Kepler, un géant dans l’ombre

Le legs mémorable et le plus vivant de Kepler est son ensemble des trois lois du mouvement planétaire. L’astronome proposa les deux premières lois en 1608, et la troisième en 1619.
Tiffet Le legs mémorable et le plus vivant de Kepler est son ensemble des trois lois du mouvement planétaire. L’astronome proposa les deux premières lois en 1608, et la troisième en 1619.

Une fois par mois, Le Devoir lance à des passionnés d’histoire le défi de décrypter un thème d’actualité à partir d’une comparaison avec un événement ou un personnage historiques.

Durant la dernière décennie, l’observatoire spatial Kepler a été utilisé pour examiner plus d’un demi-million d’étoiles à la recherche d’exoplanètes semblables à la Terre. Le nom de cette plateforme d’exploration honore l’astronome allemand Johannes Kepler (1571-1630), dont on célébrera le 450e anniversaire de naissance le 27 décembre.

Éclipsé par Nicolas Copernic et Galileo Galilei, Kepler est parfois perçucomme un acteur secondaire dont le travail servit à Isaac Newton dans l’élaboration de la théorie de la gravitation universelle. Or, Kepler mérite d’être au panthéon des géants qui ont transformé notre vision de l’univers et établi les fondements de la science contemporaine.

Kepler naquit à Wurtemberg, enAllemagne, en 1571. À l’âge de trois ans, il fut atteint de la petite vérole ; il s’en tira avec des mains déformées, des yeux affaiblis et une santé qui restera toujours vacillante. Il entra à l’Université de Tübingen en 1587, où il étudia avec l’astronome et mathématicien — lui-même très connu — Michael Maestlin (1550-1631). Celui-ci, convaincu de la véracité fondamentale du système héliocentrique de Copernic, y initia Kepler, dont l’ambition était de devenir ministre luthérien.

En 1594, voulant se débarrasser d’un potentiel clerc libre penseur, les maîtres de l’Université de Tübingen recommandent Kepler pour pourvoir le poste de professeur de mathématiques à Graz, en Autriche. Ce dernier accepte en abandonnant à contrecœur ses études théologiques.

C’est là qu’en 1595, lors d’un cours de mathématiques où il circonscrit un triangle dans un cercle, il a une idée qu’il juge extraordinaire : « Il y a six planètes parce qu’il y a cinq solides parfaits : un solide parfait s’intercalant exactement entre deux planètes. » Il approfondit cette idée, fait ses calculs et publie le tout en 1596 dans Mécanique céleste (Mysterium Cosmographicum). Très pieux, il était en effet convaincu d’avoir percé « le secret du monde ». Kepler en envoie des exemplaires à Galilée et à Tycho Brahe, alors mathématicien impérial. Bien que ce dernier ne soit pas d’accord sur plusieurs points, il est très impressionné par les talents du jeune auteur et l’invite à venir chez lui à Prague.

Kepler fut témoin des dernières heures de Tycho. Ce dernier décéda soudainement en 1601 à 54 ans à la suite d’un blocage des fonctions urinaires lors d’un banquet offert par le conseiller impérial Minckwicz. Deux jours plus tard, l’empereur Rodolphe II de Hongrie nommait Kepler mathématicien impérial.

Illuminé

Kepler fut un contemporain de Galilée (1564-1642), avec qui il échangea livres et correspondance, mais leur relation demeura difficile, l’astronome italien manifestant peu d’ouverture envers son jeune collègue, qu’il percevait comme un « illuminé ». Si Kepler n’est pas reconnu dans l’imaginaire populaire au même titre que son contemporain Galilée, ses contributions sur le plan de la mécanique céleste et des principes optiques sont encore plus fondamentales que celles du flamboyant savant italien.

Peu avant sa mort, Brahe avait confié à Kepler la tâche de calculer l’orbite de Mars à partir des observations qu’il avait faites et qu’il avait jalousement gardées pour lui jusqu’alors. Kepler crut que quelques semaines lui seraient suffisantes. À part celle de la Lune, l’orbite de Mars est la plus elliptique des orbites connues alors ; il lui fallut plus de six ans de labeur pour aboutir à ses deux premières lois du mouvement planétaire, et presque 10 ans pour établir la troisième.

Le legs mémorable et le plus vivant de Kepler est son ensemble des trois lois du mouvement planétaire. Kepler proposa les deux premières lois en 1608, et la troisième en 1619. Les historiens nous rappellent que les textes de Kepler sont ardus. Peut-être cette opacité des écrits de Kepler est-elle une des raisons du refus obstiné par Galilée des formes elliptiques des orbites planétaires et du mouvement non uniforme proposés par Kepler.

Ce dernier débarrassa le système de Copernic des orbes excentriques ayant un centre différent pour chaque planète ; il élimina les épicycles que l’astronome polonais devait conserver pour rendre compte de la variation de la brillance et de la vitesse des planètes dans leur parcours de la voûte céleste !

L’astronautique d’aujourd’hui offre un feu d’artifice d’applications et d’usages des lois de Kepler. À commencer par les missions interplanétaires comme Voyager1 et Voyager 2 vers les planètes géantes, New Horizons qui frôla Pluton pour atteindre ensuite l’objet transneptunien Arrokoth, Rosetta qui rejoignit et accompagna la comète Churyomov-Gerasimenko, de même que l’ensemble des missions spatiales vers le Soleil, la Lune, Mercure et Vénus.

Tous ces engins empruntent des trajectoires décrites par les lois de Kepler. Il est approprié qu’on ait baptisé Kepler la plateforme d’exploration et de recherche d’exoplanètes lancée par la NASA en 2009. À ce jour, plus de 2500 exoplanètes de la mission Kepler ont été confirmées par des observations ultérieures au sol ou dans l’espace.

La mission s’est terminée le 30 octobre 2018, mais l’analyse des données se poursuit et révélera des centaines d’autres exoplanètes. Au sol, les grands télescopes infrarouges ont suivi les mouvements des étoiles au centre de la Voie lactée. Ces observations ont permis de dériver leurs paramètres orbitaux ; les étoiles suivent des trajectoires elliptiques, obéissant aux lois de Kepler. On a ainsi pu inférer la masse d’un objet central super massif, un trou noir de 4,1 millions de fois la masse du Soleil.

Tolérance

Les travaux de Kepler prennent encore plus de valeur quand on sait dans quelles conditions misérables ils ont été accomplis. L’astronome allemand vécut et travailla au cœur de l’Europe centrale déchirée par la Réforme et la Contre-Réforme quand s’affrontaient violemment catholiques, luthériens, calvinistes et utraquistes.

Harcelé par ses créanciers, et dans l’attente constante de ses honoraires promis par différents tuteurs peufiables, Kepler fut continuellement à court d’argent. Contemporain et victime des grandes hérésies, il devait souvent fuir devant les dérives des fanatismes religieux.

Kepler synthétisa sa pensée à propos du système héliocentrique dans Epitome Astronomiae Copernicana publié en trois volumes (1617, 1620 et 1621), qu’il rédigea en parallèle avec L’harmonie du monde (1619), provoquant ainsi le Saint-Office qui mit l’ensemble de son œuvre à l’Index.

Luthérien convaincu, Kepler prêchait la tolérance : pour cela, on l’accusait d’être doublement hérétique, d’abord en déviant de la croyance officielle, puis en exigeant qu’on accepte les communautés des autres croyances. Sa vie familiale lui apporta peu de bonheur, entachée par la maladie de ses enfants ainsi que le deuil de sa première épouse et de quatre de ses enfants.

De plus, Kepler eut à affronter l’oppression de la chasse aux sorcières. En août 1620, sa mère Katrina Kepler (1546-1622) est arrêtée et accusée de sorcellerie. Parmi les 49 chefs d’accusation aussi farfelus les uns que les autres, on prétendait qu’elle aurait causé à des voisines des « douleurs indescriptibles » par ses potions médicinales et « provoqué la mort d’un veau de deux ans après l’avoir touché ». Menacée de torture, elle refusa de confesser quoi que ce soit. Kepler engage des avocats et organise la défense. Dans un document de 128 pages qu’il a en grande partie rédigé, l’astronome démolit les arguments de la poursuite. Après six ans de péripéties légales et d’acharnement aussi cruel qu’absurde, le tribunal libère Katrina, non sans avoir montré à l’accusée les instruments de torture et une description détaillée de leur utilisation, procédure appelée territio verbalis (menaces de torture).

À l’automne 1630, Kepler quittait la ville de Sagan dans l’actuelle Pologne pour rejoindre Regensburg (Ratisbonne), où il mourut le 15 novembre 1630 après une brève maladie, à l’âge de 58 ans. En raison de la guerre de Trente Ans, on a perdu toute trace de son monument et de ses restes. Ses manuscrits, récupérés sous les conseils du mathématicien Leonhard Euler par Catherine la Grande, impératrice de Russie de 1762 à 1796, se trouvent à l’Observatoire de Pulkovo à Saint-Pétersbourg, en Russie.

L’héritage de Kepler s’inscrit dans l’évolution chaotique de notre entendement du cosmos. Les étonnantes avancées que Kepler a effectuées dans notre compréhension de la mécanique des astres en font un géant de l’histoire de l’astronomie. En dépit d’obstacles de tout ordre, maladies, deuils, guerres et persécutions, Johannes Kepler est un phare illuminant l’obscurité des sectarismes.


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