À partir de La Conversation

— ce poste autorisé par Gareth Dorrien, Université de Birmingham et Ian Whittaker, Nottingham Trent University

La solution Histoires by Hérodote (484 avant JC à 425 avant JC) offre une fenêtre remarquable sur le monde tel qu'il était connu des anciens Grecs au milieu du Ve siècle avant JC. Presque aussi intéressant que ce qu'ils savaient, cependant, c'est ce qu'ils ne savaient pas. Cela établit la base des progrès remarquables de leur compréhension au cours des prochains siècles – en se fondant simplement sur ce qu'ils pourraient observer de leurs propres yeux.

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Hérodote a affirmé que l'Afrique était presque entièrement entourée par la mer. Comment savait-il cela ? Il raconte l'histoire de marins phéniciens qui ont été envoyés par le roi Neco II d'Égypte (environ 600 avant JC), pour naviguer autour de l'Afrique continentale, dans le sens des aiguilles d'une montre, en partant de la mer Rouge. Cette histoire, si elle est vraie, raconte la première circumnavigation connue de l'Afrique, mais contient également un aperçu intéressant de la connaissance astronomique du monde antique.

Le voyage a duré plusieurs années. Après avoir contourné la pointe sud de l'Afrique, et suivant une route vers l'ouest, les marins ont observé le Soleil comme étant à leur droite, au-dessus de l'horizon nord. Cette observation n'avait tout simplement pas de sens à l'époque car ils ne savaient pas encore que la Terre a une forme sphérique et qu'il existe un hémisphère sud.

La Terre et la Lune vues par la sonde Galileo. NASA

1. Les planètes orbitent autour du Soleil

Quelques siècles plus tard, il y avait eu beaucoup de progrès. Aristarque de Samos (310 à 230 av. J.-C.) a fait valoir que le Soleil était le « feu central » du cosmos et il a placé toutes les planètes alors connues dans leur ordre de distance correct autour de lui. C'est la première théorie héliocentrique connue du système solaire.

Malheureusement, le texte original dans lequel il avance cet argument a été perdu pour l'histoire, nous ne pouvons donc pas savoir avec certitude comment il l'a élaboré. Aristarque savait que le Soleil était beaucoup plus gros que la Terre ou la Lune, et il a peut-être supposé qu'il devrait donc avoir la position centrale dans le système solaire.

Néanmoins, c'est une découverte à couper le souffle, surtout si l'on considère qu'elle n'a été redécouverte qu'au 16ème siècle, par Nicolas Copernic, qui a même reconnu Aristarque lors de l'élaboration de son propre travail.

2. La taille de la Lune

L'un des livres d'Aristarque qui a survécu traite de la tailles et distances du Soleil et de la Lune. Dans ce traité remarquable, Aristarque a exposé les premières tentatives de calculs connues des tailles et des distances relatives au Soleil et à la Lune.

Il avait été observé depuis longtemps que le Soleil et la Lune semblaient avoir la même taille apparente dans le ciel, et que le Soleil était plus éloigné. Ils s'en sont rendu compte à partir de éclipses solaires, causée par le passage de la Lune devant le Soleil à une certaine distance de la Terre.

Aussi, à l'instant où la Lune est à premier ou troisième trimestre, Aristarque a estimé que le Soleil, la Terre et la Lune formeraient un triangle rectangle.

Comme Pythagore avait déterminé comment les longueurs des côtés du triangle étaient liées quelques siècles plus tôt, Aristarque a utilisé le triangle pour estimer que la distance au Soleil était entre 18 et 20 fois la distance à la Lune. Il a également estimé que la taille de la Lune était d'environ un tiers de celle de la Terre, sur la base de minutage minutieux des éclipses lunaires.

Une reproduction du 10ème siècle d'un diagramme d'Aristarque montrant une partie de la géométrie qu'il a utilisée dans ses calculs. Wikipédia, CC BY-SA

Alors que sa distance estimée au Soleil était trop faible (le rapport réel est de 390), en raison du manque de précision télescopique disponible à l'époque, la valeur du rapport de la taille de la Terre à la Lune est étonnamment précise (le La Lune a un diamètre 0.27 fois celui de la Terre).

Aujourd'hui, nous connaissons avec précision la taille et la distance de la lune par divers moyens, y compris des télescopes précis, observations radar et réflecteurs laser laissés à la surface par les astronautes d'Apollo.

3. La circonférence de la Terre

Eratosthenes (276 av. J.-C. à 195 av. J.-C.) était bibliothécaire en chef à la Grande Bibliothèque d'Alexandrie et un expérimentateur passionné. Parmi ses nombreuses réalisations figurait le premier calcul connu de la circonférence de la Terre. Pythagore est généralement considéré comme le premier promoteur d'une Terre sphérique, bien qu'apparemment pas sa taille. Célèbre et pourtant d'Eratosthène méthode simple reposait sur la mesure des différentes longueurs d'ombres projetées par des poteaux plantés verticalement dans le sol, à midi au solstice d'été, à différentes latitudes.

Le Soleil est suffisamment éloigné pour que, partout où ses rayons arrivent sur Terre, ils soient effectivement parallèles, comme l'avait précédemment montré Aristarque. Ainsi, la différence dans les ombres a démontré à quel point la surface de la Terre s'est incurvée. Eratosthène l'a utilisé pour estimer la circonférence de la Terre à environ 40,000 XNUMX km. Ceci est à quelques pour cent de la valeur réelle, telle qu'établie par géodésie moderne (la science de la forme de la Terre).

Plus tard, un autre scientifique appelé Posidonius (135 avant JC à 51 avant JC) a utilisé une méthode légèrement différente et est arrivé à presque exactement la même réponse. Posidonius a vécu sur l'île de Rhodes pendant une grande partie de sa vie. Là, il a observé que l'étoile brillante Canopus se trouverait très près de l'horizon. Cependant, quand à Alexandrie, en Egypte, il a noté que Canopus monterait à environ 7.5 degrés au-dessus de l'horizon.

Étant donné que 7.5 degrés est 1/48ème de cercle, il a multiplié la distance de Rhodes à Alexandrie par 48, et est arrivé à une valeur également d'environ 40,000 XNUMX km.

4. La première calculatrice astronomique

La plus ancienne calculatrice mécanique au monde est la Mécanisme d'Anticythère. L'étonnant appareil a été découvert dans une ancienne épave au large de l'île grecque d'Anticythère en 1900.

L'appareil est maintenant fragmenté par le passage du temps, mais lorsqu'il était intact, il aurait ressemblé à une boîte abritant des dizaines de roues dentées en bronze finement usinées. Lorsqu'ils sont tournés manuellement par une poignée, les engrenages couvrent des cadrans à l'extérieur indiquant les phases de la Lune, le moment des éclipses lunaires et les positions des cinq planètes alors connues (Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne) à différents périodes de l'année. Cela expliquait même leur mouvement rétrograde – un changement illusoire dans le mouvement des planètes dans le ciel.

On ne sait pas qui l'a construit, mais il date d'un certain temps entre le IIIe et le Ier siècle av. Archimède. La technologie des engrenages avec la sophistication du mécanisme d'Anticythère n'a pas été revue depuis mille ans.

Malheureusement, la grande majorité de ces travaux ont été perdus pour l'histoire et notre éveil scientifique a été retardé par des millénaires. En tant qu'outil d'introduction à la mesure scientifique, les techniques d'Eratosthène sont relativement faciles à réaliser et ne nécessitent aucun équipement particulier, permettant à ceux qui débutent leur intérêt pour la science de comprendre en faire, expérimenter et, finalement, suivre les traces de certains des premiers scientifiques.

On ne peut que spéculer où notre civilisation pourrait être maintenant si cette science ancienne avait continué sans relâche.

Gareth Dorrien, chercheur postdoctoral en sciences spatiales, Université de Birmingham et Ian Whittaker, Maître de conférences en physique, Nottingham Trent University

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.