Unité astronomique

Un antécédent direct de l’unité astronomique se trouve directement dans les preuves de Nicolas Copernic (également connu sous le nom de « Copernic ») pour son système héliocentrique au XVIe siècle. Dans le volume V de son livre De Revolutionibus Orbium Coelestium (1543), il a calculé, en utilisant la trigonométrie, les distances relatives entre les planètes alors connues et le Soleil, en fonction de la distance entre la Terre et le Soleil. En mesurant les angles entre la Terre, la planète et le Soleil à des moments où ils forment un angle droit, il est possible d’obtenir la distance Soleil-planète en unités astronomiques. Ce fut l’une de ses démonstrations pour prouver que les planètes, y compris la Terre, tournaient autour du Soleil (héliocentrisme), écartant le modèle de Ptolémée selon lequel la Terre était le centre autour duquel les planètes et le Soleil tournaient (géocentrisme). Il établit ainsi la première échelle relative du système solaire en utilisant comme modèle la distance entre la Terre et le Soleil.

Par la suite Johannes Kepler, sur la base des observations minutieuses de Tycho Brahe, il a établi les lois du mouvement planétaire, qui sont à juste titre connues sous le nom de « lois de Kepler. »La troisième de ces lois relie la distance de chaque planète au Soleil au temps qu’il faut pour orbiter (c’est-à-dire la période orbitale) et, par conséquent, établit une échelle relative améliorée pour le système solaire: par exemple, il suffit de mesurer le nombre d’années que Saturne met en orbite autour du Soleil pour savoir quelle est la distance de Saturne au Soleil en unités astronomiques. Kepler a estimé avec une très bonne précision les tailles des orbites planétaires; par exemple, il a fixé la distance entre Mercure et le Soleil à 0,387 unité astronomique (la valeur correcte est 0,389) et la distance entre Saturne et le Soleil à 9,510 unités astronomiques (la valeur correcte est 9,539). Cependant, ni Kepler ni aucun de ses contemporains ne savaient combien valait cette unité astronomique et ignoraient donc complètement l’échelle réelle du système planétaire connu, qui s’étendait ensuite à Saturne.

D’après les lois de Kepler, il suffisait de mesurer la distance d’une planète au Soleil, ou à la Terre, pour connaître l’unité astronomique. En 1659, Christian Huygens mesure l’angle qui sous-tend Mars dans le ciel et, attribuant une valeur au diamètre de cette planète, estime que l’unité astronomique doit être de 160 millions de kilomètres, soit sept fois plus que celle estimée par Kepler, mais en fait moins de 10% au-dessus de la valeur réelle. Cependant, cette mesure n’a pas été acceptée, car, comme l’a reconnu Huygens lui-même, tout dépendait de la valeur attribuée à la taille de Mars. Fait intéressant, Huygens a deviné avec une précision remarquable la taille de Mars.

Une autre méthode plus fiable était connue, mais elle nécessitait des mesures très difficiles : la méthode de la parallaxe. Si deux personnes sont situées dans des points éloignés de la Terre, par exemple à Paris (France) et à Cayenne (Guyane française), observez simultanément la position d’une planète dans le ciel par rapport aux étoiles de fond, ses mesures donnent une petite différence qui correspond à l’angle de subtendería la ligne Paris-Cayenne vue de la planète. Connaissant cet angle, et la distance Paris-Cayenne, vous pouvez en déduire la valeur de l’unité astronomique. En pratique, il y avait trois difficultés: premièrement, les distances sur Terre n’étaient pas bien connues; deuxièmement, la mesure du temps n’était pas assez précise pour permettre des mesures simultanées entre des points très éloignés; et troisièmement, la mesure de la position apparente de la planète dans le ciel devait être très précise. Il fallut plus d’un demi-siècle avant qu’il ne soit possible de mesurer la parallaxe d’une planète : en 1672, Jean Richer se rendit à Cayenne pour mesurer la position de Mars dans le ciel en même temps que ses collègues de Paris faisaient de même. Richer et ses collègues ont estimé la valeur à 140 millions de kilomètres.

Avec le temps, des méthodes ont été développées qui sont des estimations plus précises et fiables de l’unité astronomique; en particulier, celle proposée par le mathématicien écossais James Gregory et par l’astronome britannique Edmund Halley (le même de la comète), est basée sur des mesures du transit de Vénus ou de Mercure sur le disque solaire et a été utilisée jusqu’au début du XXe siècle. Les mesures contemporaines sont effectuées avec des techniques laser ou radar et donnent la valeur 149 597 870 km, avec une erreur apparente d’un ou deux kilomètres.