Une brève histoire de l'astronomie

De très nombreuses générations d'humains ont levé les yeux vers le ciel nocturne pour y regarder ses étoiles scintillantes et ses lumières dansantes. Dans les régions sombres et reculées où ont vécu nos ancêtres avant la construction des métropoles contemporaines, le ciel nocturne devait réellement leur sembler vivant.

Les premiers jours (et les premières nuits)

Les cultures indigènes du monde entier ont longtemps observé le ciel à l'œil nu, repérant souvent les étoiles, les planètes et d'autres phénomènes célestes.

Ces communautés ont souvent utilisé leurs connaissances de l'astronomie pour :

la navigation;
l'établissement d'un calendrier;
la planification agricole;
les pratiques spirituelles et religieuses.

Un regard plus pénétrant sur les cieux

Les anciens astronomes du monde entier ont fait de nombreuses observations et prédictions. Parmi les documents historiques se trouvent de très nombreuses cartes célestes. Celles-ci témoignent de leurs travaux de cartographie du ciel nocturne et de leurs efforts pour en apprendre davantage sur la mécanique de l'Univers.

Voici certaines des premières découvertes.

Les planètes et les étoiles: Les astronomes babyloniens des premier et deuxième millénaires avant notre ère ont observé dans le ciel nocturne cinq points lumineux qui se déplaçaient différemment des autres. Ils ont conclu qu'ils étaient très différents : ce n'était pas des étoiles. Les historiens et les astronomes croient maintenant que les Babyloniens ont été les premiers à reconnaître les planètes Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne, toutes visibles à l'œil nu à un moment ou l'autre de l'année.
La Terre : une sphère: Dès le sixième siècle avant notre ère, les anciens philosophes grecs ont prouvé que la Terre était une sphère. Ils ont remarqué que le ciel nocturne n'était pas le même selon l'endroit où l'on se trouvait sur Terre. Cela semblait indiquer que la surface de la Terre était courbe. Ils ont aussi observé l'ombre ronde de la Terre sur la Lune pendant les éclipses lunaires. Ces philosophes ont même pu calculer assez précisément la circonférence de la Terre. Ils y sont parvenus en mesurant la longueur de l'ombre projetée par un objet à exactement la même heure dans deux lieux différents. En tenant compte de la distance entre les deux endroits et de la différence de la longueur des ombres, ils ont calculé que la circonférence de la Terre était d'environ 46 250 kilomètres. Ce résultat est proche de la valeur réelle de 40 075 kilomètres!
Supernovas brillantes: Ce sont des astronomes chinois qui ont consigné par écrit pour la première fois l'observation d'une supernova. Depuis, plusieurs explosions de supernovas ont été observées, notamment en 1054. Cette année-là, une supernova particulièrement brillante est apparue dans le ciel. À son maximum, elle était quatre fois plus lumineuse que la planète Vénus, l'un des objets les plus brillants du ciel nocturne. Certaines supernovas sont si brillantes qu'on peut les voir pendant le jour!
Galaxies nébuleuses: L'idée que notre propre galaxie, la Voie lactée, n'est qu'une des galaxies parmi les milliers de milliards de galaxies de l'Univers ne remonte qu'à une centaine d'années. Avant, on pensait que les galaxies proches n'étaient que des parties nuageuses de la Voie lactée. C'est en 964 qu'un astronome persan mentionne pour la première fois l'observation de la galaxie d'Andromède, notre voisine, la décrivant comme une « tache nébuleuse ». Pendant des siècles, elle a été recensée dans les cartes du ciel comme un simple « petit nuage ».

L'astrolabe, comme celui-ci fabriqué en 1554 par l'horloger français Jean Naze, est un outil de navigation. Il sert à déterminer l'heure locale et la latitude d'un lieu à partir de la position d'objets célestes. Bien que le Soleil soit l'astre le plus fréquemment employé avec un astrolabe, l'observateur peut aussi utiliser l'une des 58 « étoiles de navigation » reconnues pour calculer sa position. Une méthode de navigation astronomique recourt même à l'angle de la Lune pour déterminer l'heure, donnée cruciale pour les anciens marins naviguant sur des mers inconnues. (Source : Marie-Lan Nguyen.)

La révolution copernicienne

Avant le 16e siècle, on croyait que la Terre était au centre du Système solaire et que tous les astres tournaient autour d'elle. C'est ce que l'on appelle le modèle géocentrique. Cette théorie toutefois n'expliquait pas les observations incompatibles des astronomes, comme la trajectoire rétrograde de certaines planètes sur leur orbite.

Quand on observe depuis la Terre la trajectoire des planètes autour du Soleil, elles ne semblent pas se déplacer toujours dans le même sens. Elles semblent parfois reculer en faisant une boucle pendant une courte période avant de reprendre leur trajectoire. C'est ce que l'on appelle le mouvement rétrograde. C'est l'une des principales preuves que le Soleil se trouve au centre du Système solaire et que toutes les planètes tournent autour.

En 1543, l'astronome polonais Nicolas Copernic a proposé le modèle héliocentrique du Système solaire, où les planètes orbitent autour du Soleil. Ce modèle expliquait la trajectoire insolite des planètes que les astronomes avaient observée. Cette nouvelle théorie était l'une des nombreuses idées révolutionnaires sur l'astronomie qui ont émergé pendant la Renaissance.

Les travaux des astronomes Tycho Brahe et Johannes Kepler ont produit une description précise des mouvements planétaires et ont mené Isaac Newton à formuler sa théorie de la gravitation universelle. Ces progrès ont considérablement amélioré notre compréhension de l'Univers. L'invention du télescope au début du 17e siècle a permis de soutenir les observations et les recherches. L'astronome italien Galilée en a vulgarisé l'utilisation pour étudier et découvrir des objets célestes. Il a notamment découvert les quatre plus grands satellites de Jupiter qui, en son honneur, ont été baptisés satellites galiléens.

Un univers de connaissance en expansion

Au cours des siècles suivants, les astronomes du monde entier ont étudié le ciel de façon très méthodique, en dressant des catalogues d'étoiles, d'amas stellaires et de nébuleuses. Après sa découverte d'Uranus en 1781, William Herschel a inauguré un nouveau domaine de recherche en 1800 en découvrant le rayonnement infrarouge, un type de lumière invisible pour l'œil humain.

D'autres ont tiré parti des progrès rapides dans les domaines de l'optique et de l'imagerie. En 1923, Edwin Hubble a profondément modifié notre vision scientifique de l'Univers. À partir de ses observations à l'aide du télescope Hooker de 2,5 m, il a prouvé que la nébuleuse d'Andromède se trouvait bien au-delà de notre Voie lactée.

La découverte par Hubble de l'expansion continue de l'Univers a aussi ouvert la voie à d'autres astronomes pour développer des théories sur son origine. Celle du big bang, d'abord proposée par Georges Lemaître, a ensuite été appuyée par une preuve solide, la découverte du fond diffus cosmologique. C'est le faible « bruit radio » fossile de la grande explosion qui a donné naissance à tout dans l'Univers. Ce rayonnement micro-onde diffus a été découvert par accident à peine cinq ans avant l'atterrissage d'Apollo 11 sur la Lune.

Les améliorations apportées au lancement et à la conception des satellites au cours de la seconde moitié du 20e siècle ont permis aux astronomes de recueillir encore plus de données sur les planètes du Système solaire. Plusieurs missions de sondes spatiales robotisées, dont Mariner, Venera et Voyager, se sont aventurées plus loin que jamais.

L'astronomie aujourd'hui

Fruit de la collaboration entre la NASA, l'Agence spatiale canadienne et l'Agence spatiale européenne, le télescope spatial James Webb est le télescope spatial le plus complexe et le plus puissant jamais construit. Depuis son emplacement privilégié dans l'espace, il aide les scientifiques à mieux comprendre l'Univers. (Source : NASA.)

De nos jours, les astronomes obtiennent des données sur les astres à l'aide d'énormes télescopes au sol ou dans l'espace. Ces télescopes dotés d'énormes miroirs permettent aux astronomes de capter la lumière d'objets de très faible luminosité et très éloignés. On a mis au point des techniques spéciales et des instruments scientifiques sensibles pour étudier, en plus de la lumière visible, l'ensemble du spectre électromagnétique, dont la lumière infrarouge, les ondes radio et les rayons X.

De grands télescopes complexes et des techniques de pointe ont même permis aux astrophysiciens d'observer directement des phénomènes comme les trous noirs et les ondes gravitationnelles, mais aussi des exoplanètes éloignées.

Doté d'un grand miroir doré de 6,5 mètres, le télescope spatial James Webb, le plus grand télescope spatial jamais construit, a été lancé en 2021. Grâce aux instruments de précision du télescope Webb, il est possible de collecter à travers les nuages de poussière cosmique la lumière infrarouge d'étoiles et de galaxies lointaines. Les chercheurs, dont des astronomes canadiens, peuvent ainsi avoir un aperçu inédit des premiers moments de l'Univers et des planètes encore inconnues en orbite autour d'autres étoiles.

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