Archéoastronomie

Eurêka (II)

Vers 330 avant notre ère, l'astronome et géographe grec Pythéas le Massaliote dit de Pythéas de Marseille (c.-350 à c.-306), persuadé que la Terre était ronde, décida d'explorer le monde. Il embarqua avec son équipage dans le port de Marseille et remonta vers la mer du Nord et la mer de Norvège. On pense qu'il s'approcha de l'Islande et franchit le Cercle Arctique. Son journal de bord parle d'animaux marins fantastiques, de geysers, de glace flottante qu'il ne connaît pas, de nuits très courtes, de journées de 20 heures, du Soleil qui ne se couche pas... Durant son voyage, il rencontra également des tribus celtiques et germaniques. Après son retour malheureusement personne ne crût ses histoires farfelues et le célèbre Strabon le traitera de menteur. Pourtant Pythéas venait de découvrir un autre monde ouvrant ainsi la voie aux aventuriers. Triste dans sa demi-disgrâce il écrivit cependant : "Je suis triste, mais dans mon coeur la certitude de mon savoir n'est pas ébranlée".[3]

Pendant ce temps, alors qu'Alexandre le Grand (-356 à -323), roi de Macédoine, assiège Babylone, les Grecs en profitent pour accéder aux manuscrits orientaux. Avec Alexandre le Grand naissent les Empires. L'homme grec n'est plus maître dans sa cité. Les décisions sont prises ailleurs, à commencer par Rome. Philosophiquement parlant, c'est l'époque à laquelle l'Homme se tourne vers lui-même et s'individualise (épicurisme, stoïcisme, etc.).

L'Académie et les écoles grecques

Entre 300 et 270 avant notre ère car la date n'est pas certaine, le mathématicien grec Euclide écrivit ses fameux "Eléments" (voir aussi ce lien), une somme de 13 tomes (15 an français) consacrés à la géométrie et aux mathématiques. Les livres I à VI traitent de la géométrie plane, le livre V des rapports géométriques, le livre VII des figures sembables et du théorème de Thalès, les livres VII à IX de l'arithmétique, le livre X de la théorie des nombres irrationnels d'Eudoxe, les livres XI à XIII de la géométrie dans l'espace. L'ensemble se termine par l'étude des propriétés des cinq polyèdres réguliers et une démonstration de leur existence. Ces ouvrages ont servit de fondement au développement de la logique et de la science en Occident. Malheureusement la plus ancienne copie complète qu'il nous reste fut rédigée par le mathématicien grec Théon d'Alexandrie probablement vers 370 de notre ère, auteur qui rédigea également des commentaires sur l'"Almageste" de Claude Ptolémée. Les "Eléments" seront traduits pour la première fois en anglais par Henry Billingsley en 1570 puis par Isaac Barrow en 1650, traduction que consulta vraisemblablement Newton en 1663. La plus ancienne version française fut rédigée en 1613 par Jacques Le Roy.

A la même époque, le mathématicien Aristarque de Samos (-310 à c.-230) détermina par trigonométrie les distances moyennes du Soleil et de la Lune. Dans sa logique, il estimait également que la petite planète Terre devait tourner autour du grand Soleil. Si les étoiles paraissaient fixes, c'est parce qu'elles étaient extrêmement éloignées. A juste titre Aristarque fut surnommé "le Copernic de l'Antiquité". Malheureusement ses travaux ont été perdu. Nous n'en avons connaissance qu'à travers un traité rédigé par Archimède.

Après s'être écrié "Eurêka" en découvrant la manière de calculer la masse volumique d'un corps, le grand mathématicien Archimède (-287 à -212) s'attaqua au problème de l'Univers aux environs de 250 avant notre ère, époque à laquelle il écrivit l'Arénaire ("Arena" signifiant sable). Malheureusement cet ouvrage ne sera diffusé et connu des érudits qu'en 1544, après la mort de Copernic.

A consulter : Almagest Ephemeris Calculator

  Les Eléments d'Euclide, trad. Jacques Le Roy, 1626

Quelques grands mathématiciens de l'Antiquité. A gauche, Euclide d'Alexandrie peint par Juste de Gand vers 1474 mais qui le nomme Euclide de Mégare. L'oeuvre est exposée dans la Galerie Nationale des Marches, en Italie. A sa droite, gros-plan sur Aristarque de Samos. Il s'agit d'une version colorisée de la planche 4 présentée dans l'ouvrage "Harmonia Macrocosmica" d’Andreas Cellarius publié en 1660. Au centre, le buste en marbre d'Archimède de Syracuse exposé au Musée National Archéologique de Naples. Il fut découvert dans le péristyle rectangulaire de la Villa des Papyrus, à Herculanum. Voici le même buste en N/B sous un angle différent. A droite du centre, Hipparque de Nicée. Il s'agit d'une reproduction colorisée d'une gravure du XIXe.s. le présentant à l'observatoire d'Alexandrie. Voici la version HD en noir et blanc. A l'extrême droite, Claude Ptolémée. Il s'agit d'une copie colorisée extraite d'un manuscrit médiéval.

Suivant la théorie d'Aristarque, Archimède suggéra à son ami le roi Hiéron II de Syracuse que l'Univers pouvait contenir 10⁶³ grains de sable. Il s'étendait bien au-delà de l'orbite de Saturne, la sphère des fixes étant située dans notre jargon moderne à une distance d'une année-lumière de la Terre ! L'espace voyait ses dimensions multipliée par un facteur cent mille. Malheureusement les successeurs d'Archimède n'appréciaient pas son modèle cosmologique et bientôt Grecs et Romains revendiquèrent le système de Ptolémée.

Un siècle plus tard, vers 146 avant notre ère, l'astronome et mathématicien grec Hipparque de Nicée (-180 à -125) dressa à l'aide de son astrolabe le "Catalogue des étoiles fixes" en mesurant la position de 1002 d'étoiles de l'hémisphère nord et recalcula la distance du Soleil et de la Lune. Hipparque fut le premier Grec à calculer des distances angulaires en coordonnées orthogonales. Ses mesures sont extrêmement précises, variant entre 1 et 0.4°. On se demande encore comment il parvint à une tellement précison en observant le ciel à l'oeil nu... C'est Hipparque également qui découvrit la précession des équinoxes en comparant la rotation sidérale du Soleil à sa rotation tropicale et qui détermina que l'année durait 365.25 jours. A l'époque, il pensait que ses calculs présentaient une erreur de 15 minutes par jour. En réalité, l'erreur n'est que de 6 minutes. On attribue également à Hipparque l'échelle des magnitudes apparentes (originellement divisées en 6 grandeurs) qui sera reprise par Ptolémée.

Claude Ptolémée

Aux alentours de 140 de notre ère, l'astronome, mathématicien et géographe grec Claude Ptolémée  (90 à 168 de notre ère) reprit la théorie d'Hipparque. Il expose dans son "Almageste" la première théorie empirique du mouvement de la Lune. Ptolémée confirme tout en corrigeant le système géocentrique d'Aristote.

Ptolémée fut plus qu'un savant car il réalisa la synthèse des travaux antérieurs et expliqua les théories du ciel, révolutionnant l'astronomie. On a dit de lui qu'il avait plagié Hipparque de Nicée en recopiant le "Catalogue des étoiles fixes" dans son "Almageste". Mais sans disposer des ouvrages originaux, la critique était facile. Il s'avère en réalité que Ptolémée (et les assistants qui travaillaient avec lui) a remesuré toutes les positions des étoiles, donnant parfois la préférence aux mesures d'Hipparque quand elles étaient identiques aux siennes, parfois les corrigeant quand il estimait que ses propres mesures étaient plus précises. Ptolémée cite également Hipparque, preuve qu'il était intellectuellement honnête.

Pour l'aider dans ses recherches, dans son "Traité de géographie" (Livre I, ch. III), Ptolémée fait allusion à un "météoroscope, dont nous avons donné la construction". Cet instrument lui permettait de mesurer la position des corps célestes. Aujourd'hui appelé la sphère armillaire, c'est la version 3D de l'astrolabe inventé par Hipparque. Cet instrument nous est également connu par un commentaire du mathématicien Pappus d'Alexandrie (c.290 à c.350) sur le cinquième livre de l'Almageste et plus récemment par la découverte dans la Pinacothèque Ambrosienne (Veneranda Biblioteca Ambrosiana) à Milan, d'un palimpseste en latin qui décrit cet instrument (cf. A.Jones et al., 2023).

L'univers géocentrique de Ptolémée : la Terre est au centre de l'Univers tandis que la Lune, le Soleil et les 5 étoiles errantes tournent autour d'elle. Les étoiles du firmament sont fixées sur une sphère au-delà de l'orbite de Saturne. Image extraite de l'Harmonia Macrocosmica d'Andreas Cellarius publié en 1660, planche 2 (voir aussi IMSS et Gallica), dont une édition en fac-similé fut publiée chez Taschen en différents formats.

Ptolémée considère que la Terre est entourée d'une série de sphères de cristal - jusqu'à 50 sphères - sur lesquelles sont fixées les planètes et le Soleil. La sphère extérieure contient les étoiles fixes derrière laquelle se trouve toujours le feu divin. Toutes ces sphères se déplacent de façon uniforme en accord avec la métaphysique grecque.

Toutefois cette conception n'explique pas correctement le mouvement parfois aberrant de certaines planètes telles que Mars qui rétrograde durant quelques mois avant de reprendre sa course normale parmi les étoiles (cf. ce schéma réalisé par Kepler et cette photo prise en 2012). D'un autre côté, puisque les tables des positions lunaires n'étaient pas conformes aux observations à mesure que le temps avançait, Ptolémée inventa la théorie des épicycles. Chaque planète décrit une orbite circulaire, l'épicycle, centrée sur l'orbite principale, appelée le déférent. Pour expliquer les plus infimes variations de trajectoires des planètes, Ptolémée améliore encore son système et imagine que les centres des déférents sont eux-mêmes décalés par rapport au centre de la Terre, suivant une trajectoire circulaire appelée l'excentrique. Sa théorie sera reprise par les astronomes arabes jusqu'au XII^e siècle. "L'Almageste" servit de référence pendant plus de mille ans.

A voir : Ptolemaic System Simulator - Ptolemaic Phases of Venus, UNL

D'autres applets sont disponibles sur le site de l'Université de Nebraska-Lincoln

L'ingénieuse théorie des épicycles exposée dans l'Almageste de Ptolémée. La page de gauche est extraite du Livre X d'une édition ultérieure traduite en latin par Gérard de Crémone au XIIIe siècle. Documents Vatican, Biblioteca Apostolica Vaticana, Lat. 2057 et CLEA.

Si la théorie des épicycles est ingénieuse, philosophiquement parlant, l'idée de Ptolémée ternit l'éclat du Soleil. Tout le Moyen-Âge est conservateur, l'Homme est au centre des préoccupations tandis que l'Eglise voit des anges partout - certains poussent même les planètes - une manière de contrecarrer le mécanisme et la géométrie grecque.

C'est à cause ou grâce à Ptolémée que les dieux perdent leur place dans les cieux au profit des mathématiques qui vont dorénavant permettrent aux astronomes d'expliquer les mouvements des astres et prédire leur position dans le futur. Mais puisque l'homme est au centre de l'univers, en suivant le cours des astres, les astrologues vont également pouvoir prédire la destinée des hommes. Ainsi, jusqu'au XVII^e siècle tous les astronomes (et beaucoup d'autres savants) étaient également astrologues.

Platon, Aristote et l'empirisme

Depuis l'époque moderne, Platon (-427 à -348) est considéré comme le premier philosophe à avoir formulé et apporté des réponses aux grandes questions de la culture occidentale. Le célèbre philosophe grec qui fut disciple de Socrate (un sophiste) avait déjà exprimé son point de vue sur la Nature, l'Homme et son Devenir sur un ton assez déterminé et affirmatif qui préoccupa longtemps les philosophes et le clergé.

Selon Platon et les défenseurs de son Académie, le fait que certaines propositions ne puissent être soumises à l'expérimentation prouvait que la Nature échappait à l'Homme, soulignant par là la différence entre les Hommes et Dieu : "Comment connaître le monde sensible qui change toujours se demandait-il, alors que la connaissance vraie ne peut avoir pour objets que les formes intelligibles qui en tant que telles ne sont pas accessibles aux êtres humains ?."

Selon Platon, la "vrai" connaissance, l'épistémologie était la seule forme intelligible de vérité, postulant l'existence d'un niveau supérieur de nature divine. A ce précepte philosophique s'ajoutait une difficulté "scientifique". Il restait en effet un problème pour concevoir rigoureusement le principe d'inertie. Si un corps au repos y restait par nature, personne ne pouvait concevoir qu'un corps lancé puisse conserver sa vitesse. La Terre restait donc fixe au centre du Monde, c'était une question de bon sens. Nous devrons attendre le génie de Galilée et de Newton pour résoudre partiellement ce problème.

Le philosophe Aristote (-384 à -322) fut un disciple de Platon mais il prit ses distances avec sa philosophie trop abstraite et théologique et fonda sa propre école de pensée, le Lycée. Très versé dans la logique, la politique et la physique, on qualifie volontiers Aristote de plus grand génie de l'Antiquité tellement son érudition embrassaient toutes les disciplines de son temps. Ne concevant la connaissance qu'à travers l'expérience et les sens (l'empirisme), c'est Aristote qui nous apprit qu'on peut comprendre toute chose en étudiant sa nature et sa cause, formulant les quatre principes de sa philosophie naturelle : la matière, la forme, la cause efficiente et la cause finale.

Au IV^e siècle de notre ère naquit Hypatie d'Alexandrie (c.355/370-415). Arrêtons-nous un instant sur le personnage car ce fut l'une desfemmes les plus célèbres de l'Antiquité et la seule intellectuelle de cette époque dont l'Histoire a gardé le souvenir.

Née à Alexandrie, fille de Théon d'Alexandrie qui était éditeur et commentateur de textes mathématiques, Hypatie fut formée au néoplatonisme de l'école d'Athènes puis à l'école péripatéticienne d'Aristote. Elle dirigea l'école néoplatonicienne d'Alexandrie et mena toute sa vie des recherches sur la philosophe, les mathématiques et l'astronomie. Vertueuse, talentueuse, excellente pédagogue, elle donna des cours publics et privés à Alexandrie, ses conseils avisés et son charisme attirant des milliers d'élèves y compris de la haute société.

On lui doit des commentaires aujourd'hui perdus sur les "Arithmétiques" de Diophante et les "Coniques" d'Apollonios de Pergè. Elle contribua aussi à une édition du "Canon" astronomique de Ptolémée et s'intéressa à la fabrication de divers instruments (astrolabe, hydromètre, etc). 

A voir : Hommage à Hypatie (Agora)

A gauche, "L'École d'Athènes". Fresque peinte par Raphaël en 1509 dans la Chambre de la Segnatura du Vatican pour le pape Jules II. Voici la version HD (10 MB) et la liste des principaux personnages. Document Euroweb. Au centre, un buste d'Aristote. Il s'agit d'une copie romaine sculptée dans le marbre à partir d'une statue en bronze de Lysippse datant d'environ 330 avant notre ère. Il est exposé au Musée national romain à Rome (anc. collection Ludovisi, réf. 8575). A droite, buste imaginaire d'Hypatie d'Alexandrie réalisé par l'auteur aidé par une intelligence artificielle. Voici un deuxième et troisième portrait d'Hypatie. Hypatie figure dans la fresque de "L'École d'Athènes" discutant avec Parménide.

Malheureusement la beauté, la sagesse et la célébrité d'Hypatie n'ont pas empêché sa fin tragique. A une époque où l'Empire romain vascillait sur ses bases et où les Chrétiens pourfendaient les Juifs et les païens, le préfet romain païen Oreste qui fut un ancien élève d'Hypatie s'opposa au très influent évêque Cyrille d'Alexandrie qui lutta durant la première partie de son épiscopat contre les Juifs, les païens et les hérétiques. C'est dans le cadre de ces tristes intrigues politico-religieuses mêlant l'envie et la jalousie qu'en mars 415, durant le Carème, Hypatie qui était païenne fut violemment assassinée par des moines coptes à la solde de Cyrille puis déchiquetée à coups de coquilles d'huîtres, démembrée et incinérée. Cyrille fut brièvement inquiété mais selon les autorités il parut "impossible" qu'un Père de l'Église ait pu avoir du sang sur les mains... Le film "Agora" (2009) d'Alejandro Amenábar évoque la vie d'Hypatie mais son assassinat n'est pas explicité.

En 440, dans son "Histoire ecclésiastique" Socrate le Scolastique lui rendit cet hommage émouvant : "Il y avait dans Alexandrie une femme nommée Hypatie, fille du Philosophe Théon, qui avait fait un si grand progrès dans les sciences qu'elle surpassait tous les Philosophes de son temps, et enseignait dans l'école de Platon et de Plotin, un nombre presque infini de personnes, qui accouraient en foule pour l'écouter. La réputation que sa capacité lui avait acquise lui donnait la liberté de paraître souvent devant les Juges, ce qu'elle faisait toujours, sans perdre la pudeur, ni la modestie, qui lui attiraient le respect de tout le monde. Sa vertu, tout élevée qu'elle était, ne se trouva pas au-dessus de l'envie." (traduction de Louis Cousin, 1686).

Notons que le film "Agora" d'Alejandro Amenábar (2009) évoque la vie d'Hypatie et le conflit entre les sages et le clergé.

En 410, Rome fut conquise par Alaric et ses Goths après un siège de trois jours. "Horreur ! s'écrira saint Jérôme, l'univers s'écroule..."[4] De fait, l'Empire Romain d'Occident s'écroulera officiellement en 467. Pendant plus de six cents ans la culture sera anecdotique, les barbares étant plus versés dans la métallurgie et le maniement des armes que dans la théologie et le maniement du verbe. La Cité d'Aristote était passée aux oubliettes. La Cité de Dieu demeurait le seul réconfort d'un peuple sans passé. On y reviendra dans l'article consacré à la critique historique de la Bible (cf. les invasions barbares).

Ensuite, en Europe entre les invasions barbares et la fin du Moyen-Âge, soit durant près de mille ans, ce fut une période sombre, instable et de léthargie durant laquelle les idées nouvelles furent dûment combattues par les dogmes religieux et les préjugés. Les choses sont restées figées près de mille ans car le clergé refusait l'"irrationalité" des mathématiciens. La Nature ne pouvait pas être domptée. Cette attitude était contraire à l'essence divine, pour laquelle tout était ordre et esthétique, Bible à l'appui. Le clergé se référait aussi aux conceptions antiques de Platon et d'Aristote dont le génie très éclairé fit autorité durant quelques siècles.

Mais si nous élargissons notre vision du monde et portons notre regard au-delà de l'horizon, on découvre qu'ailleurs dans le monde la connaissance du ciel et des sciences en général avait déjà fait des bons de géants depuis des siècles sans que ces savoirs ne soient transmis aux Européens.

Prochain chapitre

Les grandes civilisations