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Héliocentrisme

L'héliocentrisme est une conception du système solaire dans lequel le soleil est une étoile fixe autour de laquelle gravitent les planètes.

À partir du XVIIème siècle, cette conception prit le statut de vérité scientifique, permettant d'expliquer simplement nombre d'observations astronomiques. Elle s'oppose au géocentrisme.

Il faut cependant comprendre le terme vérité scientifique dans le sens très affaibli de modèle consensuellement considéré comme le plus juste par la communauté scientifique.

En cinématique, le choix d'un référentiel dans l'espace étant toujours libre, on peut fixer arbitrairement le centre du système solaire. Cela signifie que l'on peut faire des calculs exact en considérant, comme l'a fait Tycho Brahé au XVIe siècle, que la terre est le centre de l'univers, que le soleil et la lune tournent autour d'elle et que tous le reste tourne autour du soleil. Ces deux modèles sont donc tout aussi « réels » l'un que l'autre, et seule la régularité des trajectoires dans le modèle héliocentrique lui donne une vérité plus forte aux yeux des physiciens. Dans certains cas particuliers (comme des lancement de sondes spatiales), le modèle géocentrique est d'ailleurs toujours utilisé car il permet de simplifier les équations.

En dynamique, la complexité de l'expression des forces et des accélérations va dépendre du référentiel choisi. Cette expression sera la plus simple si on choisit un référentiel galiléen. Une bonne approximation d'un tel référentiel est obtenu en prenant le Soleil comme origine et des axes dirigés vers des étoiles lointaines. Dans un tel référentiel, la Terre tourne autour du Soleil. Une mécanique serait possible dans un référentiel lié à la Terre, mais plus difficile à exprimer.

Par contre, si l'on considère la trajectoire du système solaire dans l'univers, il est tout à fait légitime de considérer son centre d'inertie. Dans notre système solaire il est très proche du centre d'inertie de notre étoile, mais ceci n'a rien d'universel: dans les systèmes à étoiles multiples le centre de gravité peut être en un point quelconque.

On doit principalement l'hypothèse de l'héliocentrisme à Copernic. Il y a eu des précurseurs, tel Aristarque de Samos, astronome grec, qui en fit l'hypothèse trois siècles avant notre ère, mais qui fut violemment réfuté par Archimède. Ce n'était cependant que des hypothèses, une conception du système solaire qui apparaissait plus évidente aux yeux de leurs auteurs. Elles ne s'appuyait pas véritablement sur des fondements théoriques ou expérimentaux.

C'est donc Galilée, qui, le premier présenta l'héliocentrisme comme une vérité scientifique, l'accompagnant de nombreuses observations, qui s'expliquaient bien mieux et bien plus simplement que le système géocentrique ne le faisait (il comptait alors plus d'une centaine de lois pour expliquer les mouvements étranges des astres). Cette théorie fut qualifiée d'hérésie par l'Église catholique, pour des raisons plus politiques que religieuses ou scientifiques. En effet, le pape de l'époque était favorable à la théorie copernicienne, mais il ne put admettre que Galilée tourne en dérision la théorie d'Aristote et l'Eglise (et surtout lui-même!) dans un de ses livres.

Le système de Copernic

Les orbites de la Terre et de Mars dans le système héliocentrique de Copernic.

Le système imaginé par Copernic au XVI^e siècle va annoncer l'abandon progressive du système géocentrique utilisé jusqu'alors comme modèle du système solaire. Il permettra à Kepler de s'en inspirer pour trouver ses trois lois fondamentales. Cependant, le système copernicien n'est que le début de l'héliocentrisme. Il hérite encore de certains principes venant du géocentrisme tels que des orbites circulaires et un système d'épicycles et déférents pour expliquer les mouvements rétrogrades des planètes et l'excentricité de leurs orbites.

Copernic pense que le centre de l'orbite terrestre (O_t sur le schéma) décrit un épicycle dont le centre tourne lui-même sur un excentrique (en pointillés). De même, le centre du déférent des planètes (O_m pour celle de Mars) n'est situé ni sur le Soleil, ni sur la Terre, mais un peu à côté. Les planètes, elles, tournent autour d'un épicycle centré sur leur déférent.

La Lune, elle, tourne toujours autour de la Terre (avec un système d'épicycle et de déférent).

Par ailleurs Copernic fait du soleil, le centre non seulement du système solaire, mais de l'univers tout entier. Cette vision est remise en cause par Giordano Bruno par exemple, mais les techniques expérimentales de l'époque ne permettaient pas d'aboutir à une conclusion scientifique sur la nature des étoiles. Emmanuel Kant sera le premier à spéculer que la Voie lactée n'est qu'un « univers-ile » (galaxie) parmi de nombreuses autres. Jusqu'aux années 1910, les scientifiques s'accordent pour réduire l'univers à notre galaxie dont le soleil serait le centre. Harlow Shapley est un des premiers à affirmer que le Soleil n'est pas au centre de notre galaxie, il continue cependant de voir l'univers comme une seule galaxie. Le 26 avril 1920 il en débat publiquement à l'académie des sciences des États-Unis avec Herbert Curtis qui estime que les nébuleuses sont extra-galactique. À l'époque les données expérimentales sont contradictoires et le débat s'achève sans que Shapley et Curtis ne révisent leurs positions. La multiplicité des galaxies ne sera définitivement acceptés par la communauté scientifique qu'après les mesures de Edwin Hubble en 1924. L'idée d'un centre de l'univers à aujourd'hui perdu de son sens avec le modèle cosmologique du big bang.