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Passage de Vénus devant le Soleil

Publié en ligne le 15 juin 2005 - Astronomie - Histoire

Le passage d’une planète devant le disque solaire (aussi dit « transit ») ressemble à une éclipse où la Lune serait remplacée par une planète : il concerne donc uniquement Vénus et Mercure, les seules à être situées entre le Soleil et nous.

Cet événement qui se produit environ 13 fois par siècle pour Mercure, est rarissime pour Vénus : deux fois en huit ans, puis il faut attendre plus d’un siècle pour voir ce cycle recommencer. Malgré l’accroissement de l’espérance de vie, son observation est donc un privilège réservé à une génération sur trois. Ainsi, lorsque Vénus défilera à nouveau pendant six heures devant le Soleil le 8 juin 2004, il ne restera plus un seul témoin du dernier transit de 1882.

Comme le diamètre apparent de Vénus est environ 1/30ème de celui du Soleil, ce n’est pas spectaculaire, mais il est possible d’observer le passage à l’œil nu. L’observation du soleil sans protection adéquate (même avec un instrument) peut conduire à la cécité en quelques secondes. Dans le doute, abstenez-vous !

Le passage de Vénus au XVIIe siècle

L’histoire du passage de Vénus commence en 1627, lorsque Kepler publie les Tables Rudolphines : cet ouvrage, fondé sur l’héliocentrisme et les observations de Tycho Brahe, révolutionne le calcul des orbites planétaires.

Deux ans après, en 1629, le savant annonce que Mercure et Vénus vont bientôt croiser le disque solaire : Mercure en novembre 1631 et, le mois suivant, Vénus. Il s’agissait donc d’une circonstance à la fois exceptionnelle et heureuse pour valider ses Tables, donc ses lois si importantes pour la science. De plus, cette vérification tombe bien pour élucider une des questions scientifiques cruciales de l’époque, l’héliocentrisme. Pour bien comprendre cette affirmation, rappelons le contexte historique. En 1610, Galilée qui venait de découvrir les satellites de Jupiter, les phases de Vénus, les taches solaires, etc. s’était lancé résolument dans la défense de Copernic. En 1616, l’Église réagissait violemment : non seulement elle lui interdisait d’enseigner le mouvement de la Terre, mais elle déclarait que l’idée héliocentrique était hérétique. Or, la réussite des prévisions de Kepler est aussi la réussite des Tables Rudolphines, donc de ses lois, donc de l’héliocentrisme. N’oublions pas que nous sommes à la veille de la publication par Galilée du Dialogue sur les deux plus grands systèmes du monde (1632), livre qui conduira le savant devant le Tribunal de l’Inquisition en 1633 1.

Décédé, Kepler ne peut vérifier la justesse de ses prévisions, et c’est Pierre Gassendi qui se charge de la besogne à Paris pour le transit de Mercure. Il échoue cependant pour celui de Vénus en raison d’une imprécision dans les calculs : lorsque la planète se présente devant le Soleil, il fait nuit en Europe. Cela le désole d’autant plus qu’il ignore (comme Kepler, d’ailleurs) que Vénus serait encore au rendez-vous huit ans plus tard, en 1639.

Jeremiah Horrocks, jeune Anglais encore adolescent, corrige les calculs de Kepler, repère ce deuxième passage, et informe uniquement son ami William Crabtree. Devenu pasteur, il s’inquiète : le jour crucial est un dimanche, jour du Seigneur. Entre deux sermons, en toute hâte donc, il consigne trois positions de la planète sur un diagramme du Soleil. Encore plus révélateur de sa génialité, il profite de cet événement pour calculer la distance Terre-Soleil, que les astronomes traduisent par un angle nommé « parallaxe solaire » 2. En utilisant une méthode erronée, il obtient, par hasard, une valeur assez bonne (voir tableau).

Le passage de Vénus serait resté une simple curiosité astronomique si la mesure de la distance Terre-Soleil ne s’était pas trouvée dans une impasse aux XVIIe-XVIIIe siècle.

Quelques valeurs historiques pour la distance Terre-Soleil

Auteurs Distance TERRE-SOLEIL
(R = rayon terrestre)
Claude Ptolémée (v 90 - v 168) environ 1 250 R (parallaxe : 2,8’)
Nicolas Copernic (XVIe siècle) environ 1 500 R (parallaxe : 2,4’)
Jeremiah Horrocks (en 1639) environ 14 700 R (parallaxe : 14’’)
Jean Picard (en 1672) environ 10 318 R (parallaxe : 20’’)
Jean-Dominique Cassini (en 1672) environ 21 723 R (parallaxe : 9,5’’)
John Flamsteed (en 1672) environ 20 637 R (parallaxe : 10’’)
Valeur admise actuellement environ 23 300 R (parallaxe : 8,794’’)

Mesure de la parallaxe solaire avec le passage de Vénus

En 1672, l’approche exceptionnelle de Mars donne une excellente occasion de déterminer la distance Terre-Soleil.

On envoie donc Jean Richer à Cayenne pour pointer cette planète de concert avec Jean-Dominique Cassini à Paris : ils établissent la distance de la planète rouge jusqu’à la Terre. Avec les lois de Kepler, ils calculent ensuite la parallaxe du Soleil et annoncent 9,5 secondes d’arc. Mais Jean Picard et John Flamsteed contestent le résultat. En utilisant les données de Richer et leurs propres observations, ils arrivent à des valeurs disparates. L’unique moyen de lever l’incertitude consiste à reprendre la mesure. Comment faire ? En répétant les mêmes démarches avec Mars ? Dans ce cas, on retrouverait certainement les mêmes complications, la plus importante étant l’obtention d’observations simultanées. Cette opération, aujourd’hui si banale, est en revanche impossible à une époque où il faut naviguer au moins deux mois pour se rendre de Paris à Cayenne.

C’est alors qu’intervient Edmond Halley, l’homme de la comète. Il imagine une méthode complètement différente pour mesurer la parallaxe solaire, remplaçant les difficiles mesures d’angles par des mesures de temps.

Lors du transit de Vénus, un homme voit un minuscule point noir se déplacer devant le Soleil qui sert d’écran. En pointant et en reliant ses positions successives, il trace une corde sur le disque solaire. Deux personnes A et B, suffisamment éloignées dans la direction Nord-Sud, obtiennent deux traces distinctes, séparées par une bande de largeur « e ». Chacun doit minuter la durée de la totalité de l’événement, et la différence entre ces chronométrages doit permettre d’obtenir « e ». D’après Halley, cette donnée, combinée avec la troisième loi de Kepler, suffit pour calculer la distance Terre-Soleil.

Dans un appel passionné aux « curieux » du monde (1716), Halley promet un résultat avec l’excellente précision de 1/500, à condition que les astronomes détectent les contacts 3 avec une erreur inférieure à deux secondes de temps. Âgé de soixante ans, conscient qu’il ne verra pas le passage en 1761, il souhaite bonne chance aux générations futures.

Joseph-Nicolas Delisle simplifie la méthode de Halley : pour lui, il suffit que deux astronomes détectent un seul et même contact. Ce procédé qui accroît le nombre de stations utilisables, exige, en revanche, une connaissance scrupuleuse de la longitude du site d’observation, ce qui est problématique au XVIIIe siècle.

Passage de 1761

Pour éviter qu’un instant si précieux ne soit gâché par un nuage malencontreux, il faut multiplier les stations d’observation, disséminer partout des hommes capables de régler des horloges, à mille lieues de distance. Non seulement cela exige une haute technicité, mais il faut encore entreprendre des voyages longs, menacés par les naufrages, la piraterie et le scorbut. Comme aucun observatoire ne peut assumer seul une telle opération, Delisle lance un appel pour un travail en commun qui rencontre un certain écho parmi les savants.

Cependant, la plus grande menace vient de la guerre de Sept Ans (1756-1763) qui embrase l’Europe, les mers et les colonies. Mais les savants ne se laissent pas effrayer : ils organisent, résolument, de nombreuses expéditions. D’abord celles des Français pour exaucer les vœux des pays alliés : Cassini de Thury observe à Vienne (en compagnie de l’archiduc Joseph) et Jean Chappe d’Auteroche (1728-1769) réalise en Sibérie d’excellents enregistrements à l’invitation de la tzarine Elisabeth. D’autres expéditions se dirigent vers des territoires français : Le Gentil de la Galaisière, qui ne peut débarquer à Pondichéry car la ville vient de tomber aux mains des Anglais, et Alexandre-Guy Pingré, qui voit son bateau coulé par des corsaires sur l’île Rodrigue (Mascareignes), où il est abandonné sans ressources pendant cent jours. Les déboires de Pingré ne sont pas finis : au retour, son navire est détourné par la marine anglaise vers Lisbonne. Du côté anglais, Nevil Maskelyne rate son observation à Sainte-Hélène en raison du mauvais temps, alors que le vaisseau de Charles Mason et Jeremiah Dixon se fait canonner par les Français à la sortie du port, provoquant onze morts. Après un moment d’hésitation, les savants reprennent courageusement la mer, et réalisent d’excellents enregistrements dans la région du Cap.


Par leur détermination, les savants européens imposent à leurs monarchies en guerre le droit de collaborer, créant ainsi la première coopération scientifique internationale. Avec plus de 120 observations (réparties sur 60 sites au minimum), le résultat est cependant mitigé : en fonction des stations retenues pour le calcul, la parallaxe oscille entre 8,28 et 10,60 secondes d’arc.

Cette variation s’explique par les difficultés de la guerre, la mauvaise connaissance de la longitude des stations, mais aussi par un fait astronomique inattendu : la « goutte noire », sorte de ligament qui s’établit entre les deux astres au moment crucial du contact. Partiellement imputable à l’atmosphère de Vénus (qui était jusqu’alors inconnue), il a gêné certains observateurs et empêché la détection précise des contacts.

Passage de 1769

Il faut donc absolument réussir la campagne de 1769 : il n’y aura plus de séance de rattrapage avant 1874.
A l’exception de Dixon qui se rend à Hammerfest (Norvège), les Anglais renouvellent leurs équipes de voyageurs. William Wales, le premier à partir, se précipite vers la Baie de Hudson un an avant la date, pour éviter de naviguer en mer gelée, mais il n’est pas très heureux dans ses observations. En revanche, les enregistrements sont excellents pour la mission de James Cook qui a aussi un but d’exploration coloniale. Son équipe intègre le botaniste Joseph Banks, le naturaliste Daniel Solander, le dessinateur Sydney Parkinson et l’astronome Charles Green, qui, malheureusement, décède au cours du voyage.

En 1769, en l’absence de Delisle (décédé), Joseph-Jérôme Lalande centralise la campagne française. Pingré, qui se trouve à Saint-Domingue pour tester une horloge marine, réalise une observation mitigée. Le Gentil, qui attendait dans l’Océan Indien le deuxième passage, rejoint Pondichéry. Mais au moment crucial, le ciel se couvre, ruinant son voyage : « je me suis éloigné de ma patrie, dit-il désespéré, seulement pour être spectateur d’un nuage fatal ! ». Battu et abattu, il rentre à Paris après onze ans d’absence pour apprendre que sa famille, le croyant mort, avait déjà partagé ses biens. Enfin, la mission de Chappe tourne au désastre : après avoir fait d’excellentes mesures en Basse-Californie, son équipe est exterminée par une épidémie de typhus. Un seul adjoint survit et rapporte que Chappe, à l’agonie, ne s’écarte pas de sa lunette, et meurt avec le sentiment d’avoir accompli sa mission.

De nombreux souverains s’intéressent au passage de 1769, notamment la tzarine Catherine la Grande, qui intime l’ordre à l’Académie Impériale de disséminer des savants sur le territoire russe, parmi eux des étrangers comme Leonhardt Euler. De son côté, Charles VII, roi du Danemark et de la Norvège, invite Vardö l’autrichien Maximilien Hell, qui réalise une belle performance.

Avec plus de 150 observations (réparties sur environ 77 stations), le passage de Vénus de 1769 situe la parallaxe entre 8,50 et 8,88 secondes d’arc. En 1824, Johan Encke refait le calcul avec des meilleures valeurs pour la longitude des sites et obtient 8,5776 secondes d’arc.

Passage de 1874

Au XIXe siècle, la connaissance de la distance Terre-Soleil devient encore plus pressante depuis la détermination par Friedrich Bessel (1838) de la parallaxe annuelle de l’étoile Cygni 61 : la distance Terre-Soleil est désormais l’étalon de référence pour l’univers.

Asaph Hall entreprend donc en 1862 d’affiner la connaissance de la parallaxe solaire en utilisant la planète Mars. Mais son résultat - 8,841 secondes d’arc - s’éloigne beaucoup de celui d’Encke.

Voilà pourquoi le passage de Vénus apparaît encore comme un moyen d’améliorer la précision de cette grandeur, d’autant plus que la technique naissante de la photographie donne l’espoir de surmonter l’obstacle de la « goutte noire ». Pierre-César Jules Janssen invente pour son observation au Japon en 1874 un « revolver photographique » qui prend des images en séquence, dispositif qui se révèlera utile pour la chronophotographie et le cinéma. Les Français expédient aussi Fleuriais en Chine, Héraud en Indochine, Bouquet de la Grye à l’Île Campbell, l’amiral Barthélemy Mouchez à l’Île Saint-Paul et André en Nouvelle-Calédonie. Huit missions anglaises sont confiées à l’Astronome Royal Sir Georges Airy : en Egypte, à l’île Rodrigue, en Nouvelle-Zélande, trois aux Kerguelen et trois aux îles Sandwich. A ces missions officielles, ajoutons le voyage privé de Lord Lindsay à l’île Maurice avec David Gill. Les Américains, sous la direction de Simon Newcomb, font une remarquable entrée en scène avec des équipes au Japon, en Russie, en Chine, en Nouvelle-Zélande, aux îles Crozet, à l’île Chatham, en Tasmanie et aux Kerguelen. Les Allemands, quant à eux, se rendent à l’île Maurice et aux Kerguelen, alors que les Russes se disséminent en vingt-quatre missions sur leur immense territoire, les Hollandais vont à la Réunion, les Italiens en Inde, les Mexicains au Japon, etc.

Malheureusement, les images photographiques se révèlent floues, donc inutilisables, provoquant une grande déception. On se demande même s’il est encore judicieux de financer des expéditions onéreuses pour le passage de 1882, car Johann Galle avait réussi à déterminer en 1875 avec une bonne précision la parallaxe solaire (8,873’’), en utilisant l’astéroïde Flora. Cependant, le passage de Vénus étant rarissime, on hésite à y renoncer complètement.

Passage de 1882

Alors que les Français centralisent leurs dix missions dans les Amériques (en Floride, en Haïti, au Mexique, en Martinique, en Argentine, au Chili, au cap Horn, etc.), les Anglais se dispersent en allant au Canada, à Bermudes, en Jamaïque, à Barbade, en Afrique du Sud, à l’île Maurice, à Madagascar, en Nouvelle-Zélande, en Australie, en Tasmanie, en Nouvelle Galle du Sud, etc. Les Américains observent principalement sur leur territoire, mais organisent aussi des expéditions au Mexique, à Cuba, en Nouvelle Zélande, en Patagonie et en Afrique du Sud, à laquelle participe Simon Newcomb. Ce dernier établit son site dans une école pour jeunes filles à Wellington où une enseignante, Abbie Ferguson, fonde le premier observatoire jamais créé par des femmes et pour des femmes. D’autres nations comme la Hollande, l’Allemagne l’Argentine, le Brésil etc. se joignent à la campagne. Ces derniers donnent ainsi une grande vigueur à la vie astronomique en Amérique Latine. Si les Argentins se cantonnent à la région de Buenos-Aires, les Brésiliens observent à Olinda (Brésil) et, hors de leur territoire, à Saint Thomas (Antilles), à Punta Arenas (détroit de Magellan), alors que l’empereur Dom Pedro II, à Rio, ne peut pas voir le passage à cause des nuages.

Chargé d’exploiter les données en 1891, William Harkness attribue 8,794 secondes d’arc à la parallaxe solaire.

Passage de 2004

La parallaxe solaire étant actuellement parfaitement établie, l’intérêt du passage de Vénus en 2004 est fondamentalement pédagogique.

Les astronomes amateurs de la partie la plus peuplée du monde, Europe, Afrique et Asie, vont braquer partout leurs instruments vers le Soleil. C’est une occasion unique pour l’entrée du grand public dans les mesures astronomiques. En effet, le passage de Vénus possède l’insigne avantage d’être facile à observer et à photographier avec un équipement facile à manier 4.

En France, l’Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides se propose de diffuser la totalité du passage par Internet, de centraliser les enregistrements des amateurs pour calculer, en temps réel, la distance Terre-Soleil (www.imcce.fr/vt2004 [disponible sur archive.org - 15 juillet 2019]). En outre, le site très dynamique de Futura Sciences organise un forum de discussion où des scientifiques répondent aux questions les plus diverses du public sur l’histoire du passage, les techniques d’observation, les anecdotes, etc. : www.venus2004.org. Mieux : il offre aussi un espace de contacts regroupant les internautes de pays différents désireux d’observer le transit de manière concertée et de calculer ensuite, avec leurs propres enregistrements, la distance Terre-Soleil.

D’autres initiatives se déroulent dans des établissements scolaires, appuyés par Futura Sciences et par Vénus devant le Soleil (voir l’encadré « Ouvrages d’Arkan Simaan »), livre qui propose une mesure associant des lycéens de l’hémisphère Nord et du Sud, en exploitant les facilités d’Internet. Pour les disciplines scientifiques, l’intérêt de ce travail est évident. Ces échanges sont également bénéfiques pour les langues vivantes et pour l’histoire. De plus, ils permettront l’épanouissement des relations d’amitié au-delà des frontières entre le Nord et le Sud.

Alors que les fanatismes menacent, encourageons nos jeunes à cet exercice d’amitié et de fraternité. Fraternité autour du ciel, ciel de la science, bien évidemment !

1 Pour plus de d’informations sur Kepler, Galilée et la science du XVIIe siècle, consulter Arkan Simaan et Joëlle Fontaine, Image du Monde des Babyloniens à Newton, Adapt Éditions

2 La parallaxe solaire est l’angle selon lequel un observateur au centre de notre étoile verrait le rayon terrestre.

3 Contact : moment où les deux astres semblent être tangents.

4 Pour ceux qui cherchent la facilité, un appareil qui donne une image du Soleil d’environ 12 cm, le solarscope, est disponible. D’autres informations peuvent être obtenues à : www.solarscope.org.


Thème : Astronomie

Mots-clés : Histoire

Publié dans le n° 262 de la revue


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L' auteur

Arkan Simaan

est agrégé en physique et historien des sciences, il a (...)

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