L’Académie des sciences consacre une série de podcasts, en partenariat avec Canal Académies, à l’erreur dans les sciences. Au micro, Étienne Ghys, l’un de ses deux secrétaires perpétuels. Cortex Média a retranscrit ces échanges, à lire ci-dessous.
Pendant près de trois siècles, les astronomes ont observé Vénus, dessiné des détails à sa surface et calculé avec une précision croissante une période de rotation… qui était pourtant fausse.
Avec l’astronome Jacques Laskar, Étienne Ghys retrace cette étonnante histoire scientifique, de Cassini aux observations radar de la NASA, et interroge le rapport complexe entre ce que l’on croit voir, les modèles que l’on possède déjà et la réalité que l’on cherche à comprendre.
Étienne Ghys : Tu vas participer à ce colloque sur les erreurs en sciences, et tu as proposé un thème que je trouve tout à fait intéressant : l’étoile du berger, la planète Vénus.
Jacques Laskar : Ce problème de Vénus, je le vois comme un exemple d’un problème beaucoup plus général, très présent en astronomie : le rapport entre observation et théorie.
C’est assez amusant. Quand on parle d’observation, on parle de « faits d’observation ». Pour mes collègues astronomes observateurs, il n’y a que l’observation qui compte : une théorie n’est rien sans observation, c’est l’observation qui donne la vérité. Et quand on parle de théorie, on parle de « spéculation théorique ». C’est un peu l’opposition entre faits et spéculations.
Étienne Ghys : Si ma théorie est correcte, alors à tel moment on devrait observer tel phénomène — donc on demande à l’observateur d’aller vérifier.
Jacques Laskar : C’est une manière de voir les choses. Mais le problème est de savoir si ce que l’observateur observe, c’est la réalité. En préambule à cette discussion, j’ai toujours à l’esprit quelque chose qui m’est arrivé quand j’avais vingt ans. Je ne connaissais rien à la botanique — j’avais à peine discerné un pissenlit. Et tout d’un coup, je me suis dit : je vais apprendre à reconnaître les fleurs.
J’ai acheté le grand classique, la Flore complète portative de la France, de la Suisse et de la Belgique de Bonnier, et je suis parti dans la forêt à la recherche d’une fleur à identifier. Après pas mal de recherches, j’en trouve une. Avec le Bonnier, il faut la décortiquer, la regarder dans tous les sens : à chaque fois, on a une bifurcation, et à la fin, une détermination. Je vois : « jacinthe des bois ». Et c’est marqué : commun. Alors je me dis : ils sont gonflés quand même, c’est la première fois que j’en vois une. Je me relève… et j’en vois partout. Quand je ne la connaissais pas, je ne la voyais pas. Et le fait de l’avoir identifiée me la faisait voir partout. Beaucoup de gens ont fait cette expérience d’une manière ou d’une autre, mais cet instant-là m’a vraiment frappé. Il y a une véritable difficulté à séparer l’observation des modèles préconçus.
Revenons à Vénus. Sa rotation a d’abord été déterminée par Jean-Dominique Cassini, le très grand astronome du XVIIe siècle, italien, appelé à Paris pour diriger l’Observatoire. À l’époque, les meilleures lunettes étaient italiennes — il est donc assez normal qu’on trouve en Italie les meilleurs observateurs.
En 1665, il observe Jupiter, voit la tache rouge, et en détermine la vitesse de rotation : 9 heures 55 minutes 53 secondes et demie. La valeur actuelle est de 9 heures 55 minutes 29 secondes.
Étienne Ghys : On ne peut qu’être admiratif devant ces grands précurseurs.
Jacques Laskar : Surtout quand on connaît la qualité des lunettes de l’époque : ce n’était pas évident de voir quoi que ce soit.
La même année, il regarde Mars, y voit des structures de surface et en déduit une rotation de 24 heures 38 minutes. La valeur actuelle la plus précise est de 24 heures 37 minutes 22 secondes. C’était il y a 350 ans : c’est quand même assez extraordinaire.
Du coup, il regarde Vénus. Et là, il a du mal. Ce qui est amusant, quand on lit les récits de l’époque, c’est que ce n’est pas du tout écrit comme un texte scientifique moderne. Il dit : ces jours-ci il faisait plutôt mauvais, je n’ai pas pu voir ; mais quelques jours après, il y a eu une éclaircie, j’ai pu voir Vénus. Il distingue des taches à sa surface. Il dessine. Il n’est pas très confiant, mais il conclut à une période d’un peu moins de 24 heures.
La Terre, 24 heures ; Mars, 24 heures et quelques ; Vénus, c’est un peu notre sœur.
Vingt-quatre jours, ou vingt-quatre heures ?
Jacques Laskar : Plus de cinquante ans après, en 1726, un autre Italien, Francesco Bianchini, observe à son tour. Et il dit : je ne suis pas d’accord, moi je vois 24 jours et 8 heures.
Étienne Ghys : Avec la même méthode, en observant des taches ?
Jacques Laskar : En observant des taches, qu’il cherche à retrouver après plusieurs jours. Bien sûr, cela fait une grosse discussion. Jacques Cassini, le fils de Jean-Dominique, observe à nouveau : il veut en avoir le cœur net. En 1752, il trouve 23 heures 15 minutes. Il défend son papa — c’est un bon fils. Dans ses Éléments d’astronomie, un très beau volume, il écrit aussi : oui, Bianchini trouve 24 jours, mais si j’intègre ses observations aux miennes et à celles de mon père, avec 23 heures 20 minutes, je mets tout le monde d’accord. Ça semble réglé. Quarante ans plus tard, l’Allemand Johann Schröter mène une nouvelle campagne : il trouve 23 heures 20 minutes 19 secondes. Ça se précise.
Mais les partisans de Bianchini n’ont pas rendu les armes. Un observateur retrouve environ 24 jours, sans grande précision. Un autre astronome allemand, en 1801, trouve 23 heures 22 minutes — plutôt du côté de Cassini. Et les partisans de Cassini sont plutôt plus précis : dans une autre campagne, en accumulant les observations, on descend à 23 heures 21 minutes 7 secondes et 977 millièmes. Un autre astronome, qui ne fait pas d’observation mais réanalyse les textes, se dit plutôt d’accord avec Bianchini et sa période de 24 jours. Ce n’est pas de la nouvelle science, c’est juste une appréciation de ce qui a déjà été publié. Mais cela va motiver une nouvelle campagne.
Elle est prise en main par le Collège romain des Jésuites, qui met vraiment le paquet. Le principal observateur est Francesco de Vico. Toujours le même principe : on repère des taches, on les suit, on les retrouve quelque temps après — en supposant que ce sont des éléments fixes de la surface. Bianchini avait d’ailleurs dressé un planisphère de Vénus avec ces taches.
Ces observations, c’est plus de onze mille relevés, par plusieurs observateurs, presque toutes les nuits pendant une longue période. Et ils obtiennent la détermination ultime : 23 heures, 21 minutes, 21 secondes et 9 345 dix-millièmes.
On comprend le mécanisme, et c’est un peu comme aujourd’hui : on a un problème, déterminer la rotation de Vénus. Les astronomes disent qu’ils vont améliorer cette détermination. Ils demandent des crédits pour faire ces campagnes — l’équivalent du CNRS aujourd’hui — ils les obtiennent, ils mènent la campagne, et ils obtiennent une meilleure détermination. C’est vraiment la science en avant, le progrès par campagnes successives.
Étienne Ghys : À quelle époque ?
Jacques Laskar : Autour de 1840-1850.
Il en est rendu compte dans Les Terres du ciel de Camille Flammarion, paru en 1884. Le grand vulgarisateur de l’astronomie écrit que la période de rotation de Vénus a été définitivement déterminée en 1841, grâce à une belle série d’observations organisées sous le ciel extraordinairement pur de Rome par le père de Vico, et fixée à 23 heures 21 minutes 22 secondes. Ce n’est pas fini. En 1890 intervient quelqu’un de très intéressant : Giovanni Schiaparelli.
Étienne Ghys : Celui qui a vu des choses sur Mars — les canaux.
Jacques Laskar : Celui qui a observé les canaux martiens, qui a vu sur Mars tout un réseau de canaux et en a fait la cartographie. Il a extrapolé très largement, et ces canaux ont été repris après lui par Lowell.
Mais sur Vénus, Schiaparelli fait un travail très sérieux. Il analyse toutes les observations anciennes, il regarde tout ce qui a été écrit, il en fait un très bon compte rendu. Il observe… et il n’est pas convaincu. Il dit : moi, je ne vois rien. Je ne vois rien bouger.
Pourtant, il avait de l’imagination : il avait vu les canaux de Mars. Mais là, il ne voit rien.
Étienne Ghys : À l’époque, il n’y avait pas de photographie. On dessinait.
Jacques Laskar : On dessinait, et les dessins étaient de bonne qualité.
En revanche, Schiaparelli était aussi théoricien. Il connaissait les travaux de George Darwin — le fils de Charles Darwin — le premier à avoir compris pourquoi la Lune présente toujours la même face à la Terre. Il avait compris que la Lune tournait initialement plus vite, et que sa rotation a été ralentie par les effets de marée exercés par la Terre — de la même manière qu’aujourd’hui la Lune exerce des effets de marée sur la Terre, qui ralentissent notre rotation. L’effet de la Terre sur la Lune est bien plus fort, et l’était encore davantage quand la Lune était plus proche. Sa rotation a donc été ralentie jusqu’à devenir synchrone avec son orbite.
Schiaparelli se dit : Vénus, ça doit être la même chose, mais vis-à-vis du Soleil. Sa rotation aurait été ralentie par les effets de marée solaires jusqu’à devenir synchrone avec son orbite. Et il conclut : puisque je ne vois rien bouger, le plus probable est que Vénus soit dans cet état synchrone, et que sa période soit de 224 jours.
Étienne Ghys : On a donc trois périodes en lice : 24 heures, 24 jours et 224 jours.
Jacques Laskar : Nouvelle controverse. Camille Flammarion, qui avait écrit que la mesure de De Vico était absolument établie, revient là-dessus. Il a un petit observatoire à Juvisy. Il observe Vénus et publie de très belles observations — tellement belles qu’il voit des détails à la surface, et même des calottes polaires, qu’il décrit et dessine.
Je vous rappelle que la surface de Vénus est à 460 degrés.
Étienne Ghys : Ce qui est intéressant, c’est que tous ces observateurs sont stables : une fois qu’ils ont fait une observation, ils en font une autre et trouvent la même chose. Il n’y a jamais eu de déclaration publique disant « je me suis trompé ».
Jacques Laskar : À aucun moment. On est sur deux cents ans d’observations confirmées les unes après les autres. Il y a bien une divergence de vues, mais on se confirme, on retrouve les mêmes choses, on s’appuie sur les observations précédentes et à chaque fois on améliore les résultats. C’est le progrès de la science. La réponse définitive arrive en 1964, soit près de cent ans plus tard, et trois siècles après les premières déterminations de Jean-Dominique Cassini. Elle vient des radiotélescopes de la NASA, qui servent à faire des échos radar sur Vénus au moment des conjonctions. Et l’on trouve que Vénus a une rotation très lente de 243 jours — mais rétrograde. Elle tourne à l’envers.
Personne n’y avait pensé. Mais il y a quelqu’un qui avait dit quelque chose de juste, et c’est le seul : Schiaparelli. Il avait dit que Vénus se trouvait dans un état d’équilibre lié à la force de marée. Ce qu’il ne pouvait pas prévoir, c’est qu’il n’y a pas que la marée solide en jeu. Il y a aussi la marée thermique atmosphérique. Le Soleil chauffe l’atmosphère, ce qui déplace des masses d’air et crée un bourrelet, plutôt perpendiculaire à la direction du Soleil. Quand la planète tourne vite, ce bourrelet est légèrement décalé, et l’on obtient un couple accélérateur.
La marée thermique accélère donc la planète, la marée solide la ralentit, et un équilibre se forme. L’ancien équilibre stable — la rotation synchrone — devient instable, et deux nouveaux équilibres stables se forment de part et d’autre. L’un des deux est rétrograde.
Étienne Ghys : Maintenant, la question qui tue. La réponse finale est venue en 1964. Comment sais-tu que c’est la réponse finale ? Après trois siècles d’erreur, ça pourrait continuer.
Jacques Laskar : La différence, c’est que là, on a une observation et un modèle cohérent avec elle. C’est quelque chose de plus solide. Les missions spatiales ont considérablement raffiné tout cela : on a eu une couverture radar de Vénus, on connaît toute sa géographie.
Étienne Ghys : Peut-on conclure en disant que le vent souffle sur Vénus ?
Jacques Laskar : Il y a des vents très forts sur Vénus. D’ailleurs, ce que les observations télescopiques mesuraient initialement, ce n’était pas la rotation de la planète, mais celle de son atmosphère — bien plus rapide.
Étienne Ghys : As-tu une musique qui accompagne bien ce que tu viens de me raconter ?
Jacques Laskar : Un air très connu d’opéra, écrit par un Anglais mais dans le style italien : Lascia ch’io pianga, de Haendel, dans Rinaldo. Par Philippe Jaroussky, ce sera encore mieux. Ça se mariera bien à l’ambiance italienne de cette histoire de Vénus.
