Le contexte historique

Claude Ptolémée vécut au IIème siècle de notre ère à Alexandrie. Le contenu de ses différents traités intitulés Almageste, Tetrabiblos, Géographie, Harmonica, Optique, ... atteste de son intérêt pour l'astronomie, la trigonométrie, la géographie, la musique, l'optique, ... En un mot, pour l'ensemble des domaines scientifiques de l'époque. Des domaines qu'il fit progresser, sur la base des travaux réalisés avant lui - par Hipparque et Ménélaüs, notamment.

Hipparque s'intéressa plus particulièrement à 42 constellations, indiqua la succession des levers et des couchers des premières et dernières étoiles les constituant, en déduisit la succession de leurs culminations, fournit les coordonnées de quelques 700 d'entre elles et, aux dires de Pline l'Ancien, en indiqua la brillance relative ou magnitude visuelle, selon une échelle allant de 1 à 6. Au sein de l'Almageste, ce célèbre traité fournissant la description géométrique des mouvements apparents du Soleil, de la Lune et des planètes, sur la base de la croyance en une Terre fixe, occupant le centre de l'univers, figurent les coordonnées écliptiques et la magnitude apparente de quelques 1025 étoiles réparties en 48 constellations.

De la lente variation des coordonnées de Spica (alpha Virginis), Hipparque aurait précisément déduit l'existence de ce phénomène ... à moins qu'il ne l'ait déduite de la différence de durée entre l'année tropique et l'année sidérale ?

Ce dernier catalogue est-il réellement l'oeuvre de Ptolémée ? L'astronome alexandrin ne s'est-il pas inspiré des travaux de ses prédécesseurs - de ceux d'Hipparque et Ménélaüs notamment, pour le constituer ? Telle est la question qui agite les astronomes depuis plus d'un millénaire - depuis qu'un astronome arabe du nom d'Al-Soufi, qui vécut au Xème siècle de notre ère, émit des doutes sur sa paternité. Aux dires de ce dernier, Ptolémée se serait effectivement contenté d'apporter une correction de 25 minutes d'arc aux longitudes écliptiques mesurées par Ménélaüs en l'an 95 de notre ère. Et ce, en vue de tenir compte des effets de la précession de l'axe du monde.

Quelques siècles plus tard, l'astronome danois Tycho Brahé (1546-1601) entreprit de mesurer les coordonnées écliptiques des étoiles concernées, puis de les corriger des effets de la précession. Le résultat fut sans appel : les valeurs de longitude écliptique indiquées par Ptolémée étaient inférieures d'un degré à la réalité de l'époque. Sachant que Ptolémée utilisait une valeur erronée de la constante de précession - 36 au lieu de 50 secondes d'arc par an -, deux hypothèses se dessinèrent alors : la première, selon laquelle Ptolémée aurait bel et bien observé les étoiles en question mais utilisé le modèle du mouvement du Soleil d'Hipparque pour déterminer leurs longitudes écliptiques à l'époque considérée ; la seconde, selon laquelle Ptolémée se serait contenté d'ajouter 2°40' aux valeurs de longitudes écliptiques mesurées par Hipparque en l'an 128 avant notre ère, soit 267 ans auparavant. Ces 2°40' résultent de l'utilisation d'une constante de précession égale à 36"/an. L'utilisation de la valeur réelle de la constante de précession (50"/an) aurait quant à elle conduit à l'augmentation des longitudes écliptiques de 3°40'. Ce qui explique la différence d'un degré obtenue par Tycho Brahé.

Un début de réponse ...

Cette querelle battit son plein jusqu'à la fin du XXème siècle de notre ère... jusqu'à ce que deux astronomes russes de l'Institut Steinberg de Moscou et un astronome américain du nom de Bradley Schaefer eurent l'idée de soumettre le catalogue de l'Almageste à d'autres tests scientifiques.

Afin de connaître la véritable identité de l'auteur des coordonnées écliptiques des quelque 1025 étoiles listées au sein du catalogue, les astronomes russes se proposèrent d'étudier leurs mouvements propres. Les erreurs commises sur les positions des étoiles listées au sein du catalogue se révélèrent trop importantes toutefois - supérieures aux variations de position générées par le mouvement propre à chaque étoile -, pour que cette méthode donne des résultats concluants. Aussi se proposèrent-ils de comparer les étoiles entre elles - d'observer une étoile se déplaçant vite relativement à ses voisines. Ils en déduisirent la datation du catalogue : (-89 +/- 200) ans. Une datation davantage favorable à Hipparque qu'à Ptolémée, donc. Une datation malheureusement entâchée d'une barre d'erreur beaucoup trop importante pour constituer un résultat définitif.

En 2001, Bradley Schaefer décida de se focaliser sur une autre donnée du catalogue : la magnitude apparente des étoiles considérées. Sur la base d'un modèle d'extinction atmosphérique utilisant les données stellaires recueillies par le satellite Hipparcos (magnitude visuelle, coordonnées équatoriales célestes, mouvement propre, indice de couleur, ...), il calcula la probabilité qu'une étoile brillante - de magnitude visuelle inférieure ou égale à 6,5 - ait été choisie pour figurer dans le catalogue de l'Almageste. Puis en déduisit la probabilité que ce catalogue soit constitué ainsi - et pas autrement.

Bradley Schaefer découpa le ciel en quatre quadrants : les trois premiers contenant les étoiles dont la longitude écliptique était comprise entre 0° et 270° ; le quatrième, celles dont la longitude écliptique était comprise entre 270° et 360°. Il apparut ainsi que les trois premiers quadrants étaient peuplés d'étoiles dont les positions auraient été relevées en l'an 500 de notre ère en un lieu de latitude voisine de 32° ; le dernier en revanche semblait peuplé d'étoiles dont les positions auraient été relevées en l'an 600 avant notre ère en un lieu de latitude voisine de 36°. En dépit de cette marge d'erreur temporelle, l'observation des étoiles peuplant les trois premiers quadrants pourrait être attribuée à Ptolémée ; celle des étoiles peuplant le quatrième quadrant, à Hipparque. Selon toute vraisemblance, le catalogue publié au sein de l'Almageste aurait donc été réalisé en deux étapes : par Hipparque à Rhodes puis par Ptolémée à Alexandrie, 267 ans plus tard.