Les passages de Vénus devant le Soleil de 1639 à 2012

1. Les passages de Vénus devant le Soleil de 1639 à 2012 Jean-EudesArlot Directeur de recherche du CNRS Observatoire de Paris/IMCCE

2. Qu’est-ce qu’un « passage de Vénus » ? • Pourquoi ces « passages » ont-ils eu une aussi grande importance pour notre connaissance de l’univers?

3. Qu’est-donc la planète Vénus ? Deuxième planète du système solaire: elle passe entre le Soleil et nous.

4. Vénus: des phases, comme la Lune puisqu’elle passe entre le Soleil et nous, ce qui n’est visible qu’avec un télescope

5. Vénus: la sœur de la Terre

6. Vénus: un lieu inhospitalier

7. Bien éloigné de la vision idyllique de Vénus

8. Revenons 2500 ans en arrière et voyons comment on a tenté de comprendre ce qu’est l’univers, quel est sa taille, à quelle distance se trouvent les astres célestes.

9. Comment mesurer les distances dans l’univers ?

10. La mesure des distances grâce à la triangulation Parallaxe ou triangulation, ou comment mesurer une distance à un lieu inaccessible…

11. La parallaxe La méthode de la parallaxe ne permet de mesurer que des distances d’objets proches parce que la base du triangle ne peut excéder la taille de la Terre. Le Soleil est trop loin: seuls Mars et Vénus sont accessibles. La Terre et la Lune à l’échelle: la mesure est déjà délicate… Comment faire?

12. Les éclipses de Lunes

13. Mesure du système solaire: la distance Terre-Lune ARISTARQUE DE SAMOS (~275 av. J.-C.) • L'ombre est supposée cylindrique. • La Lune se déplace d'une distance égale à son diamètre en une heure. • Les éclipses totales de Lune les plus longues durent environ 2 heures. Donc le diamètre de la Lune est environ le tiers du diamètre terrestre L = 0,3 T.Comme la Lune est vue sous un diamètre d'environ 32', sa distance est 107 fois son diamètre. d = 0,3 T x 107 = 32,1 T = 64,2 rayons terrestres.

14. La nécessité d’un modèle théorique

15. Le modèle d’univers d’Aristote

16. Le modèle de Philoaos

17. Le modèle de Ptolémée

18. Le modèle de Copernic Copernic (1473-1543),

19. La première loi de Képler

20. Kepler va nous fournir un moyen de mesurer les distances Kepler (1571-1630) • Troisième loi: • le cube du demi grand axe d’une planète divisé par le carré de sa période de révolution (a3/t2 ) est une constante pour toutes les planètes Ainsi, si on connaît une distance entre deux planètes , on connaît toutes les autres, et de là, la distance des étoiles et des galaxies

21. Une définition: la parallaxe horizontale

22. Il suffit de mesurer la distance de la planète la plus proche d Mars Paris R f Cayenne D Mars?

23. Parallaxe de Vénus : méthode de Halley c b a a • b • • c • Les positions relatives des cordes donnent la parallaxe de Vénus • On remplace une mesure d'angle par une mesure de temps ou Vénus?

24. Quand peut-on observer les passages de Vénus ? • Si Vénus et le Soleil sont parfaitement alignés, Vénus apparaît sur le disque solaire comme dans le cas d’une éclipse partielle de Soleil par la Lune (durée ~ 8 heures) • Ces passages sont très rares : • derniers en 1874-1882 • prochains en 2004 - 2012, puis en 2117 • Seul celui de 2004 est complètement visible depuis la France • Mercure passe plus souvent devant le Soleil (cf. mai 2003) mais est plus difficile à observer avec une parallaxe plus faible

25. Les premières observations: au XVIIème siècle P. Gassendi 1592 - 1655 La première observation d'un passage sera celle de Mercure par Pierre Gassendi à Paris en 1631: les lois de Képler sont vérifiées… Il écrit à son ami Wilhelm Schickard, professeur à Tübingen : "Le rusé Mercure voulait passer sans être aperçu, il était entré plutôt qu'on ne s'y attendait, mais il n'a pu s'échapper sans être découvert, je l'ai trouvé et je l'ai vu; ce qui n'était arrivé à personne avant moi, le 7 novembre 1631, le matin".

26. La première observation d’un passage de Vénus:J. Horrocks (1619-1641) • Né à Liverpool dans un milieu très modeste • Éducation élémentaire et largement autodidacte • En 1635 (il a 16 ans!) il applique les lois de Kepler au mouvement de la Lune • Il fait le calcul de prédiction des passages de Vénus et prévoit celui de 1639 • Il observe le passage de 1639 • Il meurt le 3 janvier 1641 à 22 ans.

27. Les observations d’Horrocks (Venus in Sole Visa) t distance (") 3h15 864 3h35 810 3h45 780 3h50 Coucher Diamètre de Vénus: 1' 16" • Il effectue trois mesures à la hâte avant le coucher du Soleil Les lois de Kepler sont bien vérifiées!

28. Les passages de Vénus au XVIIIème siècle L’enjeu est différent de celui du siècle précédent: Il s’agit maintenant de mesurer l’univers avec une vraie démarche scientifique • Les longitudes sont mal connues. • Les horloges ne conservent pas le temps. • Les voyages sont lents (navigation à voile) • Il faut aller loin et les voyages sont très onéreux. • Personne n’a l’expérience de l’observation d’un passage de Vénus. Mais:

29. Visibilité du passage du 6 juin 1761 Projection de Hammer

30. Le voyage de Chappe d’Auteroche

31. Le voyage de Le Gentil

32. Le passage de 1761: la guerre de 7 ans (1756-1763)

33. Résultats du passage de 1761 • 120 observateurs sur62 sites (d’après S. Newcomb, 1959). • à noter que la plupart des sites avaient été sélectionnés par Halley (Bencoolen, Pondichéry, Batavia) en 1716. 8.5" < P < 10.5" La mesure était trop imprécise: pourquoi? - La longitude des sites d’observation était mal connue - l’effet de « goutte noire » avait entraîné une imprécision de la détermination des contacts. Résultats décevants : aucune amélioration par rapport à la mesure de la parallaxe de Mars.

34. Visibilité du passage de 1769

35. Le passage de 1769: Cook à Tahiti « Cap Vénus »

36. Résultat du Passage de Vénus des 3-4 juin 1769 • Finalement le passage de 1769 se solda par 151 observations professionnelles, réparties sur 77 sites. • Quatre observations complètes du passage : Finlande, Baie d'Hudson, Californie, Tahiti. • Écart maximal de ~ 23 mn (5h30mn à Tahiti, 5h53 à Vardoo) Auteur(s) Valeurs William Smith 8,6045" (1770) Thomas Hornsby 8,78" (1770) Pingré et Lalande 9,2" et 8,88" (1770) Pingré 8,80 (1772) Lalande 8,55"< P < 8,63" (1771) Planmann 8,43 (1772) Hell 8,70" (1773/1774) Lexell 8.68" (1771) et 8,63" (1772) On peut conclure que la parallaxe est comprise entre 8,43" et 8,80", ce qui représente une nette amélioration par rapport aux valeurs obtenues après le premier passage qui donnaient une parallaxe comprise entre 8,28 et 10,60".

37. Les passages du XIXème siècle De nouveaux enjeux après la guerre de 1870: faire triompher la science et la technique • On sait bien déterminer la longitude d’un lieu (télégraphe). • On possède de bonnes horloges transportables. • Les moyens de communication sont plus rapides (vapeur, canal de Suez). • Les expéditions sont toujours très onéreuses. • Une nouvelle méthode d’observation : la photo (Daguerréotype) • On a l’expérience écrite de l’observation d’un passage de Vénus devant le Soleil.

38. Le passage du 9 décembre 1874

39. L’observation à St-Paul du commandant Mouchez

40. Les clichés de St-Paul • Au total les observateurs de l’île St-Paul ramenèrent 124 plaques daguerriennes représentant 443 poses, et 47 plaques au collodion représentant 142 poses (on effectuait plusieurs poses par plaques).

41. Passages du XIXème siècle Janssen et le revolver photographique L’invention du sidérostat par Léon Foucault est désormais utilisée par les astronomes pour capter les rayons solaires

42. Le revolver photographique de Janssen, précurseur de la caméra cinématographique

43. Observation de 1882 au Japon par Janssen

44. Le passage du 6 décembre 1882 On sait que désormais le passage de Vénus ne sera plus suffisant

45. Les images des passages de Vénus Daguerréotype Cliché photographique Seuls nous sont parvenus les clichés réalisés en 1874 et 1882

46. Les mesures de la distance Terre - Soleil Méthode date parallaxe distance " millions km Mars 1672 9.5 - 10 130 -140 Vénus 1761 8.3 - 10.6 125 - 160 Vénus 1769 8.5 - 8.9 145 - 155 Mars 1862 8.84 149 Flora 1875 8.87 148 Mars 1885 8.78 150 Vénus 1874 - 82 8.790-8.880 148.1 - 149.7 Éros 1900 8.806 149.4 Eros 1930 8.790 149.7 radar 1970 8.79415 149.5978 Viking+radar 2000 149.597870691

47. L’unité astronomique

48. Et les étoiles?

49. Des distances beaucoup plus importantes… • Nous avons maintenant bien déterminé la distance Terre-Soleil, et par conséquent toutes les distances dans le système solaire • Et les étoiles, les galaxies? Comment mesurer leurs distances bien plus grandes que celles mesurées dans le système solaire? • A titre d’exemple:

50. La distance des étoiles: la parallaxe annuelle