Découvrez ou redécouvrez quand et comment l’Homme a commencé à observer le ciel, à l’étudier, ainsi que les premières grandes trouvailles de l’astronomie scientifique de la Préhistoire à l’Antiquité.

Photo sur fond noir d'un instrument doré ;: l'astrolabe de Ptolémée
Astrolabe, instrument astronomique d’observation et de calcul inventé par le Grec Ptolémée. Crédit : Astropolis

Premières observations du ciel à la Préhistoire

L’astronomie est considérée comme la plus ancienne des sciences. Les premières traces d’observation des astres par l’Homme remontent à la Préhistoire. Lever et coucher du Soleil, aspect du ciel différent en été et en hiver, position changeante du lever de Soleil par rapport aux étoiles… À sa naissance, l’astronomie sert principalement à mesurer le temps, définit les journées et marque les saisons.

Dans de nombreuses civilisations, sur tous les continents, le groupe des Pléiades ou Messier 45 (M45) semble avoir été parmi les premiers représentés. En effet, l’amas ouvert d’étoiles qui s’observe depuis les deux hémisphères terrestres dans la constellation du Taureau, servait à rythmer les périodes de semailles, de récolte, de pêche et de chasse.

Peinture rupestre dans la grotte de Lascaux qui représente en marron foncé les contours d'un aurochs, bovin préhistorique. Le fond de la grotte est en pierre jaunie et au-dessus de l'animal on distingue six points marrons qui représenteraient les Pléiades.
Représentation d’un aurochs, ancêtre bovin, avec six étoiles des Pléiades au-dessus de lui dans la grotte de Lascaux (entre 17500 et 13000 av. J.-C.). Crédit : Ministère de la Culture/Centre National de la Préhistoire/Norbert Aujoulat

C’est ensuite au Néolithique que de nouvelles preuves de l’intérêt de l’Homme pour l’étude du ciel apparaissent avec les mégalithes. Ces monuments constitués d’une ou plusieurs pierres de grande taille érigées sans mortier ni ciment auraient un rôle multiple : social et culturel, mais aussi astronomique.

Reconstitution du cercle de pierres de Nabta Playa en Égypte, au musée de la Nubie à Assouan : on y voit sur du sable jaune le cercle de pierres avec notamment les deux couples de pierres alignés avec la position du lever du Soleil au solstice d'été il y a 6000 ans.
Reconstitution du cercle de pierres de Nabta Playa en Égypte, au musée de la Nubie à Assouan. Crédit : Libre de droits/Raymbetz/Groupe Études Égypte

Par exemple, sur le site de Nabta Playa en Égypte (4500 à 4000 av. J.-C.), on trouve un cercle de pierres de deux mètres de hauteur. Quatre couples de rocs plus grands forment comme des “portes” sur ce cercle. Deux d’entre elles sont alignées avec l’axe nord-sud, tandis que les deux autres forment une ligne à 70° avec l’est-nord-est…

Cette dernière direction est alignée avec la position du lever du Soleil au solstice d’été il y a 6 000 ans, un événement qui marquait le début de la saison des pluies dans le désert. D’après les archéoastronomes, Nabta Playa serait donc, comme d’autres mégalithes du Néolithique, un “observatoire ancien”.

Photo du mégalithe de Stonhenge en Angleterre. On y voit plusieurs gros blocs de pierre gris, plantés dans le sol, au soleil, avec de l'herbe verte sur la partie basse de l'image et du ciel bleu sur la partie haute, les pierres au milieu.
Mégalithe de Stonehenge (3500 à 3000 av. J.-C.), “observatoire ancien” en Angleterre. Crédit : Fleur Olagnier

Naissance des sciences astrales

Au fil du temps, les premières générations d’astronomes se rendent compte que les intervalles de temps de base – jour, mois et année – définis avec les cycles du Soleil et de la Lune mais trop approximativement, ne sont pas cohérents entre eux. La nécessité de définir un calendrier fiable conduit donc à observer le ciel avec une plus grande précision. C’est en Mésopotamie, en Égypte et en Chine qu’apparaissent les premières traces d’une astronomie plus “scientifique”, bien que toujours liée aux croyances et à l’astrologie.

Dans les cinq premiers millénaires avant Jésus Christ, les astronomes regroupent donc les étoiles de façon arbitraire, pour former des figures reconnaissables et se repérer plus facilement dans la voûte céleste. C’est la naissance des constellations.

La constellation du Scorpion est une des plus anciennes de l’Histoire. Crédit : Jean-Baptiste Fledmann/Cielmania

En Mésopotamie

La civilisation sumérienne (5300 à 1900 av. J.-C.) peuplant la Mésopotamie (Irak actuel) se distingue par un développement très poussé des mathématiques. Ses savants inventent les tables de multiplication ou encore commencent à résoudre des équations. Nous leur devons également la division des heures en soixante minutes et des minutes en soixante secondes.

La Mésopotamie, qui est tour à tour dominée par les Babyloniens (au sud) et les Assyriens (au nord) entre 1900 et 539 avant Jésus Christ, voit naître les premiers modèles mathématiques de description et de prédiction des phénomènes célestes. Les astronomes connaissent notamment bien les mouvements des planètes visibles à l’œil nu : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne.

Tablette de pierre gravée en couleur marron orangé sur fond gris. La tablette décrit les phénomène observés par les mésopotamiens liés à Vénus.
Tablette relatant des observations de Vénus, Ninive (ville d’Assyrie), VIIe siècle avant Jésus Christ, British Museum. Crédit : CC BY-SA 3.0/Fæ

Par ailleurs, les savants mésopotamiens inventent les constellations les plus anciennes comme le Lion, le Taureau, le Scorpion et le Capricorne. Ils divisent également la voûte céleste entre douze signes du Zodiaque. Ces premières constellations seront ensuite complétées par les Grecs, qui introduiront des références à leur propre mythologie.

En Égypte

Les Égyptiens sont eux à l’origine du calendrier solaire. Ils remarquent que l’apparition de l’étoile Sirius au-dessus de l’horizon terrestre à l’aube, après une période où elle était cachée, se produit approximativement tous les 365 jours, et divisent donc l’année de cette manière. Le cycle de la Lune durant environ 30 jours et nuits, ils divisent l’année en douze mois de 30 jours. Les Égyptiens sont aussi à l’origine du découpage de la journée en 24 heures.

En outre, l’étendue des connaissances de la civilisation égyptienne en matière d’astronomie s’illustre avec un autre symbole fort de ce peuple : les pyramides. Les monuments à faces lisses (entre 2700 et 2500 av. J.-C. environ) ont en effet la propriété d’être orientés suivant les quatre points cardinaux, parfois avec une précision impressionnante comme les pyramides de Gizeh.

Pyramide de Khéops au soleil, avec la ville du Caire en fond sous un ciel bleu taché d'une nuage de pollution.
La pyramide de Khéops, ou grande pyramide de Gizeh, est orientée selon les quatre points cardinaux à 3 minutes d’arc près (3 soixantièmes de degrés). Crédit : Getty/Eihab Tahir/EyeEm

Enfin, les Égyptiens élaborent des horloges stellaires, c’est-à-dire des représentations structurées et complexes de données astronomiques, également liées à l’histoire des divinités égyptiennes. Ces horloges sont souvent dessinées sur les sarcophages de personnages importants.

Sarcophage en couleurs rosé et gris, sur fond noir, où l'on voit de multiples hiéroglyphes.
Une horloge stellaire égyptienne. Crédit : Libre de droits/NebMaatRa

L’astronomie grecque

Les connaissances babyloniennes et égyptiennes sont transmises aux savants grecs. Et c’est en Grèce que tout change. Alors que les civilisations mésopotamienne et égyptienne se limitent à la description des phénomènes célestes, les Grecs s’intéressent au “pourquoi”. Ils vont plus loin dans l’analyse en cherchant à déterminer les lois physiques à l’origine du mouvement des astres et à trouver une explication rationnelle à la création du monde.

Les écrits d’Hésiode au VIIe siècle avant Jésus Christ, relèvent d’une Terre plate entourée d’un océan. Au VIe siècle avant Jésus Christ, Thalès de Milet, ou Thalès, en plus de son célèbre théorème, est le premier à se poser la question de la forme de la Terre. Pour lui, c’est un disque plat sur une vaste étendue d’eau. De plus, l’eau serait le principe matériel de toute chose et donc de l’Univers. Tout serait fait d’eau, y compris la terre (eau condensée), l’air (eau raréfiée) et le feu (nourri par l’air).

Carte du monde au VIe siècle av. J.-C. : on voit un cercle bleu (océan), sur lequel au centre sont regroupées les terres en blanc, principalement Europe, Asie et Lybie.
Carte du monde réalisée par Hécatée de Milet au VIe siècle avant Jésus Christ. Crédit : Libre de droits/Bibi Saint-Pol/Livius

Par ailleurs, Thalès maîtrise la prédiction des éclipses, décrit la Petite Ourse et conseille aux marins de s’en servir pour se guider, calcule la durée précise de l’année à 365 jours et un quart, ou encore évalue le diamètre apparent du Soleil et les grandeurs relatives de notre étoile et de la Lune.

À la même époque, Anaximandre de Milet ou Anaximandre, est le premier Grec connu à tenter de décrire et expliquer l’origine et l’organisation du monde d’un point de vue scientifique. Pour lui, la substance ou principe originel de toute chose s’appelle l’apeiron. C’est à partir de cette “substance” que se formeraient les quatre éléments (air, eau, terre et feu), et sous les interactions de ses derniers la Terre et ses habitants. Anaximandre est le premier à concevoir un modèle mécanique du monde : la Terre en suspension, plate et circulaire, est recouverte d’un dôme céleste. Le modèle est géocentrique, c’est-à-dire avec la Terre au centre de l’Univers.

Schéma en noir sur fond blanc de l'Univers selon Anaximandre. La Terre est au centre, tandis que le Soleil et la Lune gravitent sur des cercles sur des plans au-dessus et en-dessous de celui dans lequel se trouve la Terre.
L’Univers selon Anaximandre. Crédit : CC BY-SA 3.0/Dirk L. Couprie

Par la suite, c’est Pythagore le premier qui attribue une forme sphérique à la Terre, plus logique dans sa théorie de l’Harmonie des Sphères. La Terre est placée au centre de l’Univers, et autour d’elle se trouvent les autres astres. La Lune, Mercure, Vénus, le Soleil, Mars, Jupiter et Saturne ne sont pas eux-mêmes en mouvement mais chacun porté par une sphère en rotation. La dernière sphère porte les étoiles fixes.

Représentation de l'Univers selon Pythagore : plusieurs sphères bleues imbriquées les unes dans les autres, avec la Terre au centre. Les autres sphères tournent autour de la Terre et portent le Soleil, la Lune et les planètes connues à l'époque.
L’Univers selon Pythagore. Crédit : lelivrescolaire.fr/CC BY-NC 4.0

Quelques années plus tard au IVe siècle avant Jésus Christ, Aristote apporte les premières preuves observationnelles de la sphéricité de la Terre, notamment avec la forme arrondie de l’ombre de notre planète sur la Lune lors des éclipses. Dans son Traité du Ciel, le monde possède une forme sphérique et le mouvement de tous les astres est circulaire et à vitesse constante. La Terre est immobile au centre d’un système plus complexe que celui de Pythagore, contenant 55 sphères emboîtées les unes dans les autres. Cette astuce permet d’expliquer les irrégularités des mouvements apparents de toutes les planètes.

Au IIe siècle avant Jésus Christ, l’astronome Ptolémée modifie ce système afin d’expliquer les variations d’éclat des planètes. Les corps célestes ne sont plus liés à des sphères cristallines centrées sur la Terre, mais chaque planète se déplace sur un petit cercle appelé épicycle.

Schéma qui représente les 55 sphères du système d'Aristote, représentation de l'Univers en couleurs marron.
L’Univers selon Ptolémée. Crédit : Libre de droits/Johannes Van Loon

Enfin, Héraclide du Pont ou Héraclide, élève d’Aristote, avance que la Terre n’est pas immobile mais tourne en fait sur elle-même. Il est le premier à penser que certaines planètes, Mercure et Vénus, tournent autour du Soleil. De même un siècle plus tôt, au IIIe siècle avant Jésus Christ, le philosophe Aristarque de Samos met en évidence le fait que le Soleil est beaucoup plus grand que la Terre. Paraissant logique que l’objet le plus petit tourne autour du plus grand, il propose un nouveau système, héliocentrique : le Soleil est le véritable centre de l’Univers et toutes les planètes, sauf la Lune, gravitent autour de ce centre.

Toutefois, c’est le système de Ptolémée qui restera en vigueur jusqu’au XVIe siècle.

À suivre…