Kepler est le nom d’un télescope spatial ou encore de lois concernant le mouvement planétaire très utilisées par les astronomes. Mais c’est surtout le nom d’un grand scientifique qui a vécu à la même époque que Galilée. Grâce à lui, notre compréhension du système solaire et de l’univers a été transformée. Je vous propose donc aujourd’hui une courte biographie de Johannes Kepler.
Johannes Kepler et l’astronomie
Johannes Kepler est né le 27 décembre 1571 dans la ville de Weil der Stadt, alors située dans le Saint Empire romain germanique, et qui se trouve maintenant dans le sud-ouest de l’Allemagne. Alors qu’il n’a que 5 ans, son père Heinrich est tué en tant que mercenaire en Hollande. Sa mère, Katharina Guldenmann, est herboriste et aide à gérer une auberge appartenant à son père.
Le jeune garçon subit de nombreux problèmes de santé. Ses mains sont paralysées et sa vue altérée en permanence par la variole. Mais s’il est physiquement fragile, son intelligence est quant à elle impressionnante. Les clients de l’auberge de son grand-père s’amusent à lui poser des problèmes arithmétiques que le jeune garçon réussit à résoudre systématiquement.
C’est grâce à sa mère Katharina que Johannes s’intéresse particulièrement à l’astronomie. Elle lui transmet son amour du monde naturel en le sortant la nuit pour lui montrer des choses intéressantes dans le ciel. Il aperçoit avec elle une comète ou encore une éclipse lunaire.
Kepler et Copernic
Kepler est formellement scolarisé en latin, la langue des universitaires, des avocats et des religieux de toute l’Europe. Dans l’espoir de devenir ministre protestant, il fréquente le séminaire protestant de Maulbronn. Après avoir terminé avec succès ses études à Maulbronn, il obtient une bourse et rejoint l’Université de Tübingen pour devenir ministre luthérien. Il suit alors des cours de théologie, de grec, d’hébreu et de philosophie, mais c’est en mathématiques qu’il se démarque.
Il est l’un des rares étudiants jugés intellectuellement et mathématiquement capables d’être initiés au travail de Nicolas Copernic. Selon Copernic, le soleil se trouve au centre du système solaire, ce qui implique que les planètes tournent autour du soleil et non de la Terre, comme supposé jusqu’alors. Kepler pense que l’hypothèse héliocentrique de Copernic est la bonne.
En 1594, âgé de 23 ans, Kepler devient maître de conférences en astronomie et mathématiques à l’école protestante de la ville de Graz, en Autriche. Pendant son temps libre, il continue à étudier l’astronomie et l’astrologie (qui étaient pratiquement la même chose à l’époque). En 1596, il publie le livre Mystery of the Cosmos qui défend publiquement pour la première fois le système copernicien.
Dans son livre, Kepler indique que Mercure et Vénus semblent toujours être proches du Soleil, contrairement à Mars, Jupiter et Saturne. En effet, les orbites de Mercure et de Vénus sont plus proches du Soleil que de la Terre. Kepler explique que si le soleil et toutes les planètes sont en orbite autour de la Terre, il n’y a aucune raison pour que Mercure et Vénus soient toujours près du soleil.
La publication de ce livre n’est pas sans risque. En effet, en 1539, le fondateur de l’église luthérienne, Martin Luther a tourné en dérision la théorie copernicienne. De même, l’église catholique a jugé une telle position hérétique en 1615.
Collaboration avec Tycho Brae
Afin de prouver sa théorie, il désire faire des observations astronomiques précises. Au même moment, le célèbre astronome danois Tycho Brahe est à la recherche d’un assistant pour effectuer les calculs d’astronomie. Les deux scientifiques commencent alors à travailler ensemble. Tycho est alors le mathématicien impérial de l’empereur romain germanique Rodolphe II. Il possède un observatoire dans la ville de la ville de Benatek qui se trouve aujourd’hui en République tchèque. En 1600, Kepler quitte donc Graz pour se rendre à Benatek. Mais la collaboration est agitée.
Tycho donne à Kepler l’accès à seulement certaines de ses observations sur Mars. Kepler s’en va et passe quelque temps à Prague, puis à Graz. Mais finalement, les deux scientifiques réussissent à résoudre leurs différends et Kepler revient.
En 1601, Kepler effectue des calculs des mouvements de la planète pour Tycho Brahe. Mais en octobre 1601, Tycho meurt et c’est Kepler qui hérite alors du poste de mathématicien impérial. L’astronome dispose alors d’un accès illimité à toutes les données astronomiques de Tycho.
Les lois de Kepler
En 1609, il publie Astronomia Nova, décrivant ses découvertes, qui sont maintenant appelées les deux premières lois du mouvement planétaire de Kepler. D’ailleurs, la première loi qu’il a trouvée s’appelle maintenant la deuxième loi de Kepler.
En utilisant les données précises recueillies par Tycho, Kepler découvre que l’orbite de Mars n’est pas un cercle mais une ellipse. Il remarque aussi que parfois la planète se trouve plus proche du soleil que d’autres. Lorsqu’elle est proche du soleil, elle se déplace plus vite que lorsqu’elle est plus éloignée.
En 1602, l’astronome en déduit ce qu’on a appelé la deuxième loi de Kepler : une ligne tracée de la planète au soleil balaie des surfaces égales en des temps égaux.
Kepler essaie ensuite de comprendre la forme mathématique de l’orbite de Mars. Il devra subir une quarantaine d’échecs avant d’enfin y parvenir en 1605.
Il formule alors a formulé ce qui est aujourd’hui appelé la première loi de Kepler : les planètes gravitent autour du soleil en ellipse, avec le soleil à un foyer.
Il continue d’étudier le mouvement des planètes. En 1618, il aboutit à la troisième loi de Kepler : le carré de la période de toute planète est proportionnel au cube du demi-grand axe de son orbite.
Il publie cette dernière loi en 1619 dans ses Harmonices Mundi. C’est cette loi, pas une pomme, qui a conduit Newton à sa loi de la gravitation.
Autres découvertes
En dehors de ses trois lois concernant le mouvement planétaire, Kepler a apporté plusieurs autres contributions notables à la science. Il a par exemple essayé d’utiliser sa connaissance de la distance parcourue par la Terre pour mesurer la distance aux étoiles. Voici quelques-unes de ses grandes découvertes :
- la réfraction stimule la vision de l’œil et que l’utilisation de deux yeux permet la perception de la profondeur ;
- création de lunettes pour la myopie et l’hypermétropie et explication du fonctionnement d’un télescope ;
- description des images et le grossissement, et a compris les propriétés de la réflexion ;
- la gravité est causée par deux corps, plutôt qu’un seul, et en tant que telle, la lune est la cause du mouvement des marées sur la Terre. « Si la Terre cessait d’attirer les eaux de la mer, les mers s’élèveraient et couleraient dans la lune » ;
- suggestion que le soleil tourne et création du mot « satellite » ;
- calcul de l’année de naissance du Christ.
La vie de Kepler
Kepler se marie une première fois par intérêt le 27 avril 1597 avec Barbara Müller qui meurt en 1612. Ils ont 5 enfants dont deux décèdent à seulement un an, et l’autre à à peine 2 mois. L’un de ses fils meurt à l’âge de sept ans. Seuls deux enfants sur les 5 survivent : Susanne et Ludwig. Puis il se marie avec Susanne Reuttinger avec qui il a sept enfants. À nouveau, trois de leurs enfants meurent très jeunes.
Kepler passe 6 années à défendre sa mère accusée de sorcellerie en 1615. La vieille femme passera 14 mois enfermée avant d’être enfin déclarée libre de toute charge de sorcellerie le 4 octobre 1621. Malheureusement, affaiblie suite à ces événements, elle mourra à peine 6 mois plus tard.
L’astronome décède en 1630 à Ratisbonne. Mais sa femme Susanne et ses enfants se trouvant loin de lui à ce moment-là, ils n’apprendront la nouvelle que deux mois plus tard. Avant de mourir, il écrit cette épitaphe :
Mensus eram caelos. Nunc terrae metior umbras. Mens coelestis erat. Corporis umbra jacet (Je mesurais les cieux. Je mesure maintenant les ombres de la Terre. L’esprit était céleste. Ici gît l’ombre du corps).
En reconnaissance de la contribution de Johannes Kepler à sa compréhension du mouvement des planètes, la NASA a nommé son télescope spatial de recherche d’exoplanètes le télescope Kepler.
Aujourd’hui, ces lois ne décrivent pas seulement le mouvement planétaire, mais déterminent également les orbites des satellites et des stations spatiales.
Sources
