O. Röemer reprend une idée géniale de Cassini

O. Römer reprend une idée géniale de Cassini !

Les Piccards

La lumière comme le son se progage-t-elle ? ou bien sa propagation est-elle instantanée ? On en discutait depuis l´Antiquité, mais aucune mesure n´avait permis jusqu´ici de déceler le "mouvement successif" de la lumière.

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O. Römer

(1644-1710)

Olaüs Römer, astronome danois de vingt-sept ans, avait aidé Picard à Uranienbourg, en 1671, à mesurer la différence de longitude entre l´Observatoire de Paris et l´Observatoire de Tycho Brahé grâce aux éclipses des satellites de Jupiter. Picard, invita le jeune Römer en France au cours de l´été 1672. Römer fut logé comme Picard à l´observatoire de Paris dès leur arrivée, prit une part très active aux travaux de l´Académie royale des sciences et y fut bientôt admis.

Dès 1664, Jean Dominique Cassini utilise des objectifs de grande focale avec une rare habileté. Il observe en particulier Jupiter, sur laquelle il détecte les ombres portées de certains de ses satellites. Des polémiques s'en suivent qui incitent J.D. Cassini à poursuivre avec acharnement ses observations de satellites; en 1668, il publie ses "Ephemerides Bononienses mediceorum siderum", qui contiennent les Tables du mouvement des satellites et les éphémérides de toutes les éclipses des satellites année par année.
Galilée avait découvert ces satellites en 1610, et pensait que leurs éclipses pouvaient être un bon indicateur de temps puisque l´instant du phénomène est indépendant du lieu d´observation. Leur observation était un moyen de déterminer les longitudes aussi bien sur terre que sur mer propriété qui intéressait navigateurs, astronomes et géographes. Il fallait pouvoir disposer d´éphémérides fournissant de façon précise les instants de ces phénomènes. Les Tables de Cassini furent donc accueillies avec faveur .

Une anomalie est constatée.

Röemer découvrit un peu par hasard une méthode de détermination de la vitesse de la lumière alors qu'il étudiait Io, le satellite de Jupiter. Io complète son orbite autour de Jupiter en 1,77 jours. Au grand étonnement de l'astronome, celui-ci s'aperçut que la lune n'était pas toujours exactement où elle aurait dû se trouver. A certaines époques de l'année, elle était légèrement en avance et à d'autres moments, légèrement en retard. En étudiant Io pendant plusieurs mois, Römer observa que le retard s'accentuait sur une période de six mois pour atteindre jusqu'à 8 minutes, puis le retard commençait à diminuer jusqu'à ce la lune soit, six mois plus tard, 8 minutes en avance.

La méthode de Roemer (1675)

Supposons qu'à un certain instant (1) un satellite de Jupiter soit éclipsé par la planète - l'événement est enregistré sur la Terre, en un point T1 de son orbite. Le satellite effectue une révolution autour de Jupiter et il y a de nouveau éclipse (2), visible depuis la Terre en T2. La Terre s'étant éloignée de Jupiter au cours de la révolution du satellite, la lumière doit parcourir une distance plus grande au moment de la deuxième éclipse. Donc le temps mesuré entre deux éclipses est supérieur à la période de révolution du satellite. Quand la Terre se trouve de l'autre côté de son orbite, l'intervalle entre les deux éclipses sera inférieur au temps réel.

Distance entre la terre et Io, satellite de Jupiter

Cassini expliqua en août 1675 que cette différence par le fait que "la lumière emploie quelque temps à venir du satellite jusqu´à nous; et qu´elle met environ dix ou onze minutes pour parcourir un espace égal au demi-diamètre de l´orbite terrestre". Rømer reprend l'explication de Cassini et Rømer tente une vérification.
Mais Cassini abandonna, semble-t-il, cette idée puisque c´est Römer qui reprend l´explication de Cassini et qui annonce à l´Académie en septembre 1676 que l´éclipse du premier satellite prévue pour le 9 novembre suivant se produirait avec exactement 10 minutes de retard; fait qui fut confirmé par l´observation. D´ailleurs, aux séances suivantes de l´Académie, Cassini présente des objections et le Journal des Sçavans du 7 décembre 1676, qui annonce la découverte de Römer, n´y associe pas Cassini.

Roemer s'aperçut que le phénomène correspondait à un cycle s'étendant sur un période d'une année et, surtout, que ce cycle correspondait à l'éloignement et au rapprochement de la Terre par rapport à Jupiter. Le moment où Io était le plus en retard correspondait exactement au moment où la Terre était le plus éloignée de Jupiter. Et inversement, lorsque Io était le plus en avance, cela correspondait au moment où la Terre était le plus près de Jupiter.Roemer en vint à la seule conclusion qui s'imposait : la lumière prenait un certain temps à parcourir la distance entre la Terre et Jupiter... Cette découverte sera une révolution parmi les savants, puisqu'on croyait jusque-là que la lumière se propageait instantanément. Roemer estima la vitesse de la lumière à environ 350 000 km/s – une estimation pas très éloignée de la véritable valeur de 299 792 km/s. Et ce n'est pas vraiment pas si mal, si on considère les instruments de l'époque.

Ainsi, en septembre 1676, Römer annonce à l'Académie que l'éclipse du satellite Io de Jupiter, prévue pour le 9 novembre suivant, se produira avec exactement dix minutes de retard, ce qui fut confirmé par les observations. Plus précisément, Picard a noté une observation du satellite Io de Jupiter faite à Paris le 9 novembre 1676 à 5 heures 37 minutes 49 secondes, soit 10 minutes plus tard que ce que donnaient les Tables de Cassini.

Dans son mémoire, Römer démontre que la propagation de la lumière n'est pas instantanée mais bien finie. S´il fallut attendre 1728, et la détection par Bradley de l´aberration des fixes, pour que la découverte de Römer soit universellement reconnue, celle-ci n´en bénéficia pas moins d´un grand retentissement, pour la gloire de son auteur comme pour celle de l´Observatoire, alors à peine achevé.