Ordonnancement des objets du système solaire dans le système de Copernic.(La figure n'est pas à l'échelle).
Durant plus d'un millénaire, le système de Ptolémée fera l'unanimité. L'hypothèse héliocentrique avancée en son temps par Aristarque de Samos (IIIème siècle avant notre ère) ne semblait guère peser lourd en effet face à cette théorie géocentrique qui donnait de tout mouvement astronomique, à l'exception de celui des étoiles, une explication "rationnelle". Le fait mème que le Soleil est 19 fois plus gros que la Terre ne remettait pas en cause ce système : l'astre du jour n'était-il pas en effet constitué d'éther, cette substance plus légère encore que l'air ? Dans l'esprit des Anciens, seul un objet plus massif que la Terre aurait logiquement pu détrôner notre planète, lui ôter sa position centrale. Un astronome du nom d'Oresme (1320-1382) démontra toutefois, "à titre purement indicatif", que les mouvements célestes apparents demeureraient inchangés si la Terre, et non le ciel, était animée d'un mouvement uniforme de rotation... un mouvement dont nous, habitants de la Terre, ne nous rendrions pas compte. En l'an 1450, Nicolas de Cuse fit d'ailleurs très justement remarquer que les passagers d'un bateau, enfermés dans une cale sans hublots, n'étaient pas conscients du mouvement de leur embarcation lorsque celle-ci file à vitesse constante sur une mer calme. A moins de grimper sur le pont, il leur était impossible d'affirmer en effet si le navire était immobile ou en mouvement.
La théorie héliocentrique
Sans doute n'en fallut-il pas davantage à un chanoine polonais du nom de Nicolas Copernic (1473-1543), qui avait fait ses études dans les universités italiennes de l'époque (Bologne, Padoue, Rome) et réalisé de multiples observations du ciel, pour complètement réviser l'antique système de Ptolémée. Dans son ouvrage intitulé De revolutionibus orbium coelestium, littéralement De la révolution des orbes célestes, qui parut l'année de sa mort, il exposa en effet sa théorie héliocentrique, qui, peu à peu mais non sans mal, se substituera à la thèse géocentrique. Dans ce nouveau système, le Soleil est placé au coeur de l'univers. Toutes les planètes, la Terre également, sont animées d'un mouvement circulaire uniforme autour de l'astre du jour. Seule la Lune continue de décrire une trajectoire circulaire autour de notre Terre. La voûte étoilée, quant à elle, se situe à grande distance de notre système solaire : son mouvement de rotation apparente, soit le mouvement diurne des étoiles la peuplant, ne résulte plus désormais que de la rotation de la Terre sur son axe ; elle est donc parfaitement immobile en théorie.
Le mouvement apparent des planètes autour du Soleil résulte donc de la combinaison de leur propre révolution et de celle de la Terre autour de l'astre du jour. Aussi la mesure de leurs périodes de révolution apparente ne fournit-t-elle pas la valeur de leurs périodes réelles ou périodes sidérales - mesurées par rapport aux étoiles fixes. Déterminer cette période réelle suppose d'appliquer une correction - liée au déplacement de la Terre le long du cercle de l'écliptique - au laps de temps s'écoulant entre deux mèmes configurations Planète-Soleil - entre deux oppositions de Mars, par exemple. En appliquant cette méthode, Copernic parvint à déterminer, avec grande précision, les périodes de révolution réelles des planètes Mercure (0,24 an), Vénus (0,62 an), Mars (1,88 an), Jupiter (11,86 ans) et Saturne (29,46 ans), celle de la Terre étant égale à une année de 365,25 jours. Il ne faisait par ailleurs aucun doute à ses yeux que l'éloignement d'une planète était directement proportionnel à la durée de sa période de révolution, soit à la longueur de son orbite. Aussi définit-il l'ordre dans lequel ces planètes devraient se trouver - un ordre aujourd'hui bien établi. L'on doit aux Grecs d'avoir déterminé l'ordre de grandeur des distances séparant la Terre du Soleil et la Terre de la Lune. Leur système géocentrique leur interdisait toutefois de calculer les distances planétaires... ce que l'adoption de l'hypothèse héliocentrique permettra, bien plus tard. C'est à Copernic en effet que revient l'honneur d'avoir calculé les distances séparant les planètes du Soleil, en prenant pour étalon la distance Terre-Soleil. Copernic était conscient de l'incertitude planant sur le résultat obtenu par Aristarque de Samos, quelques 1500 ans auparavant. Etant lui-mème incapable de fournir une estimation plus précise de la distance Terre-Soleil et ne souhaitant pas répercuter cette erreur sur ses propres résultats, il définit un étalon, l'unité astronomique : 1 ua = distance Soleil-Terre.
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