L'incroyable précision des astronomes de l'antiquité

Il y a plus de deux millénaires, l'astronome grec Hipparque contribua au développement d'un procédé novateur visant à comprendre le mouvement des étoiles, un procédé qui existe encore de nos jours. En imaginant la Terre au centre d'une sphère céleste, il a utilisé un système de coordonnées, semblable au couple latitude et longitude, afin de mesurer les positions précises des étoiles.

« C'était sans aucun doute le plus grand astronome de l'antiquité, ou du moins le plus grand dont le nom nous est parvenu, » déclare Victor Gysembergh, historien des sciences pour le Centre national de la recherche scientifique (CNRS).

Parmi les scientifiques grecs de l'antiquité, nombreux étaient les fervents défenseurs du géocentrisme, une théorie selon laquelle la Terre serait au centre de l'univers et les étoiles ainsi que les autres corps célestes orbiteraient autour de notre planète, même si le modèle de l'héliocentrisme fut proposé dès le 3^e siècle avant notre ère. Bien que le modèle géocentrique soit erroné, le concept en lui-même, utilisé par hipparque pour créer son catalogue des étoiles, est encore appliqué de nos jours pour cartographier les objets dans le ciel.

Le catalogue des étoiles d'Hipparque constitue la plus ancienne tentative connue de documenter les positions dans le ciel du plus grand nombre d'objets possible ainsi que la toute première utilisation d'un couple de coordonnées pour indiquer la position d'un objet. Malheureusement, le catalogue original n'a pas résisté à l'épreuve du temps et nous en avons connaissance uniquement grâce aux écrits ultérieurs de scientifiques comme Ptolémée, qui a établi son propre catalogue des étoiles vers l'an 150 et en avait attribué un précédent à Hipparque. Jusqu'à présent, la plus ancienne trace des coordonnées stellaires d'Hipparque était une traduction du 8^e siècle en latin d'un poème sur les constellations qui incluait les coordonnées à titre d'annotation.

Récemment, Gysembergh et ses collègues ont révélé une trace encore plus ancienne des coordonnées stellaires d'Hipparque dans une version en grec datant du 5e ou 6^e siècle de ce même poème, Les Phénomènes, initialement écrit par le poète grec Aratus au 3^e siècle avant notre ère. Le poème et les coordonnées qui l'accompagnent avaient été effacés d'un parchemin médiéval réutilisé et c'est l'imagerie multispectrale qui a permis de les récupérer, une technique qui utilise différentes longueurs d'onde pour mettre en lumière le texte effacé.

Le texte mentionne les coordonnées des quatres étoiles les plus au nord, au sud, à l'est et à l'ouest de la constellation Corona Borealis, bien que l'une d'entre elles n'ait pas pu être déchiffrée sur le manuscrit. Les scientifiques ont constaté que seul un degré séparait ces coordonnées des valeurs modernes, une véritable prouesse pour le travail d'un astronome ayant précédé de 1 700 ans l'invention du télescope.

INSTRUMENTS D'UN AUTRE TEMPS

Même si personne ne sait exactement comment Hipparque s'y prenait pour mesurer les étoiles, certains suggèrent l'utilisation d'une sphère armillaire, un dispositif mécanique pourvu d'anneaux rotatifs représentant les différentes lignes remarquables de l'astronomie, comme l'équateur céleste, un plan imaginaire dans le prolongement de l'équateur terrestre, et l'écliptique, la trajectoire annuelle que semble emprunter le Soleil dans le ciel. Hipparque aurait également pu utiliser une dioptra, un instrument d'observation pouvant être attaché à une plateforme ajustable.

« La dioptra était une sorte d'instrument d'arpentage, » indique James Evans, physicien et historien de la science à l'université de Puget Sound dans l'État de Washington. Elle pouvait être utilisée « pour mesurer des angles dans les opérations d'arpentage, mais l'on peut très bien l'utiliser pour mesurer des angles dans le ciel. » La sphère armillaire, dont le nom provient du latin armilla signifiant cercle ou bracelet, est une sphère composée d'anneaux concentriques qui aurait pu être équipée de viseurs. « On pourrait très bien la modifier pour mesurer des angles. »

Hipparque était probablement influencé par les travaux antérieurs des astronomes babyloniens qui mesuraient les distances de certaines constellations depuis l'écliptique. En suivant les mouvements des constellations du zodiaque, c'est-à-dire les constellations situées dans la région de la sphère céleste traversée par le Soleil au cours d'une année, les Babyloniens pouvaient mesurer les saisons et prédire les événements astronomiques, notamment les éclipses.

Comme beaucoup le considèrent de nos jours, le génie d'Hipparque réside dans l'association des techniques babyloniennes de mesure et de prédiction des mouvements stellaires aux concepts grecs de mathématiques et de géométrie. « L'astronomie moderne est née de la fusion entre ces deux approches, » indique Evans. « L'approche grecque basée sur la géométrie et la philosophie de la nature. L'approche babylonienne basée sur l'observation régulière et les calculs. »

Les coordonnées récemment découvertes représentent une infime fraction des 800 étoiles dont la position aurait été cataloguée par Hipparque. Au total, seule une dizaine de coordonnées attribuables à Hipparque ont traversé les âges, mais ses travaux semblent plus précis que le catalogue ultérieur de Ptolémée. « Il faut reconnaître que l'échantillon est mince, il y avait peut-être des erreurs ailleurs, »  déclare Gysembergh. « Mais en l'état, il est plus précis que celui de Ptolémée. »

Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs a comparé les coordonnées récemment découvertes aux valeurs fournies par d'autres sources et les résultats concordent, malgré l'existence de certains écarts, possiblement dus aux différences de mesures ou à des changements puisque les chiffres étaient retranscrits au fil des siècles.

SOUS LE CODEX, LES ÉTOILES

Le texte mentionnant les coordonnées calculées par Hipparque est un palimpseste, un parchemin réutilisé à plusieurs reprises, avec des traces d'écritures effacées encore détectables. Il fait partie du Codex Climaci Rescriptus, un ensemble de parchemins datant du 10^e ou 11^e siècle retrouvé dans le monastère Sainte-Catherine en Égypte, présentant des écritures en syriaque, une ancienne langue d'Asie de l'Ouest.

Le contenu astronomique a été détecté en 2012, alors que le bibliste Peter Williams et ses étudiants de l'université de Cambridge analysaient des images du Codex Climaci Rescriptus. L'un d'entre eux, Jamie Klair, a remarqué l'écriture grecque visible sous le texte en syriaque. En 2017, les parchemins ont été photographiés à l'aide des derniers instruments d'imagerie spectrale pour révéler plus en détail le texte sous-jacent.

Certains de ces documents ont révélé des fragments du poème d'Aratus, retranscrits sur du parchemin par la suite nettoyé et réutilisé pour le Codex Climaci Rescriptus. Le poème s'accompagne d'illustrations et de récits mythologiques sur les constellations.

En 2021, en se penchant sur les images multispectrales du poème pendant le confinement, notre expert de la bible a remarqué des chiffres qu'il a immédiatement interprétés comme étant des coordonnées stellaires. Il s'avère que ces chiffres sont les dimensions de Corona Borealis et les coordonnées de ses étoiles extérieures, probablement issues des travaux du premier astronome ayant tenté de cartographier le ciel.

SCIENCE ET PARCHEMINS

À l'aide d'un phénomène appelé précession, l'oscillation de la Terre sur son axe de rotation, les chercheurs ont pu déterminer que les coordonnées correspondaient aux positions des étoiles de Corona Borealis vues depuis l'île de Rhodes vers 130 avant notre ère, soit le lieu et l'époque de la plupart des observations réalisées par Hipparque.

Voilà un détail qui aurait beaucoup amusé Hipparque, car il fut également le premier scientifique à décrire le mouvement de précession.

En revanche, il y a fort à parier que l'astronome se serait volontiers passé d'apparaître aux côtés du poète Aratus. Les Les Phénomènes « était un best-seller de l'antiquité, un classique des salles de classe, » explique Gysembergh, et le poème est resté populaire jusqu'à l'époque romaine. De son côté, Hipparque n'en raffolait pas, et c'est peu dire : l'unique texte de l'astronome porté à notre connaissance est une critique du poème d'Aratus pour son manque de précision dans la description des constellations.

« Nous avons tout perdu de l'œuvre d'Hipparque, il ne nous reste que des fragments, à l'exception d'un commentaire sur Aratus, car Aratus est encore populaire de nos jours, » indique Francesca Schironi, spécialiste du classicisme à l'université du Michigan qui a étudié le commentaire sur les Phénomènes.

Ce texte, attribué à Hipparque après la création de son catalogue des étoiles, inclut également des coordonnées de certaines constellations. La version latine du poème, intitulée Aratus Latinus et datant du 8^e siècle, contient également des coordonnées célestes, là encore issues des travaux d'Hipparque d'après la nouvelle étude.

L'étude d'autres pages du Codex Climaci Rescriptus et d'autres palimpsestes pourraient lever le voile sur de nouveaux passages masqués. Selon Gysembergh, les nouvelles coordonnées célestes auraient fait partie d'un livre contenant Les Phénomènes et d'autres textes, apporté à Sainte-Catherine avant d'être désassemblé pour réutiliser le parchemin. Alors que le palimpseste médiéval ne laisse entrevoir que les coordonnées d'une seule constellation, le livre original aurait pu contenir les coordonnées de toutes les constellations du poème d'Aratus.

« La technique de l'imagerie multispectrale n'a été appliquée qu'à une infime partie des palimpsestes en notre possession. Il en reste encore littéralement des milliers et des milliers à étudier. Pour beaucoup d'entre eux, le contenu est totalement inconnu, » témoigne Gysembergh. « On peut raisonnablement s'attendre à multiplier les découvertes de ce genre dans les années à venir. »