Héliocentrisme - Définition

Le système de Copernic

Système héliocentrique simplifié de Copernic extrait de De revolutionibus

Le système imaginé par Copernic au XVI^e siècle va annoncer l'abandon progressif du système géocentrique utilisé jusqu'alors comme modèle de l'Univers.

Le système de Copernic est un système théorique destiné à simplifier les calculs astronomiques. Il se fonde sur trois principes :

• le mouvement circulaire est parfait ;
• les mouvements sont des mouvements circulaires uniformes ou des combinaisons de mouvements circulaires uniformes ;
• les mathématiques se doivent de trouver les modèles les plus simples pour expliquer les phénomènes naturels.

Dans son livre De revolutionibus, il énonce une série de postulats :

• La Terre n'est pas le centre de l'Univers, mais seulement le centre du système Terre/Lune ;
• Toutes les sphères tournent autour du Soleil, centre de l'Univers ;
• La Terre tourne autour d'elle-même suivant un axe Nord/Sud ;
• La distance Terre/Soleil est infime comparée à la distance Soleil/autres étoiles.

Apports du modèle

Ces postulats lui permettent de placer les différentes planètes dans le bon ordre par rapport à leur distance au Soleil. Il n'est donc plus nécessaire de faire appel aux épicycles pour expliquer les mouvements rétrogrades.

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

Cependant, il est obligé de compliquer son modèle pour tenir compte des variations de vitesse et de distance sur les trajectoires (en effet, les trajectoires ne sont pas circulaires, mais elliptiques). Il reconstitue alors un système complexe de déférents et épicycles.

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).

Il lui semble également plus rationnel de faire mouvoir un corps relativement petit que des corps extrêmement grands comme le Soleil, ou la sphère des étoiles.

Les deux principaux atouts de sa théorie sont donc la simplicité des trajectoires (relative à cause de la conservation des épicycles causée par le choix d'orbites circulaires) et surtout le fait qu'elle explique pourquoi Vénus et Mercure restent à proximité du Soleil.

Oppositions

Malgré ces apports, le modèle de Copernic était largement contradictoire avec l'état de la connaissance de son époque.

Oppositions théologiques

Son traité De revolutionibus Orbium Coelestium parait en 1543. Malgré la prudence de sa préface, écrite par son ami Andreas Osiander et qui précise que le système héliocentrique est un simple modèle mathématique permettant d'améliorer les calculs, l'ouvrage n'est pas bien perçu par les autorités religieuses. Le pasteur protestant Luther le traite de sot et argue que le Soleil ne peut être fixe car Josué a pu lui ordonner de s'arrêter (Josué 10,13). La Sainte Inquisition lui emboîte le pas en déclarant la thèse de Copernic incompatible avec les Saintes Écritures. Son ouvrage très scientifique n'a de l'audience que parmi ses pairs, il sera mis à l'index à partir de 1616.

Réfutations astronomiques

Les observations expérimentales de l'époque faisaient apparaître la taille apparente de Mars, ou de Vénus, comme étant fixe au cours de l'année, ce qui est contradictoire avec le modèle de Copernic dans lequel la distance entre la Terre et ces planètes est variable tout au long de leur révolution.

Pour Tycho Brahe, la rotation de la Terre autour du soleil devrait faire apparaître une modification de l'angle d'observation des étoiles fixes. Ne parvenant pas à mesurer cette parallaxe, il estima avoir invalidé la théorie de Copernic quelques années après sa parution. En fait, il avait sous-estimé la distance des étoiles, qui rend la variation de l'angle trop faible pour être mesurable par les instruments de son époque.

Réfutations physiques

Si la terre tourne sur elle-même, comment se fait-il que les objets restent sa surface alors que « la poussière qu'on jette sur une pirouette pendant qu'elle tourne n'y peut demeurer, mais est rejetée par elle vers l'air de tous côtés »?. Et comment se fait-il que la Lune accompagne la Terre dans son mouvement de rotation autour du Soleil ?

Si la terre est en rotation autour du soleil, elle doit se déplacer à une très grande vitesse. Or, quand on laisse tomber une pierre du haut d'une tour, elle en tombe précisément au pied : c'est bien que la tour, et donc la Terre à laquelle elle est attachée, est restée fixe pendant la chute de la pierre.

Il devrait y avoir constamment un vent d'est, comme le vent relatif que l'on ressent en se déplaçant à grande vitesse.

La réponse à cet argument est donnée par Galilée avec son principe de relativité, qui explique l'absence d'un tel effet. Plus tard, le développement de la mécanique newtonienne montre que si le contre-argument de Galilée est juste, en revanche le mouvement de rotation provoque des effets mesurables, contrairement au mouvement de translation, et qu'il faut donc introduire des forces fictives pour en rendre compte.

Il faut souligner que l'argument évoqué ici engendrerait un effet très supérieur à ces forces fictives. Par exemple, pour la chute de la pierre, son décalage avec le pied de la tour devrait être de 40000 km x [temps de chute] / 24h. La force de Coriolis provoque une déviation vers l'est, mais beaucoup plus faible que celle évoquée ici, trop faible pour être perçue dans la vie courante. En revanche, des expériences précises ont mis en évidence cette déviation, qui a ainsi servi d'argument pour démontrer la rotation de la Terre.