pape.

C’est à cette période que Galilée fit de grandes découvertes sur les autres planètes comme par exemple Vénus. Il observa en effet que ces planètes avaient des phases et donc que ce ne pouvait pas être la Terre au centre du système mais le soleil.

Mais ces succès attisent les rancœurs tant sur les plans scientifiques que religieux. En 1616, il décide donc de se rendre à Rome afin de convaincre les ecclésiastiques du bien-fondé de ses théories. Il y rédige un opuscule sur les marées, preuves du mouvement de la Terre. Mais il est trop tard et en février 1616, les propositions coperniciennes selon lesquelles le soleil est le centre immobile du monde et la Terre est en mouvement autour de lui sont jugées hérétiques. En mars de la même année, l’ouvrage dans lequel Copernic expose ses théories est mis à l’Index et Galilée est prié de ne plus professer de telles hérésies. Il reste prudent pendant sept années et ne fait plus allusion aux théories coperniciennes.

En 1624, il reçoit l’aval du pape, Urbain 8 qui est progressiste, pour la rédaction d’un ouvrage contradictoire sur les différents systèmes du monde, à condition qu’il soit parfaitement objectif. Coup de théâtre : le pape Urbain VIII, furieux, ordonne la saisie de l’ouvrage. Mais il est trop tard et il a déjà été diffusé. Galilée est convoqué au Saint-Office en septembre de la même année. Ce retournement de situation est soit dû à un manque d’honnêteté de Galilée soit à un besoin politique pour le Pape.

Les audiences débutent en avril 1632. Galilée est accusé d’avoir enfreint l’interdiction de 1616 de défendre les théories de Copernic. Il est jugé coupable en juin, doit abjurer ses erreurs et est assigné à résidence. Il s’installe alors dans sa maison de la banlieue de Florence et y séjourne jusqu’à sa mort le 8 janvier 1642. Galilée ne sera réhabilité qu’en 1757 avec le retrait de l’interdiction de 1616.

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La lunette astronomique

La lunette astronomique, également appelée lunette de Kepler, est un instrument optique composé de lentilles lui permettant ainsi d'augmenter la luminosité mais également la taille apparente des objets célestes lors de l'observation de ceux-ci. Lorsque la lunette de Kepler est équipée d'un redresseur d'image, elle se comportera alors de façon similaire à la lunette d'approche, également appelé longue-vue.

Cet instrument a été développé dès la fin du XVIe siècle mais il faudra attendre 1609 pour que la lunette astronomique soit utilisée afin de réaliser des observations systématiques du ciel.

Comment observe-t-on une planète ?
Bien qu'étant une révolution à leur époque, les télescopes d'autrefois font maintenant pâle figure face aux performances des télescopes d'aujourd'hui.

Son histoire

Personne ne sait dire précisément qui a inventé la lunette astronomique. En effet, dans certains écrits de Leonard Digges, on peut comprendre que celui-ci avait conçu un prototype dès les années 1550 même si les premiers exemplaires explicitement décrits sembleraient venir d'Italie ou du Nord de l'Europe. En effet, Giambattista della Porta mentionna la lunette de Kepler dans son ouvrage La Magie naturelle en 1859. De nombreuses personnes cherchèrent alors à obtenir le brevet de cette lunette comme Hans Lippershey qui sera le premier à réaliser une démonstration concrète de la lunette d'approche avec un grossissement trois. En Septembre 1608, il semblerait que Zacharias Janssen en aurait commercialisé lors de la foire d'automne de Francfort. Jacques Metius, soutenu par Descartes se lança également dans la course au brevet.

D'ailleurs, le célèbre Descartes parlera de cette invention dans son ouvrage la Dioptrique :

« Mais, à la honte de nos sciences, cette invention, si utile et si admirable, n'a premièrement été trouvée que par l'expérience et la fortune. Il y a environ trente ans, qu'un nommé Jacques Metius, de la ville d'Alkmaar en Hollande, homme qui n'avait jamais étudié, bien qu'il eût un père et un frère qui ont fait profession des mathématiques, mais qui prenait particulièrement plaisir à faire des miroirs et verres brûlants, en composant même l'hiver avec de la glace, ainsi que l'expérience a montré qu'on en peut faire, ayant à cette occasion plusieurs verres de diverses formes, s'avisa par bonheur de regarder au travers de deux, dont l'un était un peu plus épais au milieu qu'aux extrémités, et l'autre au contraire beaucoup plus épais aux extrémités qu'au milieu, et il les appliqua si heureusement aux deux bouts d'un tuyau, que la première des lunettes dont nous parlons, en fut composée. »

Une fois que la lunette d'approche fut connue et commercialisée, plusieurs personnalités dès 1609 décidèrent de s'en servir afin d'observer les astres comme Thomas Harriot et Christoph Scheiner. Il faudra tout de même attendre Galilée qui, en Août 1609, établira réellement l'utilisation de la lunette d'approche pour l'observation d'astres. De plus, avec son regard curieux et neuf sur le sujet, il réalisa l’existence de différents phénomènes qu'il observera et étudiera. Au final, il décida de mettre au point ses propres lunettes d'observation avec des grossissement par six, vingt puis finalement trente.

L'Académie des Lyncéens

Également appelée Académie des Lyncées ou Académie des Lynx, cette académie est considérée comme étant la plus ancienne académie scientifique d'Europe. Elle sera fondée en 1603 par un pacte entre le prince Federico Cesi et deux de ses amis. Cette académie adoptera la référence à la vue du lynx, connue pour être perçante, afin de symboliser la puissance de la vue de la science mais également la découverte de le fabuleux pouvoir de résolution du microscope, un outil inventé au XVIIe siècle qui permettra de nombreuses découvertes sur la nature de l'Homme.

La création de cette académie représentera un moment puissant de la révolution scientifique de la Renaissance puisqu'elle permettra la fondation d'une nouvelle tradition, la tradition des académies, des sociétés savantes mais également celle d'autres réseaux de correspondants initiés.

Aujourd'hui, on considère que les héritiers de cette académie sont :

  • l'Accademia nazionale dei Lincei, italienne,
  • et l'Académie pontificale des sciences ou Pontificia Academia Scientiarum, du Vatican.

Composition d'une lunette astronomique

Une lunette astronomique est composée d'un tube fermé où sont disposés d'une part et d'autre de celui-ci un objectif et un oculaire.

Le tube peut être fixe ou télescopique, notamment dans le cas des longues-vues utilisées par les marins. L'oculaire est situé, comme son nom peut laisser entendre, du côté de l’œil de l'observateur. Il est de petite taille. L'objectif, quant à lui, se situe de l'autre côté du tube et est généralement de plus grande taille que l'oculaire.

Les lunettes de Galilée

Pourquoi la planète Jupiter se nomme ainsi ?
Jupiter est la cinquième planète du Système solaire. Il s'agit également de la plus grosse.
Il lui faut 11 ans pour tourner autour du soleil tandis qu'elle fait un tour sur elle même toutes les 10 heures.
Il s'agit d'une planète gazeuse. Cela signifie qu'elle n'a aucune surface solide. Elle est uniquement composée de nuages. Son atmosphère recouvre 90 % d'hydrogène pour 10 % d'hélium. On peut également y retrouver des traces d'eau, d'ammoniac ou de méthane.
Son cœur est très chaud et avoisine les 20 000 K, soit environ 19 726 °C.
Elle détient également un fort champ magnétique qui s'étends jusque après Saturne !

Comme peut indiquer le nom de cet instrument, les lunettes de Galilée correspondent à deux lunettes astronomiques qui ont été conçues par Galilée. Ces deux lunettes étant destinées à l'observation du ciel et des astres.

Il n'existe que deux originaux qui sont actuellement conservés au Musée de Galilée à Florence. On les nommera plus tard télescope suite à la proposition du prince Federico Cesi, aussi connu comme étant le fondateur de l'Académie des Lyncéens. Il a décidé de ce nom en combinant le préfixe tele, signifiant loin, et le verbe skopeo, signifiant voir, en grec ancien. Ainsi, les lunettes de Galilée correspondent à des télescopes qui réfracteurs. Notons qu'en Français, le nom télescope est réservé aux télescopes réflecteurs.

En plus de ces lunettes, Galilée permettra également la conception de différents accessoires pour l'utilisation du télescope comme un micromètre permettant de mesurer la distance entre Jupiter et ses satellites, ou encore un hélioscope qui, quant à lui, permet d'observer les tâches solaires sans endommager les yeux de l'observateur.

Première lunette de Galilée

Cette lunette correspond à un système afocal composé d'un tube principal ainsi que deux sections, considérées comme mineures, dans lesquelles on peut trouver l'objectif mais aussi l'oculaire. Quant à lui, le tube principal est composé de deux tubes semi-circulaires recouverts de papiers et tenus ensemble avec l'aide d'un fil de cuivre.

L'objectif, biconvexe, mesure 51 millimètres de diamètres. Notons que les rayons de courbure des surfaces ne sont pas pareils. La distance focale est de 1 330 millimètres et son épaisseur au centre es de 2,5 millimètres.

L'oculaire, plan-concave, mesure 26 millimètres de diamètre où le côté concave présente un rayon de courbure en direction de l'œil de 48,5 millimètres. Son épaisseur au centre est de 3 millimètres pour une distance focale de -94 millimètres -notons que cette distance focale est négative puisque la lentille est divergente-.

Ainsi, cette lunette permet à l'observateur de visualiser des objets grossis 14 fois avec un champ visuel de 15'.

Deuxième lunette de Galilée

La deuxième lunette de Galilée, quant à elle, est composé d'un tube principal où on peut trouver à l'une de ses extrémité deux sections distinctes qui y sont insérées afin de porter un objectif et un oculaire.

Le tube est composé de lamelles de bois jointes et recouvertes de cuir rouge, aujourd'hui devenu marron à cause du temps, décoré avec des frises en or.

L'objectif, plan-convexe, présente son côté convexe vers l'extérieur mesure 37 millimètres de diamètre pour une ouverture de 15 millimètres et une distance focale de 980 millimètres. Son épaisseur au centre est de 2 millimètres.

Malheureusement, l'oculaire d'origine a été perdu mais remplacé dès le XIXe siècle par une oculaire biconcave de 22 millimètres de diamètre. Avec une épaisseur au centre de 1,8 millimètre, cet oculaire présente une distance focale de -47,5 millimètres -encore une lentille divergente, reconnaissable à la distance focale négative.

L'instrument ainsi formé permet d'agrandir 21 fois l'objet observé avec un champ visuel de 15'.

Enregistré dans l'inventaire de 1704 de la Galerie des Offices, l'oculaire, décrit comme incliné, était toujours présent bien que détaché du tube. Il sera considéré comme perdu dès le XVIIIe siècle.

La Galerie des Offices correspond à un palais florentin où y est abrité un patrimoine artistique extrêmement connu à travers le monde. Ouvert depuis 1765, le musée des Offices permet aux visiteurs d'observer sur 8 000 m² une superbe collection de peintures italiennes et autres œuvres de célèbres maîtres européens comme Albrecht Dürer et Francisco de Goya.

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Joy

Freelancer et étudiante en Sciences de la Vie et de la Terre, je suis un peu une grande sœur qui épaule et aide les autres pour observer et comprendre le monde qui nous entoure et ses curieux secrets !