Les Histoires d’Hérodote (484 av. J.-C. à 425 av. J.-C.) offrent une fenêtre remarquable sur le monde tel qu’il était connu des Grecs anciens au milieu du cinquième siècle av. J.-C.. Ce qu’ils savaient est presque aussi intéressant que ce qu’ils ne savaient pas. Cela établit la ligne de base pour les progrès remarquables de leur compréhension au cours des siècles suivants – en se basant simplement sur ce qu’ils pouvaient observer de leurs propres yeux.

Hérodote affirmait que l’Afrique était entourée presque entièrement par la mer. Comment le savait-il ? Il raconte l’histoire de marins phéniciens qui ont été envoyés par le roi Neco II d’Égypte (environ 600 av. J.-C.), pour faire le tour de l’Afrique continentale, dans le sens des aiguilles d’une montre, en commençant par la mer Rouge. Cette histoire, si elle est vraie, relate la plus ancienne circumnavigation connue de l’Afrique, mais contient également un aperçu intéressant des connaissances astronomiques du monde antique.

Le voyage a duré plusieurs années. Après avoir contourné la pointe sud de l’Afrique et suivi un cap vers l’ouest, les marins ont observé que le Soleil se trouvait sur 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.

Les planètes orbitent autour du Soleil

Quelques siècles plus tard, les progrès étaient nombreux. Aristarque de Samos (310 av. J.-C. à 230 av. J.-C.) soutenait que le Soleil était le « feu central » du cosmos et il plaçait toutes les planètes alors connues dans leur ordre correct de distance autour de lui. Il s’agit de la plus ancienne théorie héliocentrique connue du système solaire.

Malheureusement, le texte original dans lequel il présente 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 grand que la Terre ou la Lune, et il a peut-être supposé qu’il devait donc avoir la position centrale dans le système solaire.

Néanmoins, c’est une découverte stupéfiante, surtout si l’on considère qu’elle n’a pas été redécouverte avant le 16e siècle, par Nicolas Copernic, qui a même reconnu Aristarque pendant le développement de son propre travail.

La taille de la Lune

Un des livres d’Aristarque qui a survécu concerne les tailles et les distances du Soleil et de la Lune. Dans ce remarquable traité, Aristarque a exposé les premières tentatives connues de calcul des tailles et distances relatives au Soleil et à la Lune.

On avait 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 rendaient compte grâce aux éclipses solaires, provoquées par le passage de la Lune devant le Soleil à une certaine distance de la Terre.

De plus, à l’instant où la Lune est au premier ou au troisième quartier, Aristarque a raisonné 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, en se basant sur une synchronisation minutieuse des éclipses lunaires.

Si son estimation de la distance 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 celle de la Lune est étonnamment précise (la Lune a un diamètre de 0,27 fois celui de la Terre).

Aujourd’hui, nous connaissons avec précision la taille et la distance de la Lune grâce à divers moyens, notamment des télescopes précis, des observations radar et des réflecteurs laser laissés à la surface par les astronautes d’Apollo.

La circonférence de la Terre

Eratosthène (276 av. J.-C. à 195 av. J.-C.) était bibliothécaire en chef de la Grande Bibliothèque d’Alexandrie et un fervent expérimentateur. Parmi ses nombreuses réalisations figure le plus ancien calcul connu de la circonférence de la Terre. Pythagore est généralement considéré comme le premier partisan d’une Terre sphérique, mais apparemment pas de sa taille. La célèbre et pourtant simple méthode d’Eratosthène reposait sur la mesure des différentes longueurs des 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, quel que soit l’endroit où ses rayons arrivent sur Terre, ils soient effectivement parallèles, comme l’avait montré précédemment Aristarque. Ainsi, la différence des ombres démontrait à quel point la surface de la Terre était incurvée. Eratosthène s’en est servi pour estimer la circonférence de la Terre à environ 40 000 km. Ce chiffre est à quelques pour cent près de la valeur réelle, établie par la géodésie moderne (la science de la forme de la Terre).

Plus tard, un autre scientifique appelé Posidonius (135BC à 51BC) 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. Il y a observé que l’étoile brillante Canopus se trouvait très près de l’horizon. Cependant, lorsqu’il était à Alexandrie, en Égypte, il a noté que Canopus s’élèverait à quelque 7,5 degrés au-dessus de l’horizon.

Sachant que 7,5 degrés correspondent à 1/48e de cercle, il a multiplié la distance de Rhodes à Alexandrie par 48, et est arrivé à une valeur également d’environ 40 000 km.

La première calculatrice astronomique

La plus ancienne calculatrice mécanique du monde encore existante est le mécanisme d’Antikythera. Cet étonnant dispositif a été découvert dans une ancienne épave au large de l’île grecque d’Antikythera en 1900.

Le dispositif est aujourd’hui fragmenté par le passage du temps, mais lorsqu’il était intact, il serait apparu comme une boîte abritant des dizaines de roues dentées en bronze finement usinées. Lorsqu’ils étaient tournés manuellement par une poignée, les engrenages enjambaient des cadrans extérieurs 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 moments de l’année. Cela rendait même compte de 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’une période comprise entre le 3e et le 1er siècle avant JC, et pourrait même être l’œuvre d’Archimède. La technologie des engrenages avec la sophistication du mécanisme d’Antikythera n’a pas été revue pendant un millier d’années.

Malheureusement, la grande majorité de ces travaux ont été perdus pour l’histoire et notre éveil scientifique a été retardé de plusieurs 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 commencent à s’intéresser à la science de comprendre en faisant, en expérimentant et, finalement, en suivant les pas de certains des premiers scientifiques.

On ne peut que spéculer sur ce que notre civilisation pourrait être aujourd’hui si cette science ancienne avait continué sans relâche.