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JOHANNES KEPLER

capture21-5.jpg Johannes Kepler (ou Keppler), né le 27 décembre 1571 à Weil der Stadt dans le Bade-Wurtemberg et mort le 15 novembre 1630 à Ratisbonne en Bavière, est un astronome allemand célèbre pour avoir étudié l’hypothèse héliocentrique (la Terre tourne autour du Soleil) de Nicolas Copernic, et surtout pour avoir découvert que les planètes ne tournent pas en cercle parfait autour du Soleil mais en suivant des ellipses.

Kepler naît au sein d’une famille de religion protestante luthérienne, installée dans la ville de Weil dans le Wurtemberg, mais ville libre sous l´autorité immédiate de l´Empire. Né prématurément à sept mois et hypocondriaque de nature chétive, il souffre toute sa vie d’une santé fragile. À l’âge de trois ans, il contracte la petite vérole, ce qui, entre autres séquelles, affaiblit sévèrement sa vue.

La famille Kepler est peu ordinaire et son ambiance n’est pas des plus saines. Le père, Heinrich Kepler, est mercenaire dans l’armée du duc de Wurtemberg, et toujours en campagne, étant ainsi rarement présent à son domicile. La mère, Catherine — que Kepler qualifie lui-même de « petite, maigre, sinistre et querelleuse » — avait été élevée par une tante qui finit sur le bûcher pour sorcellerie. Kepler a trois cadets : sa sœur, Margarette, dont il reste proche, Christopher, qui lui fut toujours antipathique, et Heinrich.

De 1574 à 1576, il vit avec son petit frère Heinrich — épileptique — chez ses grands-parents, alors que son père est en campagne et que sa mère est partie à sa recherche.

Au retour de ses parents, Kepler déménage à Leonberg, ville du duché de Wurtemberg, et va suivre les cours de l’école latine de 1577 à 1579 et de 1581 à 1583. Ses parents lui font découvrir l’astronomie. Ainsi, en 1577, sa mère l’emmène en haut d’une colline pour observer le passage d’une comète. De son côté, son père lui montre l’éclipse de Lune du 31 janvier 1580, et comment cette dernière devint toute rouge. Kepler étudia plus tard ce phénomène et l’expliqua dans l’un de ses ouvrages sur l’optique.

À nouveau parti en guerre en 1589, son père disparaît à jamais.

Kepler ne termine son premier cycle de trois années qu’en 1583, retardé notamment à cause de son emploi comme journalier agricole, entre neuf et onze ans. En 1584, il entre au Séminaire protestant d’Adelberg, puis, deux années après, au Séminaire supérieur de Maulbronn.

Il y obtient son diplôme de fin d’études et entre en 1589 à l’université de Tübingen, au séminaire évangélique Tübinger Stift. Là, il étudie d’abord l’éthique, la dialectique, la rhétorique, le grec, l’hébreu, l’astronomie et la physique, puis la théologie et les sciences humaines. Il y poursuit ses études après obtention d’une maîtrise en 1591. Son professeur de mathématiques, l’astronome Michael Maestlin, lui enseigne le système héliocentrique de Copernic, qu’il réservait aux meilleurs étudiants, les autres devant alors se contenter du système géocentrique de Ptolémée, qui place la Terre au centre du monde. Kepler devient ainsi un copernicien convaincu et reste très proche de son professeur ; il n’hésite pas à lui demander aide ou conseil pour ses travaux.

Alors que Kepler projette de devenir ministre luthérien, l’école protestante de Graz demande un professeur de mathématiques. Il abandonne alors ses études en théologie pour prendre le poste et quitte Tübingen en 1594. À Graz, il publie des almanachs avec des prédictions astrologiques. À l’époque, la distinction entre science et croyance n’est pas encore clairement établie et le mouvement des astres, encore assez méconnu, est gouverné par les lois divines.

Kepler se maria deux fois. Une première fois par intérêt, le 27 avril 1597, avec Barbara Müller, qui décède en 1612, tout comme deux de leurs cinq enfants — âgés d’un et de deux mois à peine. Ce mariage, organisé par ses proches, l’unit à une femme au caractère exécrable qu’il qualifie de « grasse et simple d’esprit ». Un autre de ses fils meurt à l’âge de sept ans. Seuls sa fille Susanne et son fils Ludwig survivent. Puis, à Linz l’année suivante, il épouse Susanne Reuttinger avec qui il a sept enfants parmi lesquels trois meurent très tôt. Un mariage, cette fois-ci, heureux.

En 1615, sa mère, alors âgée de 68 ans, est accusée de sorcellerie par les autorités de sa ville natale Leonberg. Kepler, persuadé de son innocence, passe six années à assurer sa défense auprès des tribunaux et à écrire de nombreux plaidoyers. Il doit, à deux reprises, retourner dans le Wurtemberg. Elle passe 14 mois enfermée à Güglingen. Finalement, le duc de Wurtemberg la déclare libre de toute charge de sorcellerie le 4 octobre 1621. Affaiblie par ces dures années de procès et d’emprisonnement, elle meurt six mois plus tard.

Kepler meurt en 1630 à Ratisbonne, à l’âge de 59 ans.

Œuvres scientifiques

Kepler a découvert les 3 relations mathématiques (dites lois de Kepler) qui régissent les mouvements des planètes sur leur orbite. Les deux premières sont publiées en 1609 dans un livre intitulé Astronomia Nova. La troisième seulement en 1618. Ces relations sont fondamentales car elles furent plus tard "exploitées" par Isaac Newton pour "élaborer" la théorie de la gravitation universelle. Dans son Astronomia Nova il entrevoyait déjà la lois de la gravitation universelle. Il explique à propos de la pesanteur et de l'attraction terrestre que "deux corps voisins et hors de la sphère d'attraction d'un troisième corps s'attireraient en raison directe de leur masse." Pour mieux se faire comprendre, il ecrit le premier livre de science-fiction, Somnium. Il veut montrer les problèmes posés par l'attraction et la pesanteur en imaginant un voyage de la Terre à la Lune par deux personnages: la violence du départ, la diminution progressive de la pesanteur qui a la fin s'annule (l'état d'apesanteur de nos jours !) puis l'attraction croissante de la Lune qui reste néanmoins plus faible que sur La Terre.

Il fonde une science nouvelle, nommée par lui la "dioptrique" et qui deviendra l’optique en synthétisant en 1604, puis en 1611, les principes fondamentaux de l’optique moderne comme la nature de la lumière, la chambre obscure, les miroirs (plans et courbes), les lentilles ou la réfraction.

Le Mysterium Cosmographicum.

En 1596, il publie son premier ouvrage, Mysterium Cosmographicum, fruit de ses premières recherches sur la structure de l’Univers. Il voit dans les lois qui régissent les mouvements des planètes un message divin adressé à l’Homme. Dans ce livre, où il affirme sa position copernicienne, il se donne pour objectif de répondre à trois questions portant sur le nombre de planètes, leur distance au Soleil et enfin leur vitesse.

Dans son livre, il développe une théorie des polyèdres réguliers permettant de construire un modèle de l’Univers. Kepler remarqua que l'on pouvait intercaler entre les orbes des six planètes connues à l’époque (de Mercure à Saturne) les cinq solides de Platon. Ces derniers étant des polyèdres réguliers, ils étaient parmi les solides ceux qui approchaient le plus la perfection divine de la sphère. Leur utilisation dans l'architecture de l'Univers s'accordait bien avec la grandeur de la création divine. Le nombre de ces solides impliquait le nombre de planètes : cinq intervalles, donc six planètes.

Kepler à transformer de façon décisive le système copernicien en un système réellement héliocentrique : en effet, Copernic prenait comme référence des mouvements planétaires le centre du grand orbe (l'orbe terrestre), et non le Soleil, un peu à l'écart du fait de l'excentricité de l'orbite terrestre Kepler déplace la référence des mouvements planétaires dans le Soleil7.

Le calcul de l’orbite de Mars

Poursuivi pour ses convictions religieuses et ses idées coperniciennes, Johannes Kepler doit quitter Graz en 1600. Il se réfugie à Prague, invité par l’astronome danois Tycho Brahe pour y devenir son assistant. Les relations entre les deux personnages furent particulièrement houleuses ; Tycho Brahe ne croyant pas à l’héliocentrisme de Copernic mais soutenant une autre théorie dans laquelle la Terre est au centre mais les autres planètes tournent autour du Soleil.

Kepler voyait en Tycho Brahe un homme plein de richesses (ses mesures étaient les plus précises jamais réalisées) mais qui ne savait les exploiter correctement. Atteint de myopie et de diplopie à la naissance, Kepler s'appuie sur les observations de Brahe pour élaborer ses théories.

Brahe lui demanda de calculer l’orbite précise de Mars, dont les positions suivant ses observations résistaient à toute tentative de modélisation, et s'écartaient notablement (de plusieurs degrés) de celles prévues par les tables. Cette tâche était auparavant assignée à son assistant Longomontanus qui passe alors à l’étude des mouvements de la Lune.

Il pensait accomplir sa tâche en quelques semaines, mais il lui fallut près de six ans pour achever son travail. C’est durant ce travail que Johannes Kepler découvrit les deux premières des trois lois fondamentales :

Les planètes décrivent des trajectoires elliptiques dont le Soleil est un foyer.

Le mouvement de chaque planète est tel que le segment de droite reliant le Soleil et la planète balaie des aires égales pendant des durées égales.

Ces lois furent publiées dans Astronomia Nova en 1609, où Johannes Kepler fut également le premier à émettre l’hypothèse d’une rotation du Soleil sur son axe.

En 1618 viendra sa troisième grande loi :

Pour toutes les planètes, le rapport entre le cube du demi grand axe de la trajectoire et le carré de la période est le même — cette constante est indépendante de la masse de la planète.

Ce travail fut d’autant plus long que Kepler dut mener en parallèle une étude sur l’optique afin de mieux comprendre et interpréter ses observations, et qu’il était encore trop « conditionné » par les anciennes croyances en astronomie : il doute à plusieurs reprises de la nature circulaire de la trajectoire et pense alors à une ellipse, tout en continuant d’essayer de prouver le contraire, en ressortant de vieilles idées faisant appel à l’utilisation d’épicycles..

À la mort de Tycho Brahe en 1601, Johannes Kepler fut désigné comme mathématicien impérial à la cour de Rodolphe II. Il garda ce statut jusqu’en 1612.

En 1610, il prend connaissance de la découverte de quatre satellites autour de Jupiter grâce aux observations de Galilée avec sa lunette astronomique et écrit une lettre de soutien publiée sous le titre de Dissertatio cum Nuncio Sidero (Conversation avec le messager des étoiles), puis après avoir lui-même observé ces satellites, il publie ses observations dans Narratio de Observatis Quatuor Jovis Satellibus. C’est d’ailleurs Kepler qui, le premier, dans son ouvrage de 1611, utilisa le mot « satellite » pour désigner les quatre petits astres tournant autour de Jupiter.

L’invention récente de la lunette enthousiasme beaucoup Kepler qui, en 1611, écrit un second ouvrage d’optique, Dioptricae, reprenant de nombreux thèmes abordés dans l’Optica en les approfondissant. Dans ce livre très mathématique, il rassemble 141 théorèmes visant à faire la théorie des lentilles et de leurs associations possibles, dont la théorie de la lunette de Galilée que ce dernier n'avait pas faite.

L’Harmonie du monde.

Kepler crut découvrir grâce à des travaux antérieurs que l’Univers était soumis à des lois « harmoniques », faisant un lien entre l’astronomie et la musique. Dans le Harmonice Mundi, publié en 1619, il attribue aux planètes un thème musical. Les variations des vitesses de ces planètes sont représentées par les différentes notes composant la musique. Ainsi, il était facile de distinguer les orbites les plus excentriques. Mais c’est aussi dans cet ouvrage en cinq volumes que Kepler énonce sa troisième loi fondamentale : « le carré de la période est proportionnel au cube du demi-grand axe [de l'ellipse] ». Celle-ci découle de ses recherches sur un modèle d’Univers harmonique.

Ses autres travaux

Il y démontra que le calendrier chrétien comportait une erreur de cinq ans et fut ainsi le premier à revoir la date de naissance de Jésus, en l’an -4

Il construisit une table de logarithmes, en améliorant la méthode de calcul proposée par John Napier

Kepler et l’astrologie

Kepler était persuadé que l’astrologie pouvait devenir une science au même titre que la physique ou les mathématiques. Il était convaincu que les positions des planètes affectaient les humains et influençaient la météorologie terrestre. Pour lui, astronomie et astrologie étaient liées. C’est ainsi qu’il essaya de poser des bases scientifiques rigoureuses à l’astrologie en faisant intervenir les principes physiques de son époque, essentiellement autour de considérations sur la nature de la lumière. Par exemple différences entre lumière propre (du soleil) et lumière réfléchie (de la lune, mais aussi des planètes), etc.

Hommages

L’astéroïde (1134) Kepler a été nommé en son honneur. Il existe un cratère Kepler sur la Lune et un sur Mars. Kepler Dorsum est une dorsale de Phobos satellite de Mars.

La supernova SN 1604, a été aussi appelée Supernova de Kepler, ou Étoile de Kepler, car restée visible un an après son explosion de 1604, Kepler en rédigea la description la plus précise.

La NASA a donné son nom au télescope spatial Kepler qui a pour mission pendant quatre ans de détecter des exoplanètes telluriques et autres petits corps orbitant près des étoiles de notre galaxie, la Voie lactée. Le télescope a été lancé le 7 mars 2009.

Paul Hindemith a créé un opéra basé sur la vie de Kepler : Die Harmonie der Welt.

Philip Glass a également composé un opéra sur lui : Kepler.

Le véhicule de ravitaillement spatial automatique européen ATV 2 est nommé Johannes Kepler. Il fut lancé le 16 février 2011.

Robert Slimbach a créé une police de caractères portant le nom de Kepler, pour le compte d'Adobe.

Le polémiste Lyndon La Rouche lui attribue la paternité de la théorie de la gravitation au détriment de Newton.

Le prochain modèle de carte Graphique de la marque Nvidia a pour nom de code Ke

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