L'observation astronomique
dans la deuxième moitié du XVIIe siècle
Bibliographie / Références :
Site de la BNF - Bibliothèque Nationale de France - Gallica (Lien sur le 'Journal des Sçavans')
Le site de la bibliothèque Suisse à Zurich - 'e-rara'
Ouvrage de Henry King - The history of the Telescope
Le site de l'observatoire de Paris (la partie patrimoine que je connaissais est maintenant protégée par un mot de passe !?). Bien dommage.
Ouvrage de Audouin Dollfus - Les autres Mondes - Visions d'astronome
Les travaux astronomiques d'Olaüs Römer - Van Biesbroeck, G
La présentation de l'ENS-Lyon sur les travaux de Jean Richer à Cayenne
1672 - Le telescope de Cassegrain
La formule optique de 'M. Cassegrain' est publiée dans le journal des sçavans en 1672 par l'intermédiaire de M. de Bercé, pseudonyme du prieur de Bercé, Claude Etienne.
De bercé annonce que cette formule optique est inspirée de l'ouvrage de James Gregory 'Optica Promota' édité en 1663. C'est la combinaison d'un grand miroir primaire parabolique concave troué en son milieu, et d'un petit miroir secondaire hyperbolique convexe (il est dit ici parabolique) qui agit comme une sorte de barlow. C'est une formule optique plus courte, grâce au secondaire convexe.
De Bercé pensait que cette invention était plus pertinente que celle de Newton. Il l'affirme un peu fort je pense.
Newton critiqua fortement le telescope de Cassegrain, n'y voyant aucun avantage, que de lourds inconvénients, bien sûr. De Bercé et Laurent Cassegrain, prêtre et professeur de Sciences au collège Pocquet de Chartres, n'ont pas voulu rentrer dans une polémique avec le grand Newton (H.King).
Laurent Cassegrain finira sa vie comme curé de la paroisse de Chaudon en Eure-et-Loir entre 1685 et 1693.
Journal des Sçavans de 1672 :
Crédit : H.King
Il faut attendre 1721 pour voir le premier telescope de type newton réellement utilisable.
John Hadley présent à la Royal Society un telescope de 6 pouces F/D 10 qui avait la définition de la lunette de 123 pieds de Huygens, mais pas sa luminosité.
Les observateurs sont impressionnés par la facilité avec laquelle on manipule le telescope (pointage, mise au point)
L'article annonçant 'la nouvelle lunette catoptrique' inventée par M. Newton, Professeur des Mathématiques dans l'Université de Cambridge.
Journal des Sçavans de 1672 :
Crédit : H.King
Réplique du télescope de 6 pouces que Newton présenta à la Royal Society en 1672.
Newton possédait l'autre exemplaire dont on n'a plus entendu parler (H.King)
Il n'y a pas de porte oculaire mobile en translation comme dans les newtons actuels (crémaillère ou crayford). C'est la distance du miroir primaire que l'on ajuste.
Même les miroirs plans pour réaliser le miroir secondaire étaient difficiles à fabriquer à cette époque.
Les miroirs sont en métal poli. On ajoute de l'arsenic pour blanchir le métal. On obtient seulement 16% de réflectivité !
L'argenture chimique des miroirs en verre ne sera mis au point que 2 siècles plus tard par Léon Foucault (1850)
Huygens est séduit par la formule optique de Newton.
1672 - Le télescope de Newton
Newton pense que cette formule optique à miroir parabolique en bronze poli est la seule solution pour supprimer les aberrations chromatiques.
1663 - Le Télescope de Gregory
En 1663, James Gregory, mathématicien écossais, publie 'Optica Promota' décrivant un télescope qui s'est révélé trop difficile à fabriquer pour les opticiens de l'époque.
C'est finalement Robert Hooke qui en présente un exemplaire à la Royal Society en 1674. La Royal Society en commande un exemplaire qui demandera beaucoup de travail pour un résultat qui n'est pas à hauteur des attentes.
Le telescope donne des images droites, redressées pour les observations terrestres, dépourvues de chromatisme et d'aberration de sphéricité. C'est la combinaison d'un grand miroir primaire parabolique concave troué en son milieu, et d'un petit miroir secondaire concave ellipsoïdal .
L'Observatoire de Paris est construit sur un terrain acheté par Colbert en 1667, au nom du Roi Louis XIV, au lieu dit 'Le grand regard', le 27ème regard de l'acqueduc Médicis qui arrive du sud de Paris, par Gentilly, Cachan ... pour amener l'eau notamment jusqu'au Palais du Luxembourg qui fut construit dans les années 1615- 1630.
C'est l'architecte Claude Perrault, frère de Charles le conteur, qui dessine les plans de l'Observatoire. Dès son arrivée en France en avril 1669, Cassini conteste les plans. Il veut y faire construire une grande méridienne, 'pour que l'Observatoire soit un instrument en soi' , mais il n'aura pas gain de cause.
C'est le fils de Jean-Dominique Cassini, Jacques, qui installera en l'honneur de son père, la méridienne au premier étage de l'Observatoire en 1729.
En 1665, Adrien Auzout, l'un des membres fondateur de la 'Compagnie des Sciences et des Arts', expose dans une épître au Roi Louis XIV , la nécessité d'un observatoire astronomique.
« Il y va SIRE, de la Gloire de Vostre Majesté, & de la réputation de la France, & c'est ce qui nous fait espérer qu'elle ordonnera quelque lieu pour faire à l'avenir toutes sortes d‘observations célestes, & qu'elle le fera garnir de tous les instrumens nécessaires pour cet effet.
C'est un des principaux desseins de la Compagnie des Sciences et des Arts qui n'attend plus que la protection de Votre Majesté pour travailler puissamment à la perfection de toutes les Sciences et de tous les arts utiles ... »
Deux mots sur la construction de l'Observatoire de Paris
Carte de France des Cassini - Environs de Paris - Cartes établies un siècle plus tard, entre 1750 et 1790
L'observatoire est entouré en bleu.
Plaque commémorative à l'entrée de l'Observatoire de Paris, coté avenue de l'Observatoire
J.D. Cassini observa principalement avec des optiques de Giuseppe Campani, opticien à Rome, qui fabriquait déjà ses lentilles avant qu'il soit nommé à l'Observatoire de Paris.
Cassini observa , notamment, avec des optiques de :
Giuseppe Campani à Rome
Eustachio Divini, Place Navona à Rome, horloger, opticien, ami de Torricelli.
Jacques Borelly, Opticien, Médecin, Membre de l'Académie des Sciences
Nicolas Harsoecker, Néerlandais, il arrive en France avec Huygens.
Lentille de 24 cm - Giuseppe Campani
Crédit : Observatoire de Paris - Patrimoine
Les instruments de l'observatoire de Paris utilisés par Jean Dominique Cassini :
Lentille fixée sur la terrasse de l'observatoire, à 28m au dessus du sol
Lentille Campani de 17cm, focale de 100 pieds (33m) F/D=195
Utilisée pour la découverte de Téthys et Dioné (1684)
Lentille fixée sur la Tour de Marly
Lentille Campani de 20cm , focale de 134 pieds (44m) F/D=220
Utilisée pour l'observation de Jupiter
La vieille tour en bois servait à puiser l’eau pour le château de Versailles. Elle a été déménagée à l'observatoire en 1685.
Lunette sur potence
Lentille Campani de 34 pieds de focale (11m)
Utilisée pour observer la Lune. Egalement utilisée lors de la découverte de Rhéa (1672) et de la division de Cassini (1675)
L'observatoire de Paris, probablement vers 1705. La tour de Marly a été amenée en 1685.
1670 / 1690 - L'Observatoire de Paris
La tour en bois de l'observatoire Sternenburg à Danzig (Gdansk)
L'observatoire de Johannes Hévélius, ses instruments, sa bibliothèque, bruleront en grande partie dans l'incendie de Danzig du 26 septembre 1679.
Hévélius, alors agé de 68 ans, reconstruira une autre tour au même endroit. Il reçut de nouvelles optiques et des livres de Halley.
Ce nouvel observatoire ne rivalisera pas avec les performances de l'ancien observatoire. (H. King)
Après avoir fabriqué des lunettes de 60 et 70 pieds, Johannes Hévélius fait fabriquer une lunette de 150 pieds / 46m de focale - Danzig 1670. La lunette est décrite dans son 'Machinae Coelestis'
'A voir tous ces badauds se presser autour de l'instrument, le montage de la lunette devait être un évenement à Danzig. Hévélius a écrit que sa lunette de 150 pieds était simple et rapide à monter, mais c'était probablement tout le contraire' H.King - The History of the Telescope.
L'image de droite : Le kit de montage étalé sur le sol !
1670 - L'observatoire de Johannes Hévélius à Danzig
Les lunettes utilisées en cette deuxième moitié du XVIIe siècle
Les distances focales des lunettes utilisées à cette époque étaient démesurées. Elles permettaient notamment de combattre les problèmes de chromatisme.
C'est Adrien Auzout qui a été le plus loin dans la démesure, en faisant réaliser des optiques de 400 à 600 pieds de focale (200m !! inutilisable) ... 'pour observer les animaux de la Lune'.
Il faudra attendre en 1757 la réalisation par John Dollond de doublets achromatiques en verre de différentes qualités (Crown -Flint) pour démontrer qu'il était possible d'obtenir une réfraction sans chromatisme. Newton était persuadé du contraire.
Avant propos
Après les premières observations de Galilée en 1610, l'astronomie optique prend son essort. Les astronomes vont à la découverte du système solaire. Les états se disputent les meilleurs astronomes, qui deviennent ainsi membres de plusieurs Académies Royales en Europe (La Royal Society créée en 1662, l'Accademia del Cimento à Florence en 1657 ...) .
Pour les grandes découvertes du ciel profond, il faudra attendre les instruments optiques du siècle suivant.
J'ai juste voulu illustrer quelques faits marquants de cette fin du XVIIe siècle, uniquement des sujets parlant aux astronomes amateurs.
Bien sûr, les bases de l'astronomie de cette époque restent l'astronomie de position, les mesures de parallaxe des astres, l'établissement d'éphémérides, l'amélioration des corrections ( tables de réfraction, parallaxe horizontale solaire ...)
L'astronomie de position necessite d'avoir des 'garde-temps' de plus en plus précis. Huygens et son 'Horlogium Oscillatorium' édité en 1673 contribuera à améliorer les horloges. L'inconvénient des horloges à pendule c'est qu'elles ne sont guère transportables et qu'elles ne battent pas la même seconde à Paris qu'au niveau de l'équateur. Je n'aborde pas tous ces sujets ici.
Crédit : Audouin Dollfus
Les autres mondes - Visions d'astronome
A l'occasion du tricentenaire de la mort de Huygens, Audouin Dollfus relate dans son ouvrage 'Les autres mondes - Visions d'astronome' comment fut reconstituée avec l'aide de dix membres de la SAF, la lunette à fil tendu de 123 pieds de Huygens telle qu'elle est décrite dans 'Astroscopia'.
La lunette a été inaugurée en 1996, à Triel sur Seine, au Parc aux étoiles.
Audouin Dollfus décrit le mode opératoire pour observer avec cet instrument :
'Pour le premier pointage, deux personnes sont nécessaires. Un assistant au pied du mât doit régler la hauteur de l'objectif. L'observateur tend le fil, se recule, essaie de trouver l'image volante pour y amener l'oculaire porté par le chevalet.
Une action sur le losange permet d'assurer le cadrage de l'astre dans le champ visuel. On corrige le mouvement diurne en déformant le losange. Lorsque la course du losange atteint ses limites il faut déplacer le chevalet et bien souvent la hauteur de la lentille sur le mât.
Avec la pratique, il devient possible de conduire seul l'observation, moyennant des trajets entre le mât et le chevalet.'
Crédit : H.King
The history of the telescope
Lunette à fil tendu de 123 pieds / 37m de focale de Christiaan Huygens :
En 1683 Huygens observa avec une lentille de 36 pieds
En 1685 , avec une lentille de 84 pieds supportée par un mât de 61 pieds,
En octobre 1686, avec une lentille de 123 pieds et un mât de 105 pieds.
En mars 1687, avec une lentille de plus de 200 pieds.
Huygens critique le principe des lunettes en bois d'Hevelius, très difficiles à régler. Il fabriquera des lunettes sans tube sur les idées de Adrien Auzout dès 1663.
L'opticien de C.Huygens était Constantyn Huygens, son frère.
J.D.Cassini qui ne s'entend pas très bien avec Huygens n'utilisera pas cette technique du fil tendu.
1683 / 1686 - L'Astroscope, la lunette à fil tendu de Christiaan Huygens
Les Télescopes
Cette deuxième moitié du XVIIe siècle est très riche en nouveautés. C'est à cette époque que Gregory, Newton, Cassegrain ont proposé leurs célèbres formules optiques.
La réalisation des miroirs de ces instruments s'avère difficile pour les moyens techniques de l'époque. Il faudra attendre au moins le siècle suivant pour que soient réalisés de bons instruments rivalisant avec les performances des lunettes.