De tout temps, l'homme s'est émerveillé en contemplant le ciel nocturne et a essayé d'en comprendre les mystères.
On retrouve ainsi des écrits datant de près de 4000 ans témoignant déjà de véritables études du ciel.
Les observations ont permis une mesure du temps de plus en plus précise.
La position des astres se répétant régulièrement a donné naissance à l'Année.
Les douze pleines lunes dans une année ont donné naissance à nos 12 mois et les quartiers de lune à la semaine de 7 jours.

On peut voir ici le disque de Nedra, trouvé en Allemagne, qui fut réalisé environ 2000 ans av JC.
Il devait permettre de savoir quand recaler l'année lunaire (354 jours) avec l'année solaire(365 jours) : il fallait le faire quand la lune de 4 jours était en conjonction avec l'amas stellaire des Pléiades, comme représenté sur le disque.
Il pouvait également servir à repérer les solstices d'été et d'hiver, en position horizontale, grâce aux arcs de 82° sur les côtés ! (le plaquage de celui de gauche a disparu)

Des astres "erratiques", nos planètes, ont été identifiés, avec leur mouvement apparent périodiquement rétrograde, sur fond de ciel immuable.
Ont été ainsi découvertes, à l'oeil nu, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne.
Complétés par le Soleil et la Lune, ces objets célestes étaient considérés comme des dieux par les Mésopotamiens.
Ce sont eux qui ont nommé nos 7 jours de la semaine avec les noms de ces 7 dieux.
Ces noms ont ensuite été repris et traduits dans leur langue par les Grecs, les Romains, les Anglais via les Vikings, l'Asie...

Pendant très longtemps, nous avons cru être au centre du monde, car de manière évidente, tout tournait autour de nous, à commencer par le soleil.

Au 3e siècle av JC, les savants Grecs ont même réussi à élaborer un modèle reproduisant les mouvements apparents des astres avec la Terre au centre, les épicycles.
Dans ce modèle, les planètes tournaient non seulement sur une orbite circulaire centrée sur la Terre, mais aussi sur un cercle plus petit centré sur leur orbite.
Le Soleil, lui, tournait sur une simple orbite circulaire autour de la Terre.

Ce modèle expliquait les mouvements rétrogrades observés pour les planètes, et sa précision fut ensuite améliorée en introduisant un décentrage des orbites, les équants.
En l'an 150 , Ptolémée compilait ces savoirs dans son Almageste, avec un catalogue de 1022 étoiles et 48 constellations, il diffusait des "tables faciles" pour connaitre la position des astres par avance.

Le modèle héliocentrique, avec la Terre tournant autour du soleil, avait pourtant été envisagé très tôt et avait ses partisans, mais il était alors techniquement impossible d'en démontrer la véracité.
L'évidence du soleil tournant autour de la Terre, positionnant l'homme au centre du monde, s'imposait naturellement.
Le modèle géocentrique a ainsi perduré jusqu'au 15e siècle, car, grâce à la construction pourtant alambiquée des épicycles, on arrivait à prédire les déplacements des planètes de manière assez juste, ce qui semblait conforter la position centrale de la Terre .

Mais l'accumulation des données d'observation et l'amélioration de leur précision ont conduit Copernic à revisiter le modèle héliocentrique en 1510.
Il postulait que le soleil était au centre de notre syste, que la Terre ainsi que les autres planètes tournaient autour de lui, suivant de simples orbites circulaires.
Il ne pouvait pas formellement prouver que cette théorie était juste, mais elle simplifiait tellement la description mathématique du mouvement des astres, qu'elle lui paraissait aller de soi.
Kepler va ensuite améliorer ce modèle en intégrant les orbites elliptiques, avec cette fois des résultats sur la prévision des positions à venir plus précis que ceux des modèles à épicycles.
Galilée invente sa lunette et conforte ce modèle par des observations de lunes gravitant autour de Jupiter.
Newton apportera finalement une démonstration théorique de ces mouvements orbitaux avec sa loi sur la gravitation.
Après de fortes résistances, religieuses en particulier, le modèle héliocentrique finit par s'imposer.
Ce fut une vraie révolution.

Le système solaire

Le système solaire est composé de 8 planètes gravitant autour du soleil.
Dans l'ordre : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Pluton n'est plus considéré comme une planète, du fait de sa faible taille, de son écliptique décalée, de son orbite très elliptique
Encore d'autres objets "sombres" sont en gravitation autour du soleil, au-delà de Pluton : Ceres, Makemake, Haumea, Eris.

Vous avez ici la position de ces planètes autour du soleil en date du 1er Janvier 2025.
Vous pouvez voir la position qu'elles occupent aujourd'hui et leur évolution jour par jour en cliquant sur "Systéme Solaire" dans le menu.

Animation en live du Système Solaire



En complément, le Système Solaire de la NASA (plus complexe)

Le soleil

Notre soleil est à peu près à mi-vie avec 4.6 milliards d'années (il devrait atteindre 10 milliards d'années).
Mais sa luminosité va augmenter de 10% à chaque milliard d'années à venir, compromettant ainsi la vie sur Terre.
Lorsqu'il aura utilisé tout son combustible, il passera par une phase d'expansion et deviendra une géante rouge.
Son rayon passera de 0.7 à 170 millions de km, englobant Mercure, Vénus et la Terre dans son périmètre.
Il gonflera et expulsera une partie de sa matière, ressemblant alors à une nébuleuse.
Puis il s'effondrera pour former une naine blanche, de la taille de la Terre soit 1% de sa taille actuelle.

Le soleil est principalement composé d'hydrogène (74%) qui fusionne et se transforme en hélium (25%) du fait de l'énorme pression qu'il subit.
Chaque seconde, 620 millions de tonnes d'hydrogène fusionnent et génèrent 615.7 millions de tonnes d'hélium.
La différence de masse est libérée sous forme d'énergie, c'est celle-ci qui nous parvient à travers le rayonnement solaire.

Il règne 15 millions de degrés en son centre, 5500 degrés en surface et 5 millions estimés dans sa couronne.
Malgré son éloignement, 150 millions de km, il est impossible de le regarder longuement à l'oeil nu au risque de se brûler la rétine.
Sa lumière met 8 minutes pour parvenir jusqu'à nous : il est à 8 minutes lumière.

Le soleil tourne autour de lui-même en 25 jours, et autour du centre de la galaxie en 220 000 ans.
Le diamètre du soleil est de 1.4 million de km.
Sa masse représente 99.85% de l'ensemble du système solaire.

La Terre

On a longtemps cru que la Terre était plate.
Mais à partir de 500 av JC, les philosophes Grecs (Pythagore, Parménide...) imaginaient la Terre sphérique par principe.
Platon (429-348) adhérait à cette idée, Aristote (384-322 av JC) lui, le démontra par des observations.
Ainsi, il faisait le constat que lors d'une éclipse lunaire, l'ombre projetée par la Terre sur la Lune était courbe, la Terre devait donc être ronde.
Il fit la première estimation de sa taille, assez imprécise, car il arriva au double de sa valeur réelle.

En 230 av JC, Ératosthène, qui aimait mesurer l'impossible, calcula que la circonférence de la terre faisait 39 000 km
Ce résultat est remarquable, car très proche des valeurs précises connues aujourd'hui, soit 40 008 km sur un méridien (40 075 à l'équateur).

Il s'est basé sur la distance estimée entre Alexandrie et Syène (Assouan), qu'il supposait sur le même méridien, soit 5000 stades, et la différence d'angle entre les ombres projetées le même jour (21 juin à midi) entre ces deux villes : pas d'ombre à Syène car sur le tropique du cancer et ombre de 1/50 de 360° à Alexandrie.
La circonférence totale était donc de 5000 x 50 = 250 000 stades soit 39 000 km (il eut un peu de chance...)

Posidonios appliqua la même méthode 100 ans plus tard en s'appuyant sur la distance entre Alexandrie et Rhodes et la différence d'angle sous lequel était vue l'étoile Canopus, alpha de la constellation de la Carène.
Mais son résultat fut nettement moins bon, il trouva seulement 180 000 stades soit 28 000 km.

Ce résultat fut cependant adopté par Claude Ptolémée et admis jusqu'à la Renaissance.
En 1492, Christophe Colomb, qui savait donc la Terre sphérique, imagina d'ouvrir une nouvelle route vers les Indes en naviguant vers l'ouest.
Il utilisait une estimation de la circonférence de la Terre de 30 000 km.
Il fut loin d'arriver aux Indes, puisqu'il rencontra au milieu une partie du continent Américain.

La Lune

La Lune a gardé le mystère sur sa face cachée pendant des milliards d'années !
En effet, elle tourne autour de la terre en 27.3 jours* et effectue dans le même temps une rotation sur elle-même, elle nous présente donc toujours la même face.

En 1959, un satellite soviétique a pu prendre des photos de sa face cachée pour la première fois, puis d'autres ont suivi avec des prises de vue de définition toujours meilleure, nous en avons maintenant une cartographie complète et très précise.

L'apothéose de la phase exploration eu lieu le 21 juillet 1969, avec la mission américaine Apollo 11 et le premier pas de l'homme sur la lune.

La lune est à une distance de 380 400 km de la Terre, soit 1.3 seconde de temps lumière.
Elle s'éloigne de la Terre de 3.8 cm par an.
Elle a un diamètre de 3 476 km, ce qui fait un peu plus du quart de la Terre.
Sa gravité de surface est 6 fois moindre que sur Terre, un homme de 90 kg sur Terre ne pèse que 15 kg sur la Lune.
Sa température moyenne de surface varie fortement suivant l'exposition au soleil, de -173° à + 127°.
Elle n'a pratiquement pas d'atmosphère, ce qui explique sa surface constellée d'impacts de météorites que rien ne ralentit dans leurs chutes.


*Comme la Terre se déplace autour du soleil en même temps, on retrouve la lune dans la même position relative au bout de 29.5 jours, c'est le mois lunaire.

Newton découvre l'origine des marées.

500 ans av JC, les Grecs avaient déjà remarqué que les marées semblaient liées aux cycles de la Lune, mais il a fallu attendre plus de 2000 ans pour avoir une explication rationnelle des mécanismes en jeu.

Dans son œuvre "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" publiée en 1687, Newton établit sa loi universelle de la gravitation et l'utilise pour expliquer la composante statique des marées.

Comme la Terre est une sphère, l'attraction qu'exerce la lune est légèrement plus forte pour les points les plus proches d'elles, et légèrement plus faible pour les points qui sont à l'opposé.

Ces différentiels de gravité par rapport au centre de la Terre vont créer un déplacement de l'eau des océans vers l'axe Terre-Lune, créant une accumulation du côté de la Terre faisant face à la lune (différentiel positif), mais aussi une deuxième accumulation du côté opposé (différentiel négatif).

La Terre tournant sur elle-même en 24h, et ces zones d'accumulation restant dans l'axe Terre-Lune, chaque point sur Terre passe alternativement par deux marées hautes et deux marées basses chaque jour.
Ou plus précisément toutes les 24h et 50 minutes, car la Terre doit faire un peu plus d'un tour pour revoir la Lune sous le même angle. C'est ce qui fait que les marées ne sont jamais à la même heure de la journée.

Newton montre de plus que le soleil joue exactement le même rôle, mais avec une force moitié moindre, car très éloigné, et avec une période de 24 heures.
Et que les effets de la Lune et du Soleil vont s'ajouter ou se contrarier suivant leur position relative.
Quand la lune est alignée avec le soleil, ces forces s'ajoutent et donnent lieu aux grandes marées ou de vives eaux, lors des nouvelles lunes et des pleines lunes.
Quand elle est en quadrature avec le soleil, leurs forces se contrarient et donnent lieu aux faibles marées ou de mortes eaux, lors des quartiers de lune.

Décalage des dates des zones du zodiaque

Depuis la création des signes zodiacaux, le moment où le soleil entre dans un signe a bien changé.
Ceci du fait de la précession des équinoxes :
La Terre tourne sur elle-même avec un axe incliné de 23.5°
Or, comme pour une toupie, le sommet de cet axe incliné va lui-même faire des rotations.
Pour la Terre, une rotation complète se fait en 25 800 ans.
Et cela change le temps que la terre met pour retrouver la même position par rapport au soleil, et donc la vue du zodiaque depuis la terre à une date donnée.
Ainsi, le soleil "entre" dans les mois zodiacaux avec presque un mois de retard par rapport à il y a 2000 ans.
Il faudrait donc décaler les dates des signes zodiacaux d'un mois !

L'astrologie n'étant pas de l'astronomie, elle en reste, par convention, aux dates telles définies lors de la création des mois zodiacaux.

Voie lactée vue depuis la Terre

Cette bande lumineuse zébrant le ciel était un mystère jusqu'à l'invention de la lunette de Galilée.
Celle-ci lui permet de découvrir en 1610 qu'elle est constituée d'une multitude d'étoiles.
Il faudra encore beaucoup d'observations et de découvertes pour comprendre sa nature véritable.

Quand on regarde la Voie Lactée, en fait, on voit notre Galaxie.
Les étoiles qui la composent sont distribuées sous la forme générale d'un immense disque.
Disque que l'on voit de profil, depuis la Terre qui est au milieu de l'épaisseur de ce disque, et à mi-chemin entre son bord et son centre.

Pour pleinement l'apprécier, il faut choisir des nuits sans lune, sans nuages, hors de la pollution lumineuse des éclairages publics.
On peut la repérer avec les constellations de l'Aigle, du Cygne, de Cassiopée, car celles-ci sont alignées sur la Voie Lactée.
Son centre se situe dans la direction de la constellation du Sagittaire.
Sur cette photo, les 9 étoiles de l'Aigle sont en jaune, la plus brillante étant Altaïr, à vous de les retrouver...

Voie lactée vue en 360° depuis le satellite GAIA

Les deux nébuleuses que l'on voit en bas à droite sont deux galaxies naines, satellites de notre Voie Lactée : le Petit et le Grand Nuage de Magellan.

Représentation de notre Galaxie

Notre Galaxie est constituée de 200 à 400 Milliards d'étoiles.
Une partie de ces étoiles possède des planètes (100 Milliards ?)

L'ensemble de ces étoiles forme un disque de 100 0000 AL (année-lumière) de diamètre et 1000 AL d'épaisseur.
Ce disque est renflé en son milieu dans lequel se trouve un trou noir hyper massif, Sagittarius A.
Les étoiles sont distribuées le long de bras en forme de spirale.

Notre Galaxie est du type spirale barrée (barre transversale en son centre).

Notre système solaire se situe sur l'un de ses bras, celui d'Orion, à 26 700 AL du centre.

L'image que nous voyons ici a été reconstituée, comme si nous étions en vue surplombante.
Elle est cohérente avec les principales observations réalisées.

Avoir une telle vue sur notre Galaxie est cependant impossible, car il faudrait que l'on puisse en sortir et nous en éloigner d'au moins 500 000 AL.
Aucun vaisseau ou satellite construit par l'homme n'est capable d'un tel voyage !

Galaxie d'Andromède ou M31

Pratiquement tout ce que l'on voit à l'œil nu dans le ciel fait partie de notre Galaxie.
Une belle exception concerne la galaxie d'Andromède.

Lors de sa découverte, elle a été rangée dans la famille des nébuleuses, car elle apparaissait avec des contours flous.
Il fallut attendre les années 1920 pour que l'on comprenne qu'il s'agissait d'une galaxie.
Ceci à travers la première mesure de distance faite par Edwin Hubble, en utilisant la technique des Cépheides que venait de découvrir Henrietta Leavitt : elle était beaucoup trop loin pour faire partie de notre Galaxie.
Andromède était donc une galaxie à part entière, la nôtre n'était pas unique dans l'univers !

Aujourd'hui, on estime sa distance à 2.55 millions d'AL, elle est complètement hors de notre portée, on ne peut que l'admirer.

Elle est beaucoup plus grande que la nôtre, avec un diamètre de 220 000 AL et composée de 1000 Milliards d'étoiles.
Son diamètre apparent fait 6 fois le celui de la Lune, mais à l'œil nu, on ne voit que son centre.

Il s'avère que la galaxie d'Andromède et la nôtre se rapprochent l'une de l'autre, à 120 km/s.
Elles vont se rencontrer et probablement fusionner, sans choc, dans 4 Milliards d'années.

Amas de galaxies : amas de la Vierge

Charles Messier, dans sa chasse aux comètes, découvrit plus d'une centaine de nébuleuses qu'il compila dans son fameux catalogue.
On ne sut classer ces objets mystérieux que bien plus tard.
Une partie concernait des amas d'étoiles avec souvent des nuages de gaz interstellaire, au sein de notre propre Galaxie donc.
L'autre partie consistait en 40 galaxies, dont beaucoup se situaient dans la constellation de la Vierge.

C'était en 1781, il venait de découvrir l'amas de galaxie le plus proche de nous, l'amas de la Vierge.
Notre Groupe Local, ainsi que d'autres groupes de quelques dizaines de galaxies, sont en périphérie de l'amas de la Vierge.

L'amas de la Vierge contient plus de 2000 galaxies, il a diamètre de l'ordre de 15 millions d'AL, il est à une distance comprise entre 50 et 70 millions d'AL.

L'amas suivant le plus proche est l'amas de la Chevelure de Bérénice (Coma) à 320 millions d'AL et comprenant plus de 1000 galaxies visibles.

Contrairement aux groupes de galaxies, les amas contiennent des galaxies elliptiques géantes.
L'amas de la Vierge en contient trois, qui sont M87, M86 et M49, celui de la Chevelure de Bérénice en contient deux.

Ces galaxies géantes attirent les galaxies plus petites dans leur espace gravitationnel et finissent par les absorber quand elles sont trop proches.
Elles grossissent ainsi par cannibalisme au fil du temps.

Super Amas de galaxies : Laniakea

Les Amas de galaxies sont, eux aussi, regroupés dans de grands ensembles, les superamas.

Historiquement, l'appartenance à un amas ou superamas était définie de manière visuelle, donc fragile.
Mais en 2014, l'équipe internationale du projet Cosmic Flow, met au point une nouvelle méthode.
Ils arrivent à distinguer la vitesse de fuite des galaxies, liée à l'expansion de l'univers, de leur vitesse propre de rapprochement des autres grands ensembles de galaxies.
Ils peuvent ainsi visualiser des flux de galaxies, savoir qui se rapproche de qui, qui s'éloigne de qui.

Leur nouvelle cartographie en 3D met en évidence que notre Groupe Local ainsi que l'amas de la Vierge, font partie d'un grand ensemble qu'ils nomment Laniakea.
Laniakea contient les superamas de la Vierge, d'Hydre-Centaure et de Paon-Indus, définis comme indépendants avant 2014.
Laniakea mesure plus de 500 millions d'AL et intègre 100 000 galaxies.

L'illustration représente les flux de galaxies.
Nous sommes situés au niveau du point bleu, l'amas de la Vierge est la ramification juste au-dessus de nous.
Nous allons tous vers la gauche, vers le Grand Attracteur.

Structure à grande échelle de l'Univers

En observant de plus en plus loin, nous avons successivement découvert notre groupe local, des amas puis des superamas de galaxies.

Finalement, nous voyons que ces regroupements se font sous le jeu de la gravitation et dessinent en quelque sorte la trame de l'Univers.
Cette trame est constituée de nœuds, de filaments, de vides, semblant se répartir autour de bulles cosmiques comme celle découverte en 2023 : Ho'Oleilana.

L'univers n'est cependant jamais totalement vide, il s'agit plutôt de zones en sur-densité et de zones en sous-densité, ce qui rend délicat la détection de telles bulles, la démonstration tient plus du calcul mathématique que de la visualisation.

Avec des programmes d'observations ou survey s'étalant sur plusieurs années, on a pu répertorier des galaxies très lointaines sur une fenêtre limitée de notre voute céleste.

Ainsi, SDSS, ou Sloan Digital Sky Survey, permet une cartographie en 3D d'une "tranche" d'univers jusqu'aux plus lointains quasars à près de 13 milliards d'années-lumière.
On retrouve toujours la même trame qui se répète à l'infini.

On peut voir ici cette trame, chaque point est une galaxie positionnée en cartographie 3D à son emplacement réel.

Mystère de la Matière Noire

Dans les années 1970, Vera Rubin s'attaque aux anomalies de rotation de galaxies, détectées depuis 1930, mais pas clairement confirmées.
Elle analyse les spectrogrammes de la galaxie M31 (Andromède), les raies H alpha permettant de mesurer les vitesses des gaz d'hydrogène entre le centre de la galaxie et son bord.

Suivant les mêmes lois de Kepler qui font que plus les planètes de notre système solaire sont loin du soleil, plus leur vitesse diminue, plus on s'éloigne du centre d'une galaxie, plus les vitesses mesurées des gaz, et donc des étoiles, doivent aussi diminuer (courbe bleue).

Et là, elle constate que ce n'est pas le cas, les vitesses semblent se stabiliser au lieu de décroître.
Elle confirme cela sur un échantillon de 21 galaxies, et d'autres astrophysiciens vont conforter ces mesures par la suite.

La conclusion est très importante, car cela veut dire que toute la masse visible des galaxies, leurs étoiles et les gaz, est insuffisante pour expliquer ces courbes aplaties.
Seules des masses complémentaires, réparties dans le disque quand on s'éloigne du centre, peuvent expliquer cela.

Le problème est que l'on ne détecte absolument aucun autre objet physique, à part les étoiles et les nuages de gaz, dans ces galaxies.
Et c'est toujours le cas aujourd'hui, malgré l'évolution des techniques de mesure qui s'appuient sur les rayonnements visibles ou invisibles.
On constate donc indirectement que cette matière existe, par son effet sur la gravitation, mais on ne peut pas la détecter directement.

Elle a été baptisée "Matière Noire" (dark matter) car elle n'émet pas, n'absorbe pas la lumière et plus largement les ondes électromagnétiques.
Elle est dite non baryonique, par opposition à toute la matière constituant les gaz, les étoiles, les planètes, les galaxies, les trous noirs de notre univers.
Elle est très abondante, on calcule qu'il y a 5 fois plus de matière noire que de matière ordinaire.

Depuis 1970, nous avons pu confirmer l'existence de cette matière noire à travers d'autres effets, comme la déviation plus importante qu'attendue de la lumière par des amas de galaxies (effet lentille gravitationnelle ou anneau d'Einstein).
De nombreuses théories ont été avancées pour expliquer sa nature, sans qu'aucune ne puisse passer l'épreuve des faits observés.
Il faudra peut-être revoir les fondements mêmes de la théorie de la relativité générale pour rendre compte du comportement de la matière noire, mais cette théorie fonctionne si bien, à travers tout ce que nous voyons de l'univers, que cela serait très surprenant.

Pour l'heure, de nombreux scientifiques à travers le monde cherchent à avancer dans la compréhension de la matière noire, par une approche multidomaine, comme la détection des ondes gravitationnelles, ou la création de particules non baryoniques dans des accélérateurs plus puissants.

L'Europe a pris une initiative importante : cartographier en 3D de manière fine 1/3 de l'univers, sur une profondeur de 10 milliards d'années-lumière.
Avec une attention toute particulière à la localisation de la matière noire par ses effets gravitationnels.
C'est le projet Euclid, un satellite d'observation lancé en juillet 2023, doté d'un télescope de 1.2 mètre de diamètre, qui va œuvrer à cela pendant 6 ans au moins.
Peut-être en saurons-nous plus sur la matière noire prochainement.

Modélisation 3D de l'Univers

Sur ce site, vous pouvez vous projeter dans l'univers des galaxies grâce à une modélisation 3D, élaborée à partir des données de Cosmic Flow 4 de novembre 2023.

Vous pouvez visiter cet univers en choisissant une des destinations proposées, vers des galaxies particulières, ou vous déplacer librement et même vous perdre dans cet espace infini pour nous, allant jusqu'à 2 milliards d'années-lumière de la Terre.

Les grands amas sont aussi visualisables, en prenant beaucoup de recul...

Des fiches descriptives vous donnent des informations sur les galaxies visitées.

→ Découvrir l'Univers des Galaxies en 3D


Bonne visite !