Évolution des Modèles Cosmologiques : de la Grèce Antique à Newton

La Conception d'Aristote

Dans l'univers du IVe siècle avant J.-C., Aristote distinguait deux régions :

La Région Terrestre ou Sublunaire

La Terre occupe le centre de l'univers. Les corps terrestres sont formés par la combinaison de quatre éléments : la terre, l'eau, l'air et le feu. La terre est l'élément le plus lourd et tend vers le bas, tandis que le feu tend vers le haut.

La Région Céleste ou Supralunaire

Elle est constituée de sphères concentriques transparentes autour de la Terre. Dans chaque sphère se trouve l'un des corps célestes (Soleil, Lune, Vénus, etc.). Sur la dernière sphère sont fixées les étoiles.

Le Système Géocentrique de Ptolémée

Élaboré par Ptolémée au IIe siècle après J.-C., ce système place la Terre au centre de l'univers et décrit les mouvements des astres en utilisant la Terre comme référentiel fixe.

Observations Quotidiennes

• Le Soleil se lève, se déplace dans le ciel et se couche tous les jours.
• Les étoiles tournent également autour de la Terre chaque jour.
• La Terre occupe une position centrale dans l'univers.
• Les planètes suivent un certain chemin, et leur mouvement est le résultat de deux mouvements circulaires.

Le Système Héliocentrique de Copernic

Proposé par Nicolas Copernic au XVIe siècle, ce système place le Soleil au centre de l'univers. La Terre et les autres planètes tournent autour du Soleil. Les étoiles sont fixes à des distances du Soleil beaucoup plus grandes que les planètes. La Terre a une rotation sur son axe avec une période d'une journée. La communauté scientifique a finalement accepté le modèle héliocentrique à partir de la fin du XVIIe siècle.

Confrontation des Modèles

Modèle Géocentrique

Pendant deux mille ans, ce modèle a prévalu en raison de son accord avec les observations quotidiennes et sa correspondance avec la philosophie et la physique d'Aristote.

Modèle Héliocentrique

Proposé par Copernic, il justifiait les mêmes faits que le système géocentrique, mais aussi d'autres, comme la luminosité variable des planètes Vénus et Mercure.

Les Lois de Kepler

Première Loi de Kepler

L'orbite des planètes est elliptique autour du Soleil, qui est situé à l'un des foyers de l'ellipse.

Deuxième Loi de Kepler

Le vecteur position d'une planète par rapport au Soleil balaie des aires égales en des temps égaux.

Troisième Loi de Kepler

Le carré de la période de révolution de toute planète, T, est proportionnel au cube de la distance moyenne entre la planète et le Soleil, r (T² = Kr³).

La Gravitation Universelle de Newton

Énoncée par Isaac Newton, elle stipule que deux masses s'attirent avec une force qui a les caractéristiques suivantes :

• Elle est universelle et se produit entre tous les corps.
• Elle se présente toujours par paires d'action et de réaction.
• C'est toujours une force d'attraction.
• Sa direction est la ligne reliant les masses.
• Son intensité est exprimée par la loi de la gravitation universelle de Newton.

La Synthèse Newtonienne

Isaac Newton a pu expliquer de nombreux phénomènes naturels comme des manifestations de l'attraction gravitationnelle, tels que :

• Le mouvement des astres.
• L'apparition périodique des comètes.
• La chute des corps.
• Les marées.