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Les éclipses, c'est-à-dire l'occultation totale ou partielle d'une source de lumière par un objet physique, ont toujours joué un rôle important en astronomie et en astrophysique. Elles ont permis la compréhension du Système solaireSystème solaire et servent aujourd'hui à explorer le monde des exoplanètesexoplanètes.
Les astronomesastronomes grecs Aristarque de Samos (310-230 avant J.-C. ?) et Hipparque de Nicée (190-120 avant J.-C. ?) ont utilisé des éclipses pour déterminer la taille et la distance de la LuneLune puis du SoleilSoleil, comme l'explique la vidéo ci-dessous. Les travaux de ces deux astronomes et mathématiciensmathématiciens grecs ne pouvaient cependant fournir de valeurs précises qu'en intégrant la taille de la Terre, déterminée plus tard par Ératosthène (276-194 avant J.-C. ?).
On peut en effet estimer la taille de la Lune au moment d'une éclipse lunaireéclipse lunaire. L'ombre de la Terre sur la Lune permet alors de comparer la taille de notre satellite à celui de notre planète. Connaissant sa taille apparente, on en tire la distance de la Terre à la Lune. Une éclipse de Soleil totale permet ensuite de mettre en relation le rapport des tailles apparentes du Soleil et de la Lune avec le rapport de leurs distances à la Terre.
Une présentation en trois vidéos des raisonnements d'Aristarque de Samos et d'Hipparque permettant de déterminer les tailles et les distances de la Lune et du Soleil. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Michel van Biezen
Aristarque avait découvert une méthode géométrique pour déterminer la distance de la Terre au Soleil au moment d'un quartier de Lune. Hipparque avait, lui, trouvé comment exploiter une éclipse de Soleiléclipse de Soleil. Ces raisonnements conduisent à une estimation de la taille du Soleil. Aristarque savait donc déjà que l'astreastre du jour est beaucoup plus gros que la Terre, même si la dimension ainsi estimée était bien trop faible
Il est permis de penser que ce calcul avait conduit Aristarque à trouver plus naturel que la Terre tourne autour du Soleil plutôt que l'inverse. Le savant grec, en effet, fut le premier défenseur connu du modèle héliocentriquehéliocentrique.
Les éclipses de Soleil, de l'astronomie à l'astrophysique
Ces découvertes appartiennent au domaine de l'astronomie mais les éclipses ont aidé aussi l'astrophysique. La première avancée est probablement, au XVIIe siècle, la découverte du caractère fini de la vitesse de la lumière, grâce aux éclipses de IoIo, une lune de JupiterJupiter. La suivante attendra le XIXe siècle, vrais débuts de l'astrophysique avec l'apparition de la spectroscopie. Ce fut à l'occasion de l'éclipse totaleéclipse totale de Soleil du 16 aout 1868 à Guntur, en Inde. Le Français Jules Janssen repère une raie d'émissionémission brillante dans le spectrespectre de la chromosphèrechromosphère du Soleil, bien visible au moment de l'éclipse. L'astrophysicienastrophysicien anglais Norman Lockyer comprend qu'il s'agit d'une raie jaune produite par un élément jusque-là inconnu sur Terre. Il le baptise « hélium », du mot grec helios, qui désigne le Soleil.
Jean-Pierre Luminet parle du test de la théorie d'Einstein à l'aide d'une éclipse de Soleil. © Jean-Pierre Luminet
La découverte astrophysique la plus spectaculaire effectuée à l'aide d'éclipses solaires est sans aucun doute celle de la première preuve de la théorie de la relativité générale. Elle a été obtenue en 1919 par l'astronome Arthur Stanley Eddington. La théorie de la gravitationgravitation d'EinsteinEinstein permet de traiter de la propagation de la lumière en généralisant les équations de Maxwelléquations de Maxwell pour le champ électromagnétiquechamp électromagnétique dans un espace-tempsespace-temps courbe. Au voisinage d'une massemasse telle que le Soleil, les rayons lumineux, par exemple venant des étoilesétoiles, sont déviés.
Le phénomène peut être détecté par un observateur terrestre profitant de l'éclipse solaire, lui permettant de mesurer précisément la position apparente d'étoiles vues juste à côté du Soleil occulté. Il constatera alors que ces étoiles semblent occuper des positions légèrement différentes de celles mentionnées par les cartes et bien sûr obtenues de nuit. La théorie de la relativité généralerelativité générale fournit une prédiction nette et précise de la valeur de cet écart angulaire. En l'observant effectivement, Eddington a assuré la célébrité d'Albert Einstein.
Ce qu’il faut
retenir
- Les éclipses, qu'elles soient de Lune, de Soleil, totales ou partielles, voire réduites à un transit, ont permis de poser les bases de l'astronomie, à commencer par le modèle héliocentrique. Les Grecs les ont utilisées pour déterminer les tailles de la Lune et du Soleil, ainsi que leur distance à la Terre.
- Plus tard, les éclipses solaires ont aidé l'astrophysique, par exemple avec la découverte de l'hélium et avec la première preuve de la validité de la théorie de la relativité générale.
