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Johannes Kepler
Johannes Kepler (1571-1630), astronome allemand, a découvert que les planètes décrivent des ellipses autour du Soleil. Ses trois lois du mouvement planétaire ont préparé la gravitation de Newton.
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Kepler est le premier à avoir demandé non seulement comment bougent les planètes, mais pourquoi, en cherchant une cause physique dans le Soleil. À partir des observations très précises de Tycho Brahe, il abandonne deux mille ans de cercles parfaits et formule trois lois encore enseignées. Il est aussi un fondateur de l’optique moderne.
Repères chronologiques
| Date | Événement |
|---|---|
| 27 décembre 1571 | naissance à Weil der Stadt ; enfance pauvre, santé fragile (variole) |
| 1589-1594 | études à l’université de Tübingen ; découvre Copernic auprès de Michael Maestlin |
| 1594 | professeur de mathématiques à Graz (Autriche) |
| 1596 | Mysterium cosmographicum |
| 1600 | chassé de Graz car protestant ; rejoint Tycho Brahe à Prague |
| 1601 | à la mort de Tycho, devient mathématicien impérial |
| 1604 | Astronomiae pars optica ; observe une supernova (« étoile de Kepler ») |
| 1609 | Astronomia nova : première et deuxième lois |
| 1611 | Dioptrice : théorie de la lunette |
| 1612 | s’installe à Linz |
| 1615-1621 | sa mère, Katharina, est accusée de sorcellerie ; il assure sa défense et obtient sa libération |
| 1619 | Harmonices mundi : troisième loi |
| 1617-1621 | Epitome astronomiae copernicanae |
| 1627 | Tables rudolphines |
| 15 novembre 1630 | mort à Ratisbonne |
Les trois lois de Kepler
Kepler travaille près de six ans sur l’orbite de Mars, dont les écarts de 8 minutes d’arc entre les observations de Tycho Brahe et tout modèle circulaire le conduisent à rejeter le cercle.
| Loi | Énoncé | Publication |
|---|---|---|
| 1re loi (des orbites) | chaque planète décrit une ellipse dont le Soleil occupe l’un des foyers | 1609 |
| 2e loi (des aires) | le segment Soleil-planète balaie des aires égales en des temps égaux : la planète va plus vite près du Soleil | 1609 |
| 3e loi (des périodes) | le carré de la période de révolution est proportionnel au cube du demi-grand axe de l’orbite | 1619 |
La troisième loi relie toutes les planètes entre elles. Exemple : Jupiter est environ 5,2 fois plus loin du Soleil que la Terre ; 5,2³ ≈ 140, dont la racine carrée vaut près de 11,9 : Jupiter fait le tour du Soleil en un peu moins de 12 ans.
Kepler a découvert la deuxième loi avant la première. Il attribuait le mouvement à une force émanant du Soleil, idée fausse dans le détail mais qui annonce la gravitation. En 1687, Newton démontre que les trois lois découlent de sa loi de l’attraction universelle.
Optique
- Il explique que l’image se forme sur la rétine, renversée, et que le cristallin agit comme une lentille (1604).
- Il explique le rôle des verres correcteurs pour la myopie et la presbytie.
- Il énonce la loi de l’inverse du carré pour l’intensité lumineuse.
- Dans la Dioptrice (1611), il décrit la lunette astronomique à deux lentilles convergentes, dite lunette de Kepler, qui donne une image renversée mais un champ plus large que celle de Galilée. Voir les lentilles optiques.
Autres apports
- Le Mysterium cosmographicum (1596) emboîte les cinq polyèdres réguliers entre les orbites des six planètes connues : idée fausse, mais premier ouvrage à défendre publiquement Copernic avec des arguments physiques.
- Il observe la supernova de 1604, la dernière visible à l’œil nu dans notre galaxie.
- Il prédit les passages de Mercure et de Vénus devant le Soleil de 1631.
- Les Tables rudolphines (1627), dédiées à Rodolphe II, sont les tables planétaires les plus précises de leur temps ; elles servent pendant un siècle.
- Il écrit le Somnium, récit d’un voyage sur la Lune publié après sa mort (1634), parfois considéré comme l’un des premiers textes de science-fiction.
Héritage
Kepler a fait de l’astronomie une physique céleste, fondée sur des causes et des mesures. Sa correspondance avec Galilée, qui ne reprit jamais les ellipses, montre deux voies du copernicianisme. Le télescope spatial Kepler de la NASA (2009-2018) a découvert plusieurs milliers d'exoplanètes, dont les orbites obéissent à ses lois.
Questions fréquentes
Quelles sont les trois lois de Kepler ?
Les planètes décrivent des ellipses dont le Soleil occupe un foyer ; elles balaient des aires égales en des temps égaux ; le carré de leur période est proportionnel au cube du demi-grand axe de leur orbite.
Quelle est la différence entre Kepler et Copernic ?
Copernic place le Soleil au centre mais garde des orbites circulaires et des épicycles. Kepler remplace les cercles par des ellipses et donne des lois exactes du mouvement.
Comment Kepler a-t-il découvert ses lois ?
En analysant pendant des années les observations de Mars faites par Tycho Brahe, d’une précision inégalée à l’œil nu, qu’aucune orbite circulaire ne permettait de reproduire.