L'astronomie, c'est-à-dire l'étude des corps célestes, de leurs mouvements et des phénomènes qui leur sont liés, est certainement la science la plus ancienne. On peut dire qu'elle est née avec l'homme tant elle est intimement liée à sa nature d'être pensant : à son besoin de mesurer le temps et de s'orienter, d'organiser les travaux agricoles ou, plus généralement, de maîtriser la nature et les saisons et de planifier le futur.

Ce n'est pas un hazard si des correspondances astronomiques ont été trouvées dans les plus anciens vertiges archéologiques. Stonehenge, le monument néolithique le plus célèbre, a ainsi été construit sur la base d'une connaissance astronomique précise, mais ce n'est pas le seul exemple : une fonction astronomique était sûrement dévolue à la disposition des cromlechs et monolithes bretons, des trilithes anglais, des pierres et tumulus irlandais, des medicine wheel des indiens nord-américains et de la Casa rinconada (Maison à encoignures) des indiens Anazi, de même qu'est établie l'importance astronomico-religieuse des sites mayas d'Uaxactun, Copan et Caracol, des tours incas de Cuzco ou du Machu Picchu et la fonction scientifique des véritables observatoires astromoniques antiques indiens, arabes, chinois, etc.

Les avancés de la recherche archéologique révèlent toujours davanatges de preuves des connaissances astronomiques des peuples du passé et reculent san scesse la date de la permière participation de l'homme aux principaux événements célestes. Le plus vieux témoignage de l'étude du ciel semble être les peintures rupestres de Lascaux. Que cette découverte soit confirmée ou non, nul doute que la contemplation du ciel nocturne a dû susciter l'émerveillement, la crainte et des interrogations dès l'aube des temps : quelle est la nature des corps célestes ? Pourquoi se déplacent-ils et par dessus tout :influencent-ils la Terre et le destin de l'avenir dans le mouvement des planètes ? À de telles demandes, chaque culture, à chaque époque, a tenté de donner une réponse, et ces réponses ont donnée naissance à des mythes cosmologiques complexes.

Les premiers astronomes de l'histoire sont les Sumériens, comme l'attestent des tablettes d'argile. Néanmoins ils n'ont certainement pas été les premiers à noter que certains points lumineux de la voûte céleste se déplacent au fil du temps tandis que d'autres restent immobiles.

Aujourd'hui, à l'ère de la science-fiction et des effets spéciaux, la distinction qu'ils ont établie entre les "étoiles fixes" et les "étoiles errantes" (en grec, "vagabond" se dit planêtês) peut sembler banale, mais il y a six, sept ou huit mille ans, cette découverte a sans doute été très marquante.

Distingué à l'oeil nu une planète d'une étoile et la reconnaître chaque fois que la nuit revient, après un certain temps, n'est pas aussi simple qu'il semble. Faites-le donc : sans rien savoir de l'astronomie, à l'oeil nu, essayez d'observer un ciel fourmillant d'étoiles (tel qu'aujourd'hui nous ne pouvons en voir qu'en montagne ou en pleine mer, loin de nos villes éblouissantes); et au millieu de cette multitude de petits points scintillants, essayez de distinguer Mars de Jupiter ou de Saturne.

Admettons que vous réussisiez. Essayez alors de repérer, nuit après nuit, cette étincelle en mouvement, de suivre son parcours, de la retrouver chaque fois qu'elle réaparaît après de longue absence... Dans le meilleur des cas, vous aurez besoin de beaucoup de temps et de patience avant de réussir à vous orienter.

Malgré l'évidente difficulté, tous les peuples, mêmes les plus anciens, connaissaient bien les mouvements des astres - si réguliers qu'on parla spontanément de "mécanique célestre" lorsqu'on commença à utiliser les mathématiques pour les décrires. Les Sumériens sont les premiers à mesurer exactement les mouvements planétaires et à prévoir les éclipses de Lune; ils établissent un calendrier parfait. Mais les plus audacieux sont sans conteste les Grecs qui font appel à l'imagination pour trouver des explications théoriques qui ne dépendent pas seulement de la mythologie.

Au VI^e siècle avant J.-C., après des milénaires durant lesquels l'action d'un dieu quelquonce suffit à tout expliquer, on se met à chercher une logique rationnelle dans l'ordre naturel, d'où découleraient les phénomènes. Les philosophes naturalistes sont les premiers à affirmer la possibilité pour l'homme de comprendre et de décrire la nature par l'intellect - une idée vraiment novatrice.

Ces pionniers se réunissent à Milet. Thalès, Anaximandre et Anaximède y font des observations astronomiques à l'aide d'un gnomon, dressent des cartes nautiques, émettent des hypothèses (plus ou moins fondées sur les faits observés) concernant la structure de la Terre, la nature des planètes et des étoiles, et les lois suivies par les astres dans leur mouvement. À Milet, la science - entendu comme l'interprétation rationnelle d'observation - fait ses premiers pas.

Naturellement, la majeur partie de l'humanité continue de croire aux dieux et aux esprits. Rien détonnant à cela: encore aujourd'hui, à l'ère de la haute technologie, nombreux sont ceux qui accordent foi aux images de saints et aux horoscopes. Néanmoins, bien que cette nouvelle attitude philosophique face au monde demeure le fait d'une élite de penseurs, l'étude rationnelle de la nature ne cesse plus.

Toujours au VI^e siècle avant J.-C. naît l'école pythagoricienne, aux allures de secte secrète. Pythagore et d'autres philosophes croient que le monde procède de deux principes opposés: le fini (le bien, le cosmos, l'ordre) et l'infini ou l'illimité (le mal, la chaos, le désordre). Leurs études mathématiques ont un aspect magique et symbolique : Pythagore découvre des rapports numériques entiers derrière chaque harmomie des nombres, de même l'astronomie devient l'harmonie des formes géométriques. Par la suite, la Terre et les autres astres doivent être sphérique (c'est-à-dire de forme parfaite), au nombre de 10 (nombre parfait), et leur mouvement doit nécessairement être circulaire et suivre des lois numériques.

Cette vision influence pour des siècles notre façon de regarder le ciel et ses phénomènes. Même Aristote (384-322 avant J.-C.), le "toutologue" de l'Antiquité, considéré au Moyen Âge comme la référence absolue du savoir, fait sienne cette idée de perfection céleste. Il renchérit même, en trouvant l'"explication" pour laquelle les choses sont ainsi : la Terre, lieu du bas où convergent la terre et l'eau (deux des cinq éléments formant le monde), ne peut se trouver qu'au centre de l'univers; l'air et le feu restent en haut, lieu naturel. L'éther, le cinquième élément nous restant étranger, forme les corps célestes qui, par nature, se déplacent en cercle dans le cadre d'un système de 55 sphères homocentriques faites d'un cristal spécial, incorruptible et éternel. Autour de la Terre, immobile, tournent la Lune, Mercure, Vénus, le Soleil, Mars, Jupiter, Saturne et l'ultime sphère des étoiles fixes, mue par l'amour du "divin moteur immobile". Cette même sphère gouverne le rythme du jour et de la nuit et transmet le mouvement (uniforme et circulaire) à tout le système de sphères. À mesure qu'il de propage de l'extérieur vers la Terre, le mouvement primordial se dégrade et, au niveau de la sphère de la Lune, les mouvements sont devenus rectilignes. Le mélange permanent des quatres éléments fondamentaux forme toutes les substances connues. Ce cadre, qui harmonise mysticisme et physique, mécanique céleste et fantaisie, plaît beaucoup - et pour longtemps.

LA réputation qu'Aristote a acquis dans de nombreux domaines (de la philosophie à la politique, de l'économie à la physique et de la métaphysique aux sciences naturelles) a contribué au succès de cette conception géocentrique de l'univers. Il ne fait aucun doute, toutefois, que dès le IV^e siècle avant J.-C., on sait expliquer les mouvements des astres par un moins deux autres systèmes géocentrique et un système héliocentrique, utilisés à des fins pratiques; gouvernants, paysans et navigateurs ont en effet besoin de retrouver les planètes dans leur course afin de prévoir les phénomènes célestes et de faire le point sur les configurations astrales. Les hypothèses sur les causes de ce qu'on observe restent du domaine de la spéculation philosophique, sans nécessité de démonstration concrète. Les théories sur l'univers, sa structure et ses mécanismes fleurissent, souvent de pure fantaisie mais parfois aussi aux intuitions heureuses.

La décision de mesurer est donc déterminante. Aristarque de Samos (310-230 av J.-C.) est le premier véritable astronome de l'histoire. Non seulement ses convictions sont logiques et - à peu de choses près - correctes, mais il est le premier à utiliser des outils mathématiques pour étudier le cosmos. Il est convaincu que la Terre tourne autour du Soleil sur une orbite circulaire et que ce Soleil est immobile au centre de la sphère des étoiles, elle-même immobile. Comme il n'observe pas d'effet de parallaxe stellaire, il est déduit que les étoiles se trouvent à démornes distances de la Terre. Il est tout près de mesurer l'énormité de cet espace quand il établit la distance Terre-Soleil à partir de la distance Terre-Lune; se fondant sur la mesure des angles et de calculs géométriques simples, il estime que la Lune est située à 30 diamètres terrestres de notre planète et que le Soleil est 19 fois plus éloigné (à 1 140 diamètres terrestres).

Sachant que, si la Lune se trouve dans son premier ou son dernier quartier, l'angle entre l'axe Terre-Lune et l'axe Lune-Soleil est de 90⁰, si l'on mesure à ce moment l'angle entre l'axe Terre-Lune et l'axe Terre-Soleil, on en déduit le rapport entre les côtés du triangle Soleil-Terre-Lune. Aristarque mesura un angle Lune-Terre-Soleil de 87⁰ et en conclut que la distance du Soleil à la Terre est égale à 19 fois la distance Terre-Lune. Aujourd'hui nous savons que cet angle est en réalité de 89⁰45'. Cette erreur relativement faible de 2⁰45' a toutefois un énorme impact : le Soleil se trouve non pas 19 fois mais 389 fois plus loin que la Lune. Ces valeurs erronées, mais seulement du fait de l'imprécision de mesures faites "à l'oeil nu": elles n'ôtent rien à l'importance conceptuelle et philosophique d'une telle approche du problème. C'est en effet la première fois dans l'histoire que quelqu'un tente d'accéder à la connaisance de l'univers par la voie expérimentale, en utilisant la logique et les lois mathématiques et géométriques qu'il connaît et en faisant des observations et des mesures - une approche résolument moderne d'un problème astronomique complexe.

Les choses en sont là quand Ératosthène de Cyrène (276-194 avant J.-C.), à l'aide d'un calcul mathématique simple mais génial, détermine les dimensions réelles de notre planète. Il estime le méridien terrestre à 250159 stades, sont environ 39 400 km - une valeur étonnamment proche de celle admise aujourd'hui (40 009 km). Convaincu de la sphéricité de la Terre, il remarqua au III² siècle av. J.-C. que le jour du solstice, la hauteur du Soleil à midi était différente à Alexandrie en Égypte et à Sienne (actuelle Assouan), deux villes se trouvant pratiquement sur le même méridien. À l'aide d'un gnomon, il établit que la différence d'inclinaison de 7.2^o correpondait à une distance d'environ 5 000 stades. En faisant une simple règle de trois, il obtint la longeur du méridien terrestre correspondant à 360^o.

Hipparque (188-125 avant J.-C.) est aussi un observateur attentif et intelligent. Compilant un catalogue de 1 080 positions stellaires et confrontant ses observations avec celles effectuées 154 ans plus tôt par Timocharis, il découvre la précession des équinoxes et évalue ce mouvement extrêmement lent de l'écliptique par rapport à l'équateur à environ 47 secondes d'arc par an - une valeur, là aussi, très proche de celle calculée aujourd'hui (50.1 secondes d'arc).

Sachant que la Lune met presque une heure à accomplir un trajet dans le ciel égal à son diamètre (environ 0.5^o), si l'on mesure le temps qu'elle met pour traverser l'ombre de la Terre pendant la phase de totalité d'une éclipse totale, on obtient le rayon lunaire. Comme la distance à laquelle un objet doit se trouver pour occuper un angle visuel de près de 0.5^o est d'environ 120 fois sa propre taille, La distance Terre-Lune doit être d'environ le quart du diamètre terrestre X 120, soit 30 diamètres terrestres (ou 60 rayons terrestres). Mais comme Aristarque, Hipparque se trompa dans la mesure des angles - une erreur de juste 4 minutes pour la parallaxe lunaire (53' contre 57' en réalité), entraînant toutefois une surévaluation de 7 % de la distance Terre-Lune. Pour le Soleil, il tint pour exacte la distance Terre-Lune trouvée par Aristarque; considérant que dans les éclipses, la Lune et le Soleil occupent le même angle visuel, il conclut que le diamètre du Soleil devrait être 19 fois celui de la Lune, soit près de 6 fois celui de la Terre.

Cependant, au fil du temps, sous la pression des observations qui s'accumulent, les théories d'Aristote commencent à se fissurer. Les planètes observées depuis la Terre ont des mouvements inexplicables par rapport à la sphère céleste: elles ralentissent, inversent le cours de leur marche, s'arrêtent, puis repartent dans le "bon" sens, décrivant parfois de véritables boucles. Le modèle parfait aristotélicien doit donc être revu.

Pour Claude Ptolémée, la Terre est sphérique, immobile au centre de l'univers; le ciel, également est sphérique, tourne autour d'un axe fixe et est mû par une sphère externe étoilée comme l'affirmait Aristote. Pour expliquer la précession des équinoxes et les étranges comportement des planètes, il suffit de d'ajouter d'autres sphères ou, comme le suggérait Apollonius près de 200 ans avant J.-C., de nouveaux cercles de rotation - de déférents excentriques, épicycles et épicycles d'épicycles. L'espace autour de la Terre se remplit d'engrenages.

Ptolémée ne se soucie toujours pas que son modèle théorique de l'univers corresponde à une réalité physique: il définit son système complexe comme un "outil mathématique utile" pour calculer les positions des planètes. Curieusement, cet argument, utilisé également pour exposer la théorie opposée, ne suscite pas les critiques des ecclésiastiques et traditionalistes. Il est étrange aussi que Ptolémée préfère perfectionner le modèle d'Aristote en le rendant encore plus compliqué plutôt que d'adopter le modèle simple et novateur d'Aristarque - s'il faut juste un outil mathématique, celui d'Aristarque est bien plus facile à utiliser. Et l'histoire en aurrait été boulversée. Après Ptolémée, en effet, on perd jusqu'au souvenir de l'hypothèse héliocentrique, et bien que celui-ci ait précisé qu'il ne s'agit que d'une hypothèse mathématique, on croit bel et bien 1 300 ans durant que notre planète est immobile, au centre d'un univers mû par des cercles d'une extrême complexité. Entre-temps Ptolémée écrit sa Mathematikè Syntaxis (Synthèse mathématique), rebaptisée par les Arabes al-Magisti et en grec meghistè (le plus grand), qui donnera au Moyen Âge Almageste. Dans cette oeuvre monumentale, il réorganise toute l'astronomie antique. C'est grâce à cet énorme travail que nous connaissons une grande partie de ce qui s'est fait au cours des siècles passés. Synthétisant et perfectionnant les idées d'Apollonius et d'Hipparque, intégrant leurs calculs aux résultats de ses propres recherches, il élabore un système théorique qui s'accorde bien aus observations. Son univers est actionné par 40 roues qui se meuvent à l'unisson: comme une immense horloge mécanique qui accumule au fil du temps de petites différences, ce système doit être mis à jour de temps à autre pour continuer de fonctionner.

Seul un grand mathématicien pouvait construire une oeuvre aussi vaste et complese, et c'est sans doute pour cela qu'elle a défié le temps et qu'au long des sciècles, le système géocentrique sera toujours appelé "système ptolémaïque".

Après Ptolémée, il est quasiment impossible d'avoir une autre vue sur l'univers. Et l'Almageste est si complexe que toute simplification conduit à des résultats incohérents. En outre, l'hypothèse ptolémaïque plaît beaucoup aux Chrétiens qui deviennent toujours plus puissants: il est logique que la planète créée par Dieu expressément pour l'homme se trouve au centre de l'univers. D'outil mathématique, l'hypothèse de Ptolémée devient un dogme et il devient dangereux d'envisager une théorie différente.

Il faut attendre qu'un autre intellect de la capacité de Ptolémée renverse la perspective et anéantisse cercles, épicycles et déférents en simplifiant le panorama. Il faut attendre qu'un grand astronome recueille une quantité énorme de données très précises, et d'un grand mathématicien à l'esprit dépourvu de préjugés les analyse, trouvant des preuves objectives de la validité de la nouvelle hypothèse. Il faut attendre qu'un autre astronome de génie suffisamment courageux porte cette nouvelle théorie à l'attention du monde scientifique et défie l'autorité de l'Église pour boulverser notre façon de regarder la nature. Bref, il faut attendre plus de mille ans pour que Copernic, Brahe, Kepler et surtout Alilée révolutionnent l'astronomie.

Finalement, l'homme s'aventure au-delà des colonnes d'Hercule et découvre que la Terre, que l'on pensait plate malgré Ptolémée, est en réalité un globe immense restant à explorer. L'usage de l'imprimerie se répand: vers le milieu du XV^esiècle, l'homme part à la découverte du monde et des cieux et s'ouvre à la circulation des idées. Les temps sont mûrs pour des changements radicaux.

L'astronomie ressent la première les effets de ce renouveau. Pour celui qui voyage sous des cieux étrangers, le modèle de Ptolémée s'avère parfait et pour faire le point géographique, des tables du mouvement des planètes sont plus précises que celles auparavant disponibles. Même le calendrier est revu - on en était encore à utiliser le calendrier de Jules César! Cependant les tentatives pour sauver le systême ptolémaïque en lui ajoutant de nouveaux déférents et épicycles transforment l'univers en un enchevêtrement de cercles en rotation. La société a besoin de quelque chose de neuf. C'est alors que Nicolas Copernic lance sont message réformateur. Il réfute tout ce qui a été appris, contredit ce que philosophes, savants, et théologiens ont, durant des siècles, affirmé être la réalité; il prétend que ce qui pataît évident pour tout un chacun - que c'est le Soleil qui se lève, se déplace dans le ciel et se couche - ne correspond pas à la véritable nature des choses. Détrônant les Fils de Dieu du centre de l'univers en une période où l'on va au bûcher pour bien moins, il a le courage de déclarer que la planète de l'homme est seulement l'un des nombreux coprs tournant autour du Soleil.

Toutefois, son idéal reste celui de l'école pythagoricienne: mieux vaut communiquer ses idées à voix basse et seulement à quelques initiés. Ses travaux, purement théoriques, se poursuivent donc en silence. Copernic fait peu d'observations directes - il exploite les données des Anciens dont il lit les écrits originaux, et il accumule critiques et doutes sur le système ptolémaïque. Comme il l'écrit dans De revolutionibus orbium coelestium (sur la révolution des sphères célestes), c'est la diversité même des opinions, des incertitudes et des incohérences trouvées qui le convaiquent que quelque chose ne cadre pas dans la théorie de Ptolémée.

Comme Ptolémée, cependant, sa construction est exclusivement mathématique et sa pensée, essentiellement aristotélicienne. Certes, il place le Soleil au centre, autour duquel tournent les planètes, mais tout le reste demeure inchangé: les orbites sont parfaitement circulaires, le mouvement naturel de la Terre n'est soumis à aucune force, la Terre, le Soleil et l'univers sont sphériques car cette forme est la plus parfaite de toutes, une intégrité absolue, attribuée aux corps divin. La nouveauté radicale, c'est que Copernic, contre toute évidence, croit que le mouvement de la Terre est réel et que la géométrie astronomique décrit le véritable fonctionnement de la machine céleste.

Il met près de vingt-cinq ans à élaborer son sytème héliocentrique, durant lesquels prévalent son amour du secret et sa crainte des morsures des calomniateurs. À 63 ans, il n'a encore rien publié mais la teneur de ses travaux s'est ébruitée. En 1539, Reticus, jeune professeur luthérien à l'université de Wittenberg, étudie la manuscrit de De revolutionibus et arrache à Copernic l'autorisation d'en écrire un abrégé. Celui-ci, publié en 1540, connaît un succès large et immédiat. Salué comme un nouveau Ptolémée, Copernic publi enfin ses travaux. On est en 1542; il mourra un an plus tard avant d'en avoir vu l'impact. Est-ce à cause de la préface - écrite par le théologien et savant allemand Andreas Osiander - dans laquelle est déclaré que la théorie décrite n'est une opinion parmi d'autres, ou à cause des bonnes relations que Copernic a toujours eu avec l'autorité ecclésiastique ? Toujours est-il que son livre n'est pas interdit par l'église avant 1616. Il suscite une réaction, bien sûr, mais cantonnée aus cercles académiques. Pour que les choses changent vraiment, il faut encore attendre.

Le tchèque Johannes Kepler étudie les mathématiques et l'astronomie à partir de textes anciens. Il écrit en latin et fait des prédictions astrologiques pour la météorologie et l'agriculture qui le rendent célèbre. Religieux et mystique, il voit dans l'astrologie un élément essentiel pour interpréter le lien mystérieux entre l'homme et le cosmos: il est convaincu que dans tout phénomène se trouve un dessein, un ordre supérieur, une harmonie géométrique. Copernicien convaincu, il explique déjà dans son Mystère cosmographique comment certaines observations que Ptolémée n'a aps réussi à expliquer trouvent une solution facile dans le système de Copernic.

Ainsi donc la Terre est immense, et le soleil doit l'être encore plus. L'espace devient, par suite, de dimension incalculables. Peu de personnes réussisent à accepter ces affirmations révolutionnaires. C'est pourquoi, après Hipparque, rien de neuf ne survient pendant 300 ans: il est plus simple de souscrire aux thèses de grand Aristote sans en rechercher d'autres.

Intéressés avant tout par la récurrence des phénomènes célestes, favorisés par la position équatoriale de leurs territoires, les Mayas ont développé une astronomie zénithale et élaboré un calendrier complexe qui attribuait à Vénus une énorme importance.

En mesurant la vitesse d'éloignement ou de rapprochement des objets qui se déplacent dans l'espace, les astronomes ont découvert que toutes les galaxies lointaines s'éloignent de la nôtre. Plus une galaxie est lointaine, plus elle s'éloigne rapidement de nous. En d'autres termes, l'univers est en expansion. Tout se passe comme si nous étions assis sur un raisin d'un pain au raisin en train de lever. Quel que soit le raisin sur lequel nous serions assis, tous les autres raisins s'éloigneraient de nous. Et les raisins les plus lointains s'éloigneraient de nous plus vite car il y a plus de pâte en expansion entre ces derniers et nous.

Toutefois, on ne peut trouver de centre d'expansion dans l'univers. L'univers remplit tout l'espace et c'est l'espace lui-même qui augmente de volume. L'étude de l'histoire passée et future de l'univers s'appelle la cosmologie. Cette science progresse grâce à des observations astronomiques faites au sol par des satellites d'observation et aussi grâce à des études théoriques.

Si l'univers est en expansion, on peut se demander à quoi il ressemblait dans le passé. L'étude du mouvement des galaxies montre qu'il y a 12 à 20 milliards d'années, toute la matière de l'univers était comprimée en un seul point. Les astronomes en concluent que l'expansoin de l'univers a commencé avec un Big Bang (une sorte d'explosion) qui marque l'origine de l'univers et du temps.

Les astronomes ont même détecter des ondes radioélectriques venant de tous les coins du ciel et qui ont été produites au début de l'univers, peu après le Big Bang. À l'origine, ce rayonnement cosmique était beaucoup plus énergétique, mais l'expansion de l'univers l'a transformé en ondes radio. Cette découverte est une preuve que l'univers a commencé par un Big Bang.

Qu'arrivera-t-il dans l'avenir? L'univers continuera-t-il son expansion à l'infini ou finira-t-il par se contracter? Les astronomes sont incapables de répondre à cette question. Toutefois, d'après les observations actuelles, on peut supposer que l'univers continuera son expansion pendant encore 50 milliards d'années.

Une des théories cosmologiques prétend que l'univers a subi une inflation accélérée au cours de la première seconde de son existence. Aujourd'hui, d'après la même théorie (dite de l'univers inflationnaire), le rythme d'expansion est moindre. La théorie conclut que l'expansion de l'univers continuera à l'infini mais à un rythme toujours ralentissant. À un moment donné, l'univers sera au point de passer de l'expansion à la contraction.

Pour avoir une meilleur idée de ce que sera le futur de l'univers, il faudra continuer les observations au sol et par satellites pour étudier les ondes radio, la lumière infrarouge et ultraviolette, les rayons X et les rayons gamma qui arrivent de l'espace.