L'héliocentrisme est une conception du monde et de l'Univers qui place le Soleil en son centre. Malgré quelques précurseurs, comme Aristarque de Samos (Samos (en grec ancien Σάμος) est une île grecque de la mer...), on attribue en général le principe de l'héliocentrisme (L'héliocentrisme est une théorie physique qui place le Soleil au centre de l'Univers, ou...) à Copernic. Ses résultats furent complétés par Kepler et Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence,...). L'idée que le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) ne soit que le centre du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) et que l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) n'en ait pas, apparaît dans les écrits du moine Giordano Bruno.
À partir du XVIIe siècle, cette conception scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) devint progressivement la représentation du monde (Le mot monde peut désigner :) communément adoptée en occident : en 1687, Isaac Newton (Isaac Newton (4 janvier 1643 G – 31 mars 1727 G, ou 25 décembre...) découvrit la formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits...) mathématique (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide...) qui décrit les forces de gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...), ce qui permit d'expliquer les trajectoires elliptiques des planètes autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du Soleil. Au début du XVIIIe siècle, les observations confirmèrent définitivement la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de la gravitation, ce qui permit de donner une explication plus satisfaisante aux phénomènes astronomiques alors observés.
La théorie de l'héliocentrisme s'est opposée à la théorie du géocentrisme (Le géocentrisme est un modèle physique ancien et erroné selon lequel la Terre se...), lors de la controverse ptoléméo-copernicienne, entre la fin du XVIe siècle et le début du XVIIIe siècle : l'héliocentrisme fut l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'interdits religieux, en 1616. Galilée fut condamné en 1633 pour son livre le dialogue sur les deux grands systèmes du monde (sa peine fut commuée en assignation à résidence (Le nom de résidence est donné à un ensemble de voies souvent qui forment une boucle ayant la...) par Urbain VIII). Les interdits furent levés en 1741 et 1757 par Benoît XIV.
De nos jours, l'héliocentrisme n'est plus qu'une approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...), puisqu'en réalité, le Soleil n'occupe que le foyer des différentes ellipses constituant la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) des différentes planètes. Le centre de gravité (Le centre de gravité est le point d'application de la résultante des forces de...) du système solaire reste cependant très proche du centre de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) du Soleil.
Le Soleil lui-même n'est plus le centre de l'Univers puisqu'il se trouve en mouvement, aux deux-tiers du rayon de notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...), à une vitesse (On distingue :) de 220 kms/s. Le rayon galactique est estimé à 50 000 années-lumière. Notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) est elle-même en mouvement, à une vitesse de l'ordre de 600 kms/s, par rapport aux autres objets extragalactiques.
Il faut enfin souligner que la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de gravitation, appelée à l'époque de Newton loi de la gravitation universelle, n'est qu'une force parmi les quatre interactions fondamentales. Elle ne peut expliquer seule l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des phénomènes astronomiques dans les théories cosmologiques modernes.
Contrairement à une idée répandue, Copernic n'a pas inventé l'héliocentrisme. Cette hypothèse est beaucoup plus ancienne mais elle a eu du mal à se diffuser en Occident (L'Occident, ou monde occidental, est une zone géographique qui désignait initialement...), car d'une part, elle semblait être en contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) avec un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'observations comme le mouvement apparent du Soleil dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) ou le fait que tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) semble attiré par la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), d'autre part, elle s'opposait à certains dogmes religieux.
La première mention connue de l'héliocentrisme se trouve dans des textes védiques datant du IXe et VIIIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) avant J.C.[réf. nécessaire]
Au Ve siècle av. J.-C., Philolaos de Crotone est le premier penseur grec à affirmer que la Terre n'était pas au centre de l'Univers. Il fait tourner notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) en un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) autour d'un " Feu central ". Comme elle tourne sur elle même également en un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), ce feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) central nous est invisible et nous percevons uniquement sa lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) reflétée par le Soleil.
Astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) et mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute...) grec, Aristarque de Samos (Aristarque de Samos, en grec ancien...), ayant évalué la masse du soleil, émet au IIIe siècle av. J.-C. l'hypothèse que, puisque la masse de celui-ci est beaucoup plus importante que celle de la Terre, c'est autour de lui que doivent tourner les autres planètes. Conscient qu'une telle théorie devrait faire apparaître une parallaxe (La parallaxe est l’incidence du changement de position de l’observateur sur...) dans l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) des étoiles, il place alors la sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une...) des étoiles fixes à une très grande distance du Soleil. On ne connaît cette théorie que par les critiques qu'en fait Archimède (Archimède de Syracuse (en grec ancien :...).
L'hypothèse héliocentrique fut cependant rejetée par la majorité des scientifiques de l'Antiquité.
Des astronomes indiens comme Âryabhata ou Bh?skara II au XIIe ont développé des modèles héliocentriques de l'univers.
Dans son ouvrage Aryabhatiya, Âryabhata propose au Ve siècle un modèle ou la Terre tourne autour de son axe et autour d'un Soleil stationnaire. Il découvre également que la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...) et les planètes réfléchissent la lumière du Soleil, que leur orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour du Soleil est elliptique, ce qui lui permet de prévoir avec précision les éclipses de Soleil et de Lune.
Au XIIe Bh?skara II publie Siddhanta-Shiromani, un traité d'astronomie dans lequel il approfondi les travaux de Âryabhata. Il y mentionne notamment la loi de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). Il découvre également que la vitesse de révolution des planètes n'est pas uniforme.
Les travaux d'Âryabhata on été traduits en arabe au VIIIe siècle et en latin au XIIIe, il n'est donc pas exclus que ces travaux aient influencé Copernic.
Au XIVe siècle, des auteurs comme Jean Buridan ou Nicole Oresme (Nicole Oresme, né à Allemagne (Fleury-sur-Orne depuis 1916) vers 1325 et mort à...) ont abordé la question de la possibilité du mouvement de rotation diurne de la Terre.
Un siècle plus tard, Nicolas de Cues réexamine ces travaux et postule, en se basant sur des arguments théologiques, que la taille de l'univers n'est pas finie, et que la Terre est un astre en mouvement, de même nature que ceux que l'on voit dans le ciel.
Dans son Codex Leicester paru en 1510, Léonard de Vinci découvre que la lumière cendrée de la Lune est due à la réverbération de la Terre. Il émet l'hypothèse que la Terre est un astre de même nature que la Lune.
Le système imaginé par Copernic au XVIe 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 :
Dans son livre De revolutionibus, il énonce une série de postulats :
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.
Cependant, il est obligé de compliquer son modèle pour tenir compte des variations de vitesse et de distance sur les trajectoires (en effet les trajectoire 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 (Une orbite terrestre est une orbite située autour de la Terre. La Lune, le seul satellite...) (Ot sur le schéma) décrit un épicycle (L’épicycle est un composant essentiel du système astronomique de Ptolémée (IIe siècle)...) dont le centre tourne lui-même sur un excentrique (en pointillés). De même, le centre du déférent des planètes (Om 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 petits que des corps extrêmement grands grand comme le Soleil, ou la sphère des étoiles.
Les deux principaux atouts de sa théories 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.
Malgré ces apports, le modèle de Copernic était largement contradictoire avec l'état de la connaissance de son époque.
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 (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est...) 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.
Les observations expérimentales de l'époque faisaient apparaître la taille apparente de Mars ou de Vénus comme étant fixe au cours de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...), ce qui est contradictoire avec le modèle de Copernic dans lequel la distance entre la Terre et ces planètes est variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) tout au long de leur révolutions.
Pour Tycho Brahé, la rotation de la Terre (Le nombre de rotations de la Terre sur elle-même est de 365,2425 par an environ (calendrier...) autour du soleil devrait faire apparaître une modification de l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) des étoiles fixes. Ne parvenant pas à mesure 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.
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 (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) d'est, comme le vent relatif que l'on ressent en se déplaçant à grande vitesse.
Si la terre tourne sur elle même, comment se fait il que les objets à sa surfaces ne soient pas éjectés par la force centrifuge ? Et comment se fait-il que la Lune accompagne la Terre dans son mouvement de rotation autour du Soleil ?
Les oppositions à l'héliocentrisme n'étaient donc pas d'ordre uniquement religieuses, mais provenaient également du milieu scientifique, qui présentait des contre-arguments qui étaient extrêmement solides en comparaison des avantages de la théorie par rapport au modèle géocentrique. La plupart des réponses proposées par les partisans de Copernic ne sont que des hypothèses ad hoc (l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ou les objets en chute libre suivent la terre dans son mouvement, les étoiles sont extrêmement lointaines…) qu'il est alors impossible de confirmer expérimentalement.
Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) le modèle de Copernic sera donc surtout vu comme un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) de calcul. C'est ainsi par exemple que pour établir ses tables Pruténiques, Erasmus (Erasmus (European Region Action Scheme for the Mobility of University Students) est le nom...) Reinhold utilisera les formules de Copernic dans un système géocentrique. Il faudra encore toute une successions de découvertes pour valider la théorie, puis pour l'affiner. Ces découvertes auront de profondes implications sur la représentation de la place de l'être humain dans l'univers.
Utilisant les observations de Tycho Brahé, Kepler (1571–1630) confirme la thèse de Copernic en remarquant que les plans des trajectoires des planètes passent tous par le soleil. Mais il ne peut conserver l'idée de mouvement circulaire : les planètes tournent autour du Soleil suivant des trajectoires elliptiques. Ce sont les lois de Kepler (En astronomie, les lois de Kepler décrivent les propriétés principales du mouvement...).
Grâce à ses observations, Galilée (1564–1642) montre les failles du système géocentrique et prouve la cohérence du système héliocentrique.
A l'aide d'une lunette astronomique (Une lunette astronomique est un instrument optique qui permet d'augmenter la taille apparente et la...), il révise un certain nombre de résultats expérimentaux:
Il réalise des expériences sur des plans inclinés et introduit la notion de principe d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa...) qui explique pourquoi les corps tombent à la verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...).
Robert Hooke puis Isaac (ISAAC est un algorithme capable de générer des nombres pseudo-aléatoires, tombé dans le domaine...) Newton en inventant et exploitant le principe de la force gravitationnelle prouvent la validité des lois expérimentales de Kepler.
Cette force explique pourquoi les objets sont retenus à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre, en dépit sa rotation et pourquoi la Lune suit la Terre dans sa révolution.
Après les travaux de Newton, le modèle héliocentrique acquiert une grande cohérence interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...), mais n'est pas confirmé expérimentalement. Il n'existe encore aucune observation qui permet de prouver que la terre est bien en mouvement par rapport aux étoiles lointaines. La principale prédiction du modèle: le mouvement relatif des étoiles causé par la parallaxe n'a toujours pas été vérifiée.
C'est grâce à la publication des travaux de James Bradley sur l'aberration de la lumière (L'aberration de la lumière a été découverte par l'astronome James Bradley en 1725, mais...) en 1727 qu'on découvre la première preuve expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) du mouvement de la Terre autour du Soleil.
La première mesure de la parallaxe d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) ne sera elle publiée qu'un siècle plus tard, en 1838 par l'allemand Friedrich Wilhelm Bessel.
Le mouvement de rotation de la terre sur elle même sera lui confirmé expérimentalement par Foucault en 1851, grâce à son expérience du pendule de Foucault (Un pendule de Foucault, du nom du physicien français Jean Bernard Léon Foucault, est une...).
Les équations de Newton fournissent une solution exacte dans le cas d'un corps isolé en orbite autour d'un autre, dit problème à deux corps. Pour le système solaire, elles ne sont qu'une approximation puisqu'elle négligent les interactions réciproques des planètes.
La résolution du problème à N corps est nécessaire pour affiner l'évaluation des orbites des planètes. En 1785 dans Théorie de Jupiter et de Saturne, Pierre-Simon Laplace (Pierre-Simon Laplace, né le 23 mars 1749 à Beaumont-en-Auge (Calvados), mort le 5 mars 1827 à...) introduit le calcul des perturbations, une méthode approchée basée sur le développement en série. Il montre que l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) réciproque (La réciproque est une relation d'implication.) de ces deux planètes entraine une légère fluctuation de leur orbites sur une période de 80 ans.
En 1889 Henri Poincaré (Henri Poincaré (29 avril 1854 à Nancy, France - 17 juillet 1912...) démontre que le problème n'est pas soluble et que le système solaire est chaotique: la sensibilité aux conditions initiales fait qu'il est impossible de prévoir à long terme la trajectoire des planètes.
Copernic fait du Soleil, le centre, non seulement du système solaire, mais de l'univers tout entier. Il imagine d'autre part une sphère des étoiles fixes. Cette vision est remise en cause par Giordano Bruno par exemple, mais les techniques expérimentales de l'époque ne permettaient pas d'aboutir à une conclusion scientifique sur la nature des étoiles.
En 1718 l'astronome britannique Edmond Halley (Edmond (ou Edmund) Halley (29 octobre 1656, Haggerston, borough de Hackney à Londres...) met en évidence le mouvement propre (En astronomie, on appelle mouvement propre le mouvement apparent des étoiles sur la...) des étoiles en comparant les déplacements angulaires de Sirius (Sirius est l'étoile principale de la constellation du Grand Chien. Vue de la Terre, Sirius est...) et Arcturus. Il n'existe donc pas de sphère des étoiles fixes.
En 1783, William Herschel (William Herschel (né Friedrich Wilhelm Herschel) est un compositeur et astronome...) analyse le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) du Soleil en observant le mouvement propre de 14 étoiles. Il découvre que le Soleil se déplace à la vitesse de 20 km/s vers l'apex qu'il situe dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) d'Hercule. Le Soleil n'est donc pas immobile dans l'univers. Mais Herschel le place quand même au centre de la Galaxie.
Par ailleurs, Emmanuel Kant sera le premier à spéculer que la Galaxie n'est qu'un " univers-île " (galaxie) parmi de nombreuses autres. Jusqu'aux années 1910, les scientifiques s'accordent pour réduire l'Univers à notre Galaxie dont le Soleil serait le centre. Harlow Shapley est un des premiers à affirmer que le Soleil n'est pas au centre de notre Galaxie, il continue cependant de voir l'univers comme une seule galaxie. Le 26 avril 1920 il en débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance,...) publiquement à l'Académie des sciences (Une académie des sciences est une société savante dont le rôle est de promouvoir la recherche...) des États-Unis avec Heber Curtis qui estime que les nébuleuses sont extra-galactiques. À l'époque les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) expérimentales sont contradictoires et le débat s'achève sans que Shapley et Curtis ne révisent leurs positions. La multiplicité des galaxies ne sera définitivement acceptée par la communauté scientifique qu'après les mesures de Edwin Hubble (Edwin Powell Hubble (20 novembre 1889 - 28 septembre 1953) est un astronome...) en 1924. L'idée d'un centre de l'Univers a aujourd'hui perdu de son sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) avec le modèle cosmologique (Un modèle cosmologique est une description mathématique de toute ou d'une partie de...) du big bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a...).
Aujourd'hui, où il est admis qu'il n'y a pas de centre absolu de l'univers, il faut comprendre la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) d'un centre du système solaire comme le choix consensuel d'un modèle considéré comme le plus pertinent pour un problème donné, car le plus simple à utiliser. En effet, selon le principe de la relativité, les lois physiques ne dépendent pas du référentiel choisi, seule leur expression mathématique sera différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...).
En cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le...), le choix d'un référentiel dans l'espace étant toujours libre, on peut ainsi fixer arbitrairement le centre du système solaire. Cela signifie que l'on peut faire des calculs exacts en considérant, comme l'a fait Tycho Brahé au XVIe siècle, que la Terre est le centre de l'Univers, que le Soleil et la Lune tournent autour d'elle et que tout le reste tourne autour du Soleil. Ces deux modèles sont donc tout aussi " réels " l'un que l'autre, et seule la régularité des trajectoires dans le modèle héliocentrique lui donne une vérité plus forte aux yeux des physiciens. Dans certains cas particuliers (comme des lancements de sondes spatiales), le modèle géocentrique est d'ailleurs toujours utilisé car il permet de simplifier les équations.
En dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) également, la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) de l'expression des forces et des accélérations va dépendre du référentiel choisi. Cette expression sera la plus simple si on choisit un référentiel galiléen (En physique, un référentiel galiléen, ou inertiel, est un référentiel dans...). Une bonne approximation d'un tel référentiel est obtenue en prenant le Soleil comme origine et des axes dirigés vers des étoiles lointaines. Dans un tel référentiel, la Terre tourne autour du Soleil. Une mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) est possible dans un référentiel lié à la Terre, mais sera plus difficile à exprimer car il faut introduire des forces d'inerties.
En revanche, si l'on considère la trajectoire du système solaire dans l'univers, il est tout à fait légitime de considérer son centre d'inertie. Dans notre système solaire, il est très proche du centre d'inertie de notre étoile, mais ceci n'a rien d'universel : dans les systèmes à étoiles multiples, ce centre peut être en un point (Graphie) quelconque.