Les premières observations

Depuis la nuit des temps, la planète Mars n'a rien représenté d'autre qu'un point rouge perdu dans l'immensité de la voûte céleste. En période d'opposition, quand elle était très proche de la Terre, elle devait briller de mille feux, et son éclat rougeoyant devait terrifier bien des hommes. Puis, lorsque la planète disparaissait progressivement dans les ténèbres, jusqu'à devenir pratiquement invisible, les esprits devaient finir par s'apaiser. A cause de sa couleur rouge, Mars a depuis toujours été associé avec le sang, la mort et la guerre. Les égyptiens l'avaient nommé Har décher, et les babyloniens Nergal, l'étoile de la mort. Les grecs n'ont pas failli à la règle, et ils avaient associé Mars avec leur dieu de la guerre, Ares. Les romains le connaissaient aussi, mais sous un autre nom : Mars.

Un mouvement déconcertant

Dès le début, la planète rouge a donné du fil à retordre aux premiers observateurs (le terme planète signifie vagabond ou astre errant, car les planètes se déplacent parmi les étoiles immobiles). Mars traverse habituellement le ciel d'ouest en est. Mais, lorsqu'elle est proche de l'opposition, la voici qui revient sur ses pas (voir le schéma ci-dessous) : elle semble soudain s'arrêter en plein milieu du ciel, pour repartir à l'envers ! On dit alors que Mars rétrograde. Puis elle stoppe à nouveau, avant de repartir dans la bonne direction, ou plutôt sa direction habituelle. Dans le ciel, sa trajectoire dessine une belle boucle fermée (étant donné que l'orbite de Mars est inclinée par rapport à l'orbite terrestre, la boucle n'a pas toujours la même forme; celle-ci dépend de l'endroit ou l'opposition a lieu, et Mars peut parfois décrire un simple zigzag dans le ciel, plutôt qu'une boucle). Sur la voûte céleste, le mouvement de l'astre rouge était donc particulièrement étonnant, et l'on raconte même qu'un astronome qui tentait de calculer sa trajectoire s'est fracassé de rage la tête contre un mur ! La rétrogradation n'est pas uniquement l'apanage de la planète rouge - et le phénomène peut s'observer aussi avec d'autres planètes, comme Saturne -, mais c'est avec Mars qu'il est le plus flagrant.

La rétrogradation a posé un sérieux problème aux astronomes grecs. Pour eux, la Terre était au centre de l'Univers, et les autres planètes, ainsi que le Soleil, se déplaçaient autour d'elle en suivant des cercles parfaits. Aussi satisfaisant pour la vanité humaine que soit ce modèle, il ne permettait cependant pas d'expliquer les trajectoires complexes que les planètes s'ingéniaient à suivre sur la voûte céleste. Eudoxe de Cnide (370 av. J.-C.), un contemporain de Platon, proposa un système ingénieux qui rendait bien compte de la rétrogradation, mais qui ne permettait pas d'expliquer les variations de luminosité de Mars.

Aristarque de Samos, en 250 av. J.-C., avait de son côté mis au point un système héliocentrique complet, où les planètes formaient une ronde autour du Soleil. Frappé de génie, cet astronome extraordinaire était pourtant bien trop en avance sur son temps. Dans le but de mesurer l'écart séparant la Terre de notre étoile, Aristarque avait mesuré la distance angulaire entre le soleil et la lune. Même si son estimation s'est révélée grossière (Aristarque a en effet sous-estimé d'un facteur 20 la distance Terre - Soleil), le savant grec avait compris que le Soleil était un astre bien plus imposant que la Terre, et que par conséquent, le petit corps devait forcément tourner autour du gros ! Si le système mis au point par Aristarque expliquait parfaitement la rétrogradation des planètes, il n'était pas parfait pour autant, et pour cause : on sait maintenant que l'orbite des planètes n'est pas circulaire, mais elliptique. Cette imperfection explique peut-être le succès relativement limité que connu le système d'Aristarque à son époque. L'héliocentrisme novateur retomba bien vite dans l'oubli et le géocentrisme, qui allait encore régner pendant 2000 ans, repris sa place légitime dans les esprits.

Les épicycles de Ptolémée

Au IIé siècle av. J.-C., un astronome grec répondant au nom d'Hipparque mesura les coordonnées célestes de plus d'un millier d'étoiles avec une grande précision (à ce titre, on le considère comme le fondateur de l'astrométrie). En étudiant ses résultats, il fut amené à concevoir un autre système, plus complexe, avec un autre savant, Apollonius. Cette belle théorie fut reprise par Claude Ptolémée, qui l'améliora et parvient, après un incroyable acharnement, à lui faire prédire avec une bonne précision le mouvement des planètes. Décrite en détail dans son œuvre l'Almagest (13 livres en tout), cette théorie fait intervenir un concept connu sous le nom d'épicycles : chaque planète tourne en suivant un petit cercle (l'épicycle) qui tourne lui-même le long d'un cercle plus large (le déférent), centré ou non sur la Terre. Les planètes suivent donc un mouvement très complexe. Bien que complètement artificiel, le système de Ptolémée permettait d'expliquer la rétrogradation de Mars et les mouvements des autres planètes. Pendant plus de 1000 ans, il fut considéré comme le système de référence. Son Almagest fut une œuvre phare dans l'astronomie du Moyen Age et de la Renaissance.

Copernic et le géocentrisme

Des décennies s'écoulèrent avant que le système de Ptolémée ne rencontre la réalité héliocentrique, grâce aux travaux de Nicolas Copernic (1473 - 1543). C'est seulement en 1543, l'année de sa mort, que son ouvrage De Revolutionibus Orbium Caelestium est publié. Le savant craignait sans doute des représailles de la part de l'Eglise. Le mouvement rétrograde de Mars apparaît dans le système copernicien comme une conséquence directe du mouvement de notre planète par rapport à celui de la planète rouge. Tout comme celui d'Aristarque, le système de Copernic n'était cependant pas irréprochable, et il ne pouvait pas prédire exactement le mouvement des planètes. Effectivement, Copernic ne pouvait se résoudre à faire parcourir aux planètes une trajectoire qui ne soit pas circulaire. Les observations ne correspondaient donc pas toujours aux prédictions, et Copernic ne put malheureusement pas faire autrement que de réintroduire l'odieux système d'épicycles de Ptolémée (en réduisant cependant leur nombre). Le travail de Copernic ne connut pas un succès immédiat. Si les religieux y étaient fortement opposés, des astronomes freinaient aussi des quatre fers. Parmi eux se trouvait un certain Tycho Brahe (1546 - 1601).

Tycho Brahe

Tycho Brahe est sans aucun doute l'un des plus grands observateurs de l'histoire des Sciences. Née en 1546, trois ans après la mort de Copernic, ses études auraient du le conduire à effectuer une carrière dans le domaine du droit. Mais le 21 août 1560, il tombe en arrêt devant une éclipse partielle de Soleil. Son destin bascule. Car l'éclipse en question avait été prévue, et Tycho se surprit à penser que les hommes capables de telles prouesses n'étaient pas loin d'être des Dieux. Il se procura une copie de l'Almagest de Ptolémée et commença à travailler dessus. Son oncle, qui avait tracé pour lui ses études et sa carrière, vit cela d'un mauvais œil. Mais ses efforts pour le ramener dans le droit chemin furent vains, et le jeune homme passa ses nuits, à défaut de ses journées, à étudier l'astronomie. Et lorsqu'il mourut, Tycho put enfin se consacrer pleinement à sa passion.

En étudiant l'Almagest, Tycho découvrit que les tables astronomiques n'étaient pas aussi précises qu'il l'avait d'abord cru, et que la seule manière d'affiner les modèles étaient de recueillir une grande quantité de données, les plus précises possibles. En 1572, il observa une nova dans la constellation de Cassiopée, et publia un livre sur ce phénomène spectaculaire. Cet ouvrage le rendit célèbre, puisqu'il reçut quelque temps après les grâces du roi du Danemark et de la Norvège, Frédéric II. Celui-ci offrit à Tycho les moyens d'élever un observatoire sur l'île de Hveen. En 1576, Tycho édifia le plus bel observatoire d'Europe dans un château au nom poétique : le palais d'Uranie. Uraniborg était un véritable temple dédié aux planètes, aux étoiles et aux astres célestes. Pour Tycho Brahe, l'observation de la voûte céleste était une activité qui touchait au sacré, et ce dernier, dans une sorte de cérémonial quasi religieux, revêtait toujours de somptueuses parures avant de se diriger vers ses astrolabes et autres instruments d'observation.

Pendant vingt ans, Tycho nota la position de nombreuses étoiles avec une précision maniaque de 2 à 3 minutes d'arc, ainsi que celles des planètes, dont Mars. Comme de nombreux astronomes, Tycho observa la planète rouge à chaque opposition, en commençant par celle de 1580, mais ne délaissa pas pour autant la planète quand celle-ci s'écartait de ces périodes favorables. La valeur des observations de Tycho tenait non seulement à leur grande précision, mais aussi à leur continuité ...

Si ses observations lui avaient bien montré la suprématie du système copernicien par rapport au système de Ptolémée, il n'était pas satisfait pour autant. Tycho conçu donc son propre système, en réhabilitant encore une fois la Terre dans son rôle de centre du monde. Son système était une sorte de compromis entre celui de Ptolémée et celui de Copernic : le Soleil tournait autour de notre globe, en emportant dans sa course les autres planètes.

Tycho était un homme doté d'un fort tempérament, ce qui lui a valu quelques mésaventures, à l'image d'un duel ou il perdit une partie de son nez. Bien vite, son mauvais caractère lui valut d'être peu à peu détesté par son entourage. Et à la mort du roi Frédéric II, il perdit ses subventions et fut dépossédé de son observatoire. En 1596, il quitte l'île de Hveen pour rejoindre l'Allemagne avec ses recueils d'observation et quelques instruments. En 1600, un jeune mathématicien, Johannes Kepler (1571 - 1630), le rejoint pour l'assister dans une tâche monumentale : déterminer le mouvement de Mars. Tycho était également un homme jaloux. Il protégeait religieusement ses fabuleuses observations et Kepler n'y avait qu'un accès limité. Mais le 24 octobre 1601, Tycho Brahe s'éteint. Sur son lit de mort, il exprime un dernier souhait : n'avoir pas vécu en vain. Avec un accès libre aux données du savant, Johannes Kepler va l'exhausser.

Johannes Kepler

Kepler reprend donc les observations de Tycho, et trouve bien vite un écart entre les positions observées et les positions calculées. L'écart est faible (8'), mais Kepler a une entière confiance dans les résultats obtenus par Brahe. L'erreur est bien supérieure à la précision des données et, d'après lui, ne peut s'expliquer que par l'incapacité du modèle qu'il utilise à décrire la trajectoire correcte de la planète Mars.

Contrairement à Tycho, Kepler était un copernicien convaincu, et va donc prendre ce système comme base de travail. En étudiant scrupuleusement la position de la planète Mars au cours du temps, il découvre une loi étonnante, que l'on connaît aujourd'hui sous le nom de loi des aires (c'est la deuxième loi de Kepler, mais la première dans l'ordre chronologique). Cette loi stipule que la ligne reliant le Soleil et une planète balaie des aires égales en des temps égaux (en conséquence de quoi une planète qui se rapproche du Soleil se déplace plus rapidement).

Après s'être acharné pendant près de six ans sur Mars, Kepler effectue finalement une découverte fondamentale : dans son mouvement, la planète rouge suit non pas un cercle, mais une orbite elliptique, dont l'un des foyers est centré sur le Soleil. C'est la première loi de Kepler. Notons ici que le choix de travailler sur la planète Mars a été déterminant : mis à part Mercure, qui est bien trop proche du Soleil pour pouvoir être observé correctement, Mars possède la plus grande excentricité de toutes les planètes connues au temps de Kepler. Si ce dernier s'était penché sur une autre planète telle que Vénus (dont l'orbite est presque circulaire), jamais il ne serait arrivé au moindre résultat. Une chance inouïe, dont Kepler en était parfaitement conscient.

En 1605, Kepler a donc découvert ses deux premières lois, décrites dans un traité, Astronomia Nova (nouvelle astronomie), sous-titré De motibus stellae Martis (du mouvement de Mars) qui ne sera cependant publié qu'en 1609 à cause de soucis financiers. En 1619, il découvre sa troisième loi, qui permet de déterminer la distance relative d'une planète au Soleil en utilisant sa période de révolution : pour toutes les planètes du système solaire, le rapport T2/A3 est une constante, dont la valeur est identique quelle que soit la planète choisie (T représentant la période orbitale et A le demi grand axe de l'ellipse). Kepler meurt le 15 novembre 1630, en laissant derrière lui un travail d'une importance monumentale. Isaac Newton (1642-1727) s'appuiera plus tard sur les lois de Kepler pour bâtir sa théorie de la gravitation.

En 1609, l'année de la publication de l'ouvrage de Kepler, la première lunette est pointée vers le ciel. L'homme ne va plus se contenter de connaître le mouvement des planètes. Il va enfin pouvoir poser un œil sur leur surface...

Galilée et la lunette astronomique

Galileo Galilée (1564 - 1642) naquit le 15 février 1564 à Pise. Et c'est en 1609 qu'il met au point la première lunette astronomique, d'après des informations en provenance de Hollande et selon lesquelles un dispositif fabriqué à des fins militaires permettrait d'observer de près des objets situés au loin.

On ne connaît pas avec exactitude l'histoire de l'invention de la lunette. D'après un ouvrage écrit en 1660 par P. Borel, cet instrument aurait été inventé par deux enfants qui jouaient avec deux lentilles. En les rapprochant l'une de l'autre, ils auraient eu la surprise de voir le coq du clocher d'une église fortement grossi. Très fiers d'eux, les deux gamins se seraient précipités vers leur père, Zacharie Jansen, pour lui faire part de leur incroyable découverte. Ce dernier aurait réussi à garder le secret pendant quelques années, avant que celui-ci ne parvienne aux oreilles indiscrètes de Hans Lippershey, qui dépose un brevet en 1608 et place la lunette dans le domaine public. Mais d'autres histoires circulent sur la naissance de la lunette et comme Albert Ducrocq l'indique dans son ouvrage "A la recherche d'une vie sur Mars", l'instrument a sans doute eu plusieurs pères. Des artisans auraient par exemple découvert de manière totalement indépendante son principe au XVIè siècle.

Grâce à sa lunette, et sur une période de quelques mois, Galilée va réaliser plus de découvertes que n'importe quel astronome. En autres : les montagnes et cratères lunaires, les phases de Vénus, les étoiles de la voie lactée, les quatre satellites de Jupiter, les taches solaires,etc. Cette avalanche de découvertes sera compilée dans un petit ouvrage, Sidereus Nuncius.

En 1610, il observe Mars avec sa petite lunette. Même en écarquillant les yeux, il ne devait en fait pas voir grand chose. Son instrument ne grossissait que 20x, et il était affecté par un couple ravageur en termes de performances : l'aberration de sphéricité et l'aberration chromatique. Galilée estime pourtant que le disque martien, grignoté par une zone d'ombre, n'est pas parfaitement rond.

Dans le système de Copernic, Mars évolue sur une orbite située au-delà de celle de la Terre, et la planète doit donc présenter des phases. Ces dernières ne sont cependant pas aussi prononcées que celles de notre Lune. A son maximum, la phase de Mars ne peut  dépasser 47°, et le disque martien apparaît alors gibbeux, comme notre satellite trois ou quatre jours avant la pleine Lune (depuis la Terre, on ne peut donc jamais observer de croissant martien). L'observation des phases martiennes par Galilée (qui doit probablement plus à son imagination qu'à la réalité, étant donné la médiocrité optique de sa lunette) apportait un nouvel indice en faveur du système copernicien.

La lunette de Galilée n'était en fait pas une véritable lunette astronomique. Elle utilisait une lentille convexe comme objectif et une lentille concave pour l'oculaire. En 1611, Kepler propose de remplacer l'oculaire par une lentille convexe. Le champ de vision est plus grand, mais l'image est inversée. Ce type d'instrument est appelé lunette astronomique, par opposition à la lunette Galiléenne. Kepler ne mettra cependant pas son idée en pratique et il faudra attendre Scheiner en 1617 et Fontana en 1630 pour voir apparaître les premières lunettes astronomiques.

Galilée travailla également dans le domaine de la physique (chute des corps, accélération, pendule, plan incliné) et ses travaux inspirent Isaac Newton, le père de la gravitation. Les découvertes de Galilée menaçaient les dogmes de l'Eglise et le savant devra abjurer en 1633. E pur si muove ! Le savant devint aveugle en 1633 (comme Cassini) et mourut le 8 janvier 1642 à Arcetri. Il a fallu attendre le le 31 octobre 1992 pour que Galilée soit réhabilité par le pape Jean Paul II. 

Je ne peux pas m'empêcher ici de citer une anecdote amusante à propos de Galilée et de Kepler. Les deux savants entretenaient une correspondance suivie et s'échangeaient de nombreuses informations codées. Après avoir décrypté un anagramme envoyé par Galilée, Kepler y voit une confirmation de la présence de deux satellites autour de la planète rouge : Galilée évoquait effectivement la forme triangulaire de Mars. Ce que Kepler ne sait pas, c'est que Galilée ne parle pas de la planète rouge, mais de Saturne ! Il faudra attendre Huygens et la découverte des anneaux de Saturne pour que ce mystère soit enfin résolu. La lunette de Galilée n'avait pas une résolution suffisante pour isoler les anneaux du globe planétaire, ce qui expliquait la forme grossièrement triangulaire de l'astre. On peut penser ici que le système des anagrammes et des phrases codées était puéril, mais à l'époque, il n'existait pas de revues scientifiques pour publier les travaux. Tout se transmettait par courrier et il était facile pour un tiers mal intentionné de s'attribuer la paternité d'une découverte importante. La phrase codée était illisible sauf pour son auteur, ce qui constituait une protection valable.

Le premier dessin de Mars

En 1636, Francesco Fontana (1585-1685) dresse le premier croquis de Mars, un cercle parfait avec au centre un point noir. On pourrait penser que Fontana avait observé les taches sombres qui recouvrent et découpent la surface de Mars, mais comme ce point était aussi présent sur ces dessins de Vénus, ce n'était qu'un artefact du à une anomalie dans le dispositif optique de sa lunette. Le dessin de Fontana, d'après Camille Flammarion, marque le début de la première période de l'observation martienne. Cette période se terminera en 1830 et se caractérise par des observations rudimentaires qui ne donnent aucune idée de l'aspect physique réel de Mars.

En 1640, un jésuite, Zucchi, observe le disque martien. Le père jésuite Daniel Bartoli l'observe à son tour le 24 décembre 1644. Il note deux taches sombres dans la partie inférieure du disque martien (mais il n'observe peut-être encore une fois qu'un défaut de ses instruments). En 1651, 1653 et plus particulièrement en juillet et août de l'année 1655, alors que Mars est en opposition périhélique, d'autres observateurs noteront à leur tour des ombres sur le disque martien, comme Hevelius, Giambattista Riccioli et Francesco Grimaldi.

Christian Huygens

Le mérite d'une observation martienne détaillée revient surtout à Christian Huygens (1629 - 1695), un astronome hollandais. Huygens est surtout connu pour ses oculaires, ainsi que pour la découverte de la plus grosse lune de Saturne, Titan. Il commence ses observations en juillet 1655, avec un bon télescope de 3,5 mètres de focale (50x).

En 1655, il ne voit rien d'autre qu'un disque traversé par une bande sombre. Il reprend ses observations en 1659, et le 28 novembre de cette année, il pointe de nouveau une lunette vers la planète Mars, alors proche de l'opposition. Il note des taches sur le disque et dessine un croquis qui montre une tache en forme de V, sans doute l'une des caractéristiques les plus célèbres de Mars (Syrtis Major, aussi connue sous le nom de Hourglass Sea). Au cours du temps, il note un léger déplacement de cette tache. Le 1er décembre 1659, Syrtis Major réapparaît presque au même endroit qu'au 28 novembre, et Huygens en déduit que la rotation de Mars est similaire à celle de la Terre et que la planète rouge effectue un tour sur elle-même en 24 heures.

Notons ici qu'en 1666, l'année de la fondation de l'Académie des Sciences de Paris, un vif débat oppose les observateurs de la planète Mars. Pour certains la période de rotation de Mars n'est que de 12 heures et non pas de 24 heures. Cette différence importante est due au fait que Mars présente deux taches sombres importantes au niveau de son équateur, et qu'il est facile de prendre l'une de ces taches pour l'autre. Ce sera Cassini qui tranchera, en donnant raison aux observations de Huygens.

Lors de l'opposition périhélique de 1672, Huygens effectue un nouveau croquis de la planète Mars qui montre Syrtis Major mais aussi la première représentation de la brillante calotte polaire Sud. On lit souvent que c'est Cassini qui a observé pour la première fois les calottes polaires, car les dessins qu'il a esquissés en 1666 montrent effectivement des taches aux pôles. Mais William Sheehan, dans son superbe ouvrage "La planète Mars", fait remarquer que des taches identiques apparaissent également au limbe ! Huygens exécutera son dernier dessin le 4 février 1694 (Mars était alors en opposition aphélique) et il meurt en 1695.

Jean Dominique Cassini

On ne peut donc pas parler de Huygens sans mentionner son principal rival, Jean Dominique Cassini (1625 - 1712). Celui ci observe Mars lors de l'opposition aphélique en 1666. Il dessine le 19 mars 1666 des formes sombres à la surface de Mars, mais ses dessins ne sont pas assez précis pour pouvoir mettre en relation les formes sombres avec ce que l'on connaît actuellement de la planète. Il remarque aussi le lent déplacement des taches au cours du temps sur le disque martien et affine la période de rotation de Mars. Après une période de 36 ou 37 jours, les taches reviennent au même endroit et Mars effectue donc une rotation complète en 24 heures et 40 minutes. La valeur est très proche de celle retenue actuellement, soit 24 h 37 m 22 s. Ce résultat était totalement indépendant de celui obtenu par Huygens, qui ne le publia d'ailleurs jamais.

En 1686, il observe de nouveau Mars, avec des lunettes de grande distance focale, mais les dessins ne montrent pas plus de détails que les précédents. Sa dernière observation de Mars date du 4 février 1694 (opposition aphélique). Cassini s'intéresse également aux mesures de position de la planète. En comparant ses résultats avec ceux d'un autre français, Jean Richer, il détermine la parallaxe de Mars, ce qui lui donne accès, via la troisième loi de Kepler, à la distance Terre - Soleil (avec une légère erreur en excès). Il en déduit alors la distance entre Mars et le Soleil et le diamètre de la planète (deux fois inférieur à celui de la Terre).

Des observations plutôt pauvres

Force est de constater que les observateurs de la planète Mars ne pouvaient pas relever beaucoup de détails de sa surface. En 1694, Robert Hooke (Royal Society Of London) tente d'observer Mars, malgré des conditions déplorables. Effectivement, l'immense incendie qui avait ravagé Londres la même année a eu pour effet de charger l'atmosphère d'une énorme quantité de poussières et de cendres. L'observateur a pu cependant bénéficier de quelques soirées idéales, et ses dessins montrent entre autres Syrtis Major. Mais le plus important, c'est que Hooke s'était rendu compte du rôle crucial de l'atmosphère pour les observations astronomiques (ce que l'on appelle maintenant le seeing). Même par temps clair, l'existence de plusieurs couches atmosphériques aux comportements différents perturbent les observations. Mais l'état du ciel n'explique pas tout.

L'aberration chromatique a été le plus grand souci de tous les observateurs présentés ici. Plus l'ouverture de l'instrument utilisé était importante, plus l'aberration chromatique était élevée. On avait remarqué que l'aberration diminuait en diminuant la courbure des lentilles et en augmentant la longueur focale de l'instrument. Les lunettes prirent alors soudain des tailles démesurées. Elles étaient de plus en plus difficile à manier. Huygens lui-même s'employa à construire quelques-uns de ces monstres, puis se tourna ensuite vers la mise au point de lunette sans tube, qu'il utilisa pour observer Mars.

L'aberration chromatique repose sur le fait que les verres utilisés pour la fabrication des lentilles avaient la fâcheuse tendance de décomposer la lumière à la manière d'un prisme. Les rayons de différentes longueurs d'onde ne convergeaient pas vers le même foyer (la lumière rouge n'arrivant pas au même endroit que la lumière violette). Les couleurs étaient donc décalées, ce qui nuisait fortement à la qualité de l'image.

C'est un avocat londonien, dont l'optique était le passe-temps favori, qui va découvrir la solution miracle. En 1733, Chester Moor Hall imagine une lentille double formée de deux verres accolés, l'un dispersant la lumière du rouge vers le violet, l'autre dispersant la lumière dans le sens contraire. Hall est un homme méfiant et il confie la fabrication des deux verres complémentaires à deux opticiens différents, de peur que l'on découvre son secret. Manque de chance, croyant avoir à faire à deux individus différents, il va en fait s'adresser au même opticien, Georges Bass. Celui-ci, intrigué par la demande relativement étrange de Hall, décide d'accoler les deux lentilles et assiste, stupéfait, à un phénomène incroyable : la lumière qui traverse ce double système optique n'est plus décomposée ! Le secret de Hall est éventé, mais Bass est lui-même bien trop bavard. C'est finalement un troisième individu, John Dolland, qui déposera le brevet de la lentille achromatique. Malheureusement cette petite révolution n'est pas encore connue du temps de Huygens.

L'idée d'une planète semblable à la Terre ...

Quelques mois avant sa mort en 1695, Huygens avait formulé ses idées sur la vie extraterrestre. Il explique que Mars doit posséder une végétation et des animaux. La planète est plus loin de la Terre et ses habitants doivent être adaptées à des températures plus basses que celles qui règnent sur Terre. Avec une rotation sensiblement identique à celle de notre globe et un axe faiblement incliné, les saisons martiennes ne doivent pas être bien différentes des saisons terrestres. En 1666, Cassini avait déjà suggéré que Mars pouvait bien ressembler à la Terre. Mais il n'était pas aller plus loin dans ses spéculations. En 1686, Bernard le Bovier de Fontenelle écrit son fameux ouvrage intitulé Entretien sur la pluralité des mondes. Il y discute de la nature des autres mondes et de leurs habitants et parle de Mars en des termes peu flatteurs. Il écrira cette phrase désormais célèbre: Mars n'a rien de curieux que je sache ! Son imagination sera seulement motivée par le fait que Mars ne possède à l'époque aucun satellite connu. Il doit faire bien sombre à sa surface pendant la nuit, et des pierres ou des oiseaux phosphorescents ne seraient pas de trop pour éclairer tout ça !

... et peu digne d'intérêt !

Avec la mort de Huygens en 1695, un siècle de grande découverte se termine. Malgré des observations toujours plus nombreuses,  l'homme n'a pas appris grand chose de la planète rouge. Et il n'est pas près d'en apprendre plus. Pendant trois quarts de siècle, Mars va être délaissée, abandonnée, méprisée. La longue nuit de l'histoire de l'observation martienne commence ...

Rétrogradation

Le déplacement de Mars parmi les constellations voisines de l'écliptique donne lieu à un phénomène très intéressant. Effectivement, lorsque la planète rouge est proche de l'opposition, elle semble s'arrêter en plein ciel pour repartir en arrière. La rétrogradation de Mars est bien visible sur cette simulation du mouvement de la planète pendant 170 jours, du 1er juin 2003 au 13 novembre 2003 (période d'opposition). Chaque croix correspond à un intervalle de 5 jours (Crédit photo : image générée avec Skymap).

Le système de Ptolémée

Pour expliquer la rétrogradation de Mars, un comportement pour le moins bizarre, Ptolémée avait mis en place un système d'épicycles. Chaque planète tourne en décrivant un cercle, l'épicycle, dont le centre tourne également autour de la Terre en suivant un cercle de plus grand diamètre, le déférent. La combinaison de ces deux mouvements rendait compte de la rétrogradation de la planète Mars (Crédit photo : © Philippe Labrot).

Le système de Ptolémée (Terre excentrée par rapport au centre du déférent)

Le système de Ptolémée présenté ci-dessus ne collait pas exactement à la réalité, et le mouvement de Mars y était par exemple bien trop uniforme. Lorsque, au cœur d'une opposition, la planète Mars évolue dans les constellations du Capricorne et du Verseau, elle progresse presque deux fois plus vite que lors de son déplacement dans la région opposée, au niveau des constellations du Lion et du Cancer. Pour tenir compte de ce phénomène, Ptolémée décide de prendre des libertés en excentrant légèrement la Terre par rapport au centre du déférent. Bien que cette astuce lui permettre maintenant de prédire avec justesse les variations de vitesse et de luminosité, le système n'est pas encore parfait : la taille de la boucle que décrit Mars lors des périodes d'opposition n 'est pas encore conforme à la dure réalité des faits ! (Crédit photo : © Philippe Labrot).

Le système de Ptolémée (ajout de l'equant)

Agacé par l'étonnante résistance des cieux à rentrer dans une mécanique d'horlogerie, Ptolémée va céder à la facilité en rendant le mouvement de Mars uniforme non plus par rapport au centre du déférent, mais par rapport à un point mathématique sans aucune réalité physique, l'équant (qui n'est autre que l'image de la Terre par rapport au déférent). Ce changement radical signifiait l'abandon pur et simple du mouvement uniforme circulaire des planètes cher aux grecs. Un revirement qui n'a apparemment pas posé de problème de conscience à Ptolémée ... Ce dernier était effectivement plus intéressé par la réalisation d'une machine capable de prédire avec une relative exactitude la position des planètes que par l'exploration de la structure intime de l'Univers (Crédit photo : © Philippe Labrot).

Antares

Dans le ciel, Mars a une rivale de taille, l'étoile Antares, dont le nom signifie "anti-Ares", c'est à dire anti-Mars. Antares, qui est l'étoile la plus brillante de la constellation du scorpion, est une supergéante rouge. Lorsque la planète Mars est au plus proche de la Terre, dans les périodes d'opposition, elle vagabonde justement aux environs de la constellation du Scorpion. Réunis dans la même région de la voûte céleste, les deux astres rivalisent de luminosité et semblent engagés dans une farouche lutte cosmique (Crédit photo : droits réservés/Philippe Labrot).

Johannes Kepler

Malingre et souffreteux, durement marqué par une vie qu'il a terminée dans le malheur et la misère, Johannes Kepler n'en est pas moins devenu immortel. Ses trois lois, qui régissent le mouvement des planètes autour du Soleil, et qui détermineront à jamais les trajectoires de nos vaisseaux spatiaux au sein du système solaire, constituent l'une des plus grandes découvertes de toute l'histoire des Sciences. Gravée sur sa tombe, une émouvante épitaphe résume en une phrase un destin hors du commun : "Je mesurais les cieux, je mesure à présent les ombres de la terre" (Crédit photo : droits réservés).

Tycho Brahe

Tycho Brahe, l'un des plus grands observateurs de l'histoire. C'est en se basant sur les données que ce dernier avait recueilli sur Mars que Johannes Kepler a pu découvrir ses fameuses lois (Crédit photo : droits réservés).

Christian Huygens

Christian Huygens, née le 14 avril 1629 à la Haye. Ce hollandais découvrit les anneaux de Saturne, sa rotation et son principal satellite, Titan. Il fut aussi un chercheur prolifique en optique physique. Il commence par déceler une erreur dans les dialogues de Galilée, puis perfectionne les lois de la mécanique de Descartes. Il construit tout une série de télescopes, dont l'un atteindra 63 mètres de distance focale. Huygens est aussi connut pour son travail en physique optique : mise au point d'oculaires encore utilisés aujourd'hui et découverte de la double réfraction des cristaux de calcite. En 1677, il formule une théorie ondulatoire de la lumière, une sérieuse alternative à la théorie corpusculaire de Newton. Il travaille aussi sur le microscope et son éclairage et décrit les principes des horloges à pendule. En 1666, il part pour Paris et occupe un poste de prestige à l'Académie Royale des Sciences, tout en étant logé dans un appartement à la bibliothèque du Roi. Huygens, génie parmi les génies, mourut le 8 juillet 1695, dans la ville ou il était né, 66 ans plus tôt (Crédit photo : droits réservés).

Jean Dominique Cassini

Jean Dominique Cassini est né le 8 juin 1625 en Italie, à Perinaldo. Appelé par Louis XIV à Versailles, il fut amené à diriger le prestigieux observatoire de Paris. En 1664, il détermine la rotation de Jupiter et observe pour la première fois la grande tâche rouge. Il est également connu pour la découverte de quatre satellites de Saturne (Japet, Rhéa, Tethys et Dioné) ainsi que la ligne sombre qui découpe le système des anneaux (la division de Cassini). Il s'attaqua aussi avec succès à la mesure des distances dans le système solaire. Il meurt aveugle à Paris en 1712, à l'âge de 87 ans (Crédit photo : droits réservés).

Croquis de Mars par Francesco Fontana

A l'aide d'une lunette Francesco Fontana dessine le premier croquis de la planète Mars. Mais l'instrument est d'une piètre qualité et les formations que Fontana observe, le cercle extérieur gris et le point noir central sont dues à un défaut optique. Le dessin de gauche date de 1636 et celui de droite de 1638 (Crédit photo : Camille Flammarion, la Planète Mars).

Dessins de Cassini

La planète Mars dessinée par Jean-Dominique Cassini lors de l'opposition aphélique du mois de mars 1666. D'après ses observations, Cassini estime la période de rotation à 24h et 40 minutes, une valeur très proche de la valeur actuelle (Crédit photo : Camille Flammarion, la Planète Mars).

Dessins de Christian Huygens

Nous devons le premier véritable dessin de la planète Mars à Christian Huygens. Le 28 novembre 1659, il distingue à travers son télescope une tache sombre en forme de V qui se dessine parfaitement sur le disque martien (schéma de gauche). Cette forme caractéristique n'est autre que Syrtis Major. Le 13 août 1672 (schéma de droite), il aperçoit la calotte polaire australe (qui apparaît en haut, car vue au travers d'un télescope, la planète Mars est inversée !). Christian Huygens semble donc être le découvreur des calottes polaires martiennes, même si certains croquis esquissés par Cassini en 1666 (ci-dessus) peuvent jeter un doute (Crédit photo : Camille Flammarion, la Planète Mars).

 

Le phénomène de rétrogradation s'explique uniquement par la position relative qu'occupe la Terre par rapport à Mars. A gauche on trouve les positions simultanées de la Terre et de Mars lors de leur course autour du Soleil pendant et après l'opposition de 1965. A droite est indiqué le mouvement apparent de Mars par rapport aux étoiles fixes. A proximité de l'opposition (positions 3, 4 et 5), la planète Mars semble repartir à l'envers dans le ciel (Crédit photo : © Philippe Labrot, d'après un dessin paru dans "The Book of Mars" de Samuel Glasstone).

 

Labrot © 1997-2017. Dernière mise à jour : 8 juin 2002. Des commentaires, corrections ou remarques ? N'hésitez pas, écrivez moi!

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