Jupiter et ses satellites sont bien visibles ce mois d’août 2021. L’occasion de revenir sur la découverte de ces astres par Galilée, qui a également été le premier astronome à réaliser des observations détaillées de la Lune, de Saturne ou encore des taches solaires grâce à la lunette astronomique de sa propre fabrication.

Dessin en couleurs sombres qui représente Galilée, barbu, vêtement bleu marine avec col blanc, son œil droit observant dans sa lunette pointée dans une fenêtre ouverte. La lunette est dorée et pointée vers la droite de l'image, dans la lentille on voit se refléter des étoiles. La scène est éclairée par la lumière d'une bougie.
Galilée et sa lunette. Crédit : Christian Jégou/Observatoire de Paris/Découvertes Gallimard

La lunette qui change tout

C’est en 1609 que Galilée apprend l’existence d’un appareil révolutionnaire… Conçu par l’opticien néerlandais Hans Lippershey, l’innovation en question est un “instrument pour voir au loin”, qui grossit les objets observés environ sept fois. Le mathématicien et géomètre italien s’empare du principe de l’invention et décide de l’améliorer grâce aux principes élémentaires de l’optique. Il obtient alors un instrument qui grossit de manière linéaire jusqu’à trente fois, et envisage de l’utiliser pour observer… les corps célestes. La lunette d’approche devient lunette astronomique, le physicien astronome.

Deux lunettes de Galilée accrochées au mur dans une vitrine, l'une au-dessus de l'autre, au Musée Galilée à Florence. Celle du haut est plus grande et plus claire.
Les lunettes de Galilée. Crédit : Sailko/CC BY-SA 3.0

Montées sur de simple tubes de bois ou de carton, les lentilles conçues par Galilée permettent pour la première fois à l’œil humain d’étudier de près la Lune, les étoiles, les taches solaires et les planètes et leurs satellites. Plusieurs de ces lunettes astronomiques sont d’ailleurs exposées au Musée Galilée à Florence, en Italie.

En mars 1610, Galilée publie le petit livre écrit en latin Sidereus Nuncius (Le messager des étoiles ou Le messager céleste), dans lequel il décrit ses premières observations réalisées à la lunette pendant l’hiver 1609-1610. À destination de tous les publics cultivés, les 500 exemplaires du premier tirage sont épuisés dès leur parution.

Découverte des lunes de Jupiter

En quelques semaines, Galilée découvre la nature de la Voie lactée, dénombre les étoiles de la constellation d’Orion et constate que certaines étoiles visibles à l’œil nu sont en fait des amas d’étoiles.

Le 7 janvier 1610, l’astronome italien réalise sans doute l’une de ses découvertes les plus fondamentales. Il remarque en effet quatre petites “étoiles” qui accompagnent la planète Jupiter dans son mouvement…

Sur fond noir, Jupiter au centre dont on distingue l'atmosphère aux motifs horizontaux en couleur marron clair, et quatre petits points, deux de chaque côté de la planète qui l'entourent. Ce sont ses quatre lunes.
Jupiter entouré de ses lunes, vus au télescope à un grossissement de 200 fois. Crédit : Jan Sandberg/Domaine public

Ce sont les astres que Kepler désignera en septembre 1610 comme “satellites” dans sa Narratio, compte-rendu court et précis de leur observation. Io, Europe, Ganymède et Callisto sont finalement nommés par l’astronome allemand Simon Marius, qui revendique, en concurrence avec Galilée, leur découverte. Aujourd’hui appelés lunes galiléennes, ces quatre astres semblent finalement donner raison à l’Italien…

Tableau où l'on voit Galilée assis dans un fauteuil, la barbe grise, un vêtement noir avec col blanc, une bague à l'annulaire gauche et ce qui semble être une longue-vue dans la main droite.
Portrait de Galilée (1636). Crédit : Justus Sustermans

Galilée est le seul à expliquer les mouvements relatifs de Jupiter et de ses satellites, qui sont pour lui un modèle réduit du Système solaire. La découverte de ces lunes galiléennes est donc l’une des nombreuses preuves mises en lumière par le savant tout au long de sa carrière, et qui confirment la théorie de l’héliocentrisme – les planètes tournent autour du Soleil.

Si l’observation de Jupiter et de ses satellites vous tente, lisez notre article pratique Observer Jupiter, la passionnante planète géante.

Observation de la Lune

En novembre 1609, Galilée étudie les phases de la Lune, avec une lunette grossissant environ 20 fois. Il remarque alors que notre satellite n’est pas une sphère régulière, mais parsemée de montagnes, de cratères et de vallées… Une allégation déjà émise quatre mois plus tôt par le mathématicien et astronome Thomas Harriot, premier d’Angleterre à avoir utilisé une lunette astronomique.

A gauche un dessin de la Lune par Galilée dans le Sidereus Nuncius, à droite une photo équivalente. Crédit : ECeDee/Domaine public

Galilée estime la hauteur des montagnes lunaires à environ 7 000 mètres, davantage que le plus haut sommet connu sur Terre à l’époque. En effet, au début du XVIIe siècle, les moyens techniques ne permettaient pas encore de connaître l’altitude des montagnes terrestres avec précision. Dans son Sidereus Nuncius, l’astronome italien pense ainsi que les sommets sur la Lune sont beaucoup plus élevés que sur Terre, alors qu’en réalité, ils sont équivalents.

Phases de la Lune dessinées par Galilée sur un papier parchemin jauni, le coup de crayon dans les tons marrons : on voit six phases différentes.
Les phases de la Lune dessinées par Galilée en 1616. Crédit : Galileo Galilei/Domaine public

Pour découvrir comme Galilée les merveilles visibles à la surface de la Lune, lisez notre article pratique Observer la Lune en toute simplicité.

Saturne a des anneaux

Après la Lune et le système jovien, c’est à Saturne que Galilée s’intéresse. Là encore, il réalise une des plus grandes découvertes de son temps : les anneaux de Saturne. Il observe un anneau autour de la planète pour la première fois le 25 juillet 1610 dans sa lunette avec un grossissement de 30 fois, mais n’a pas encore la possibilité d’en définir la nature. C’est le Néerlandais Christian Huygens, à qui l’on doit notamment la découverte de Titan – le plus grand satellite naturel de Saturne – qui fera une analyse détaillée du système d’anneaux grâce à des instruments plus performants, une cinquantaine d’années plus tard.

Zoom sur les anneaux de Saturne, dont les couleurs ont été amplifiées : du plus proche du centre de la planète au plus éloigné les anneaux sont de couleur bleu, orangé, vert puis marron jaune.
Les anneaux de Saturne en couleurs amplifiées vus par la sonde Voyager II. Crédit : Nasa

Envie de découvrir la planète Saturne de vos propres yeux ? Lisez notre article Observer Saturne la magnifique.

Le Soleil, Vénus et Neptune

Après avoir mis en évidence les anneaux de Saturne, Galilée invente une astuce pour observer le Soleil à la lunette. Grâce à un ingénieux système de rétroprojection sur écran – pour éviter bien entendu de s’abîmer les yeux à regarder notre étoile directement – il découvre les taches solaires. Trois autres observateurs, dont les astronomes allemands Johannes Fabricius et Christoph Scheiner, font la même découverte également en 1611.

Au départ, certains observateurs pensent que ces taches sont des planètes inconnues, encore plus proches du Soleil que Mercure. Galilée penche d’abord pour des “nuages”, mais comprend rapidement que les taches sont “dans” la surface du Soleil. Il publie un ouvrage sur le sujet en 1613, Histoire et démonstrations sur les taches solaires, et démontre également grâce à ses observations que le Soleil tourne sur lui-même.

Deux feuilles blanches côte à côte, sur chacune desquelles est dessiné un cercle (le Soleil) et des petites taches noires, les taches solaires.
Dessins des taches solaires par Galilée. Crédit : Domaine public

Poursuivant ses travaux, l’astronome italien s’intéresse aussi à Vénus. Il s’aperçoit que la planète se présente alternativement en forme de croissant, de quartier ou de disque. Galilée montre ainsi que Vénus présente des phases, comme la Lune.

Enfin, c’est à l’astronome italien que l’on attribue la pré-découverte de Neptune. Le 28 décembre 1612, Galilée est le premier humain à observer cette planète avec sa lunette, alors visible en conjonction avec Jupiter. Le consensus parle de “pré-découverte”, car Galilée aurait bien repéré un léger déplacement de Neptune en l’espace d’un mois, mais n’aurait pas fait explicitement le rapprochement avec le mouvement d’une planète. Impossible à observer à l’œil nu, l’existence de Neptune n’a été confirmée par le calcul que deux siècles plus tard par le mathématicien Français Urbain Le Verrier.

Réitérez vous aussi ces observations de Galilée grâce à nos articles pratiques : Observer le Soleil au télescope, Observer Vénus, l’étoile du berger et Observer Neptune, la plus lointaine planète.