COMÈTES AU XVIIIe

Les comètes observées en France au début du XVIIIe siècle

Francis MICHEL

                                                                         2001

Il s'agit d'un article très technique que j'ai publié dans la revue Galactée (Mons). On peut évidemment se limiter à regarder les belles illustrations qui viennent des Mémoires de l'Académie des Sciences de Paris

                     EN CONSTRUCTION



  • Introduction

Je vous propose dans le présent article de nous tourner vers les comètes, qui furent nombreuses à enchanter le ciel nocturne de la première moitié du siècle des Lumières : en effet les principales furent observées en 1699, 1701, 1702, 1706, 1707, 1723, 1729, 1737, 1742 et 1743 ; la comète de Halley quant à elle se manifestera en 1759, après être apparue en 1531, 1607 et 1682.

Les articles des Mémoires de l'académie des Sciences de Paris illustrent bien l'esprit des savants français de cette époque. (J'ai respecté l'orthogaraphe originale dans tous les textes extraits des Mémoires) Les explications de la nature des comètes relèvent encore principalement de la théorie cartésienne des tourbillons et d'un schéma purement géométrique des mouvements des astres.

Le directeur de l'Observatoire de Paris, Jean-Dominique Cassini, semble ignorer les théories de Newton et de Halley. Son fils Jacques fait cependant un voyage à Londres au début du siècle, et il devient membre de la Philosophical Society ; c'est lui qui commence à appliquer la théorie newtonienne dans les années 1740 pour expliquer les perturbations des mouvements planétaires.

Dans la seconde moitié du XVIIIe siècle, des savants comme Maupertuis, Clairaut, Lacaille et Lalande vont utiliser le calcul différentiel et les principes de la mécanique newtonienne avec brio pour obtenir des résultats originaux remarquables. Il aura donc fallu plus d'un demi siècle pour que ces idées fassent leur chemin ! L'influence de Voltaire a été déterminante pour diffuser ces vues en France. Euler et Laplace publient des œuvres de vulgarisation qui détrônent enfin les Entretiens sur la pluralité des mondes de Fontenelle et l'Astronomie des dames de Jérôme de Lalande, ouvrages somme toute fort peu scientifiques quand on les compare aux Lettres à une princesse d'Allemagne d'Euler et au Système du monde de Laplace...

Mais revenons aux Cassini, qui ont exercé une influence considérable au sein de l'Académie au début du siècle. Pour nous imprégner de l'esprit de l'époque, lisons l'introduction - due à Fontenelle, qui a été secrétaire de l'Académie pendant plus de quarante ans - à un article de Cassini, dans les histoires de l'académie de 1725 ; Fontenelle essaie de concilier les observations avec la théorie des tourbillons de Descartes, de laquelle il ne réussit pas à se détacher :

(J'ai respecté l'orthogaraphe originale dans tous les textes extraits des Mémoires)

« A cette occasion, M. de Mairan proposa une idée qui lui est particulière, & qui sauveroit la difficulté qui naît des mouvemens des Cometes contraires en tous sens à celui de notre Tourbillon : car quoi-qu'il soit possible, comme on vient de le voir, de ramener quelques Cometes à n'être que des Planetes du Systême Solaire, rétrogrades ou stationnaires, selon que leurs mouvemens apparens contraires à celui de notre Tourbillon l'exigent, il n'est pas sûr qu'on les y puisse ramener toutes. De plus cette hypothèse a quelque chose de forcé, & de peu conforme à l'analogie des Planetes, qui le font incontestablement. Les Orbites de ces Planetes les plus excentriques au Soleil, telles que celles de Mercure & de Mars, ne le seroient presque pas en comparaison de celles des Cometes qui doivent par leur prodigieux éloignement du Soleil nous être invisibles pendant la plus grande partie de leur cours, & de beaucoup la plus grande. Enfin il semble que de leur donner à toutes le Soleil pour centre ou pour foyer de leurs mouvemens, ce soit un reste du penchant naturel qu'on a au Systême Ptolemaïque, qui nous met au centre de tout. Ce seroit seulement substituer notre Soleil à notre Terre.

D'un autre côté faire mouvoir dans un Vuide tous les Corps célestes pour se débarrasser de la difficulté du mouvement des Cometes, c'est un expedient sujet lui-même à de terribles difficultés. L'Univers n'est presque plus qu'un Vuide général.

Pour conserver les Tourbillons et le Plein, M. de Mairan imagine que les Cometes n'entrent point dans notre Tourbillon. Certainement toute la difficulté est levée, si cela peut être.

Supposé qu'on ne vît jamais les Cometes qu'au dessus [c'est-à-dire au-delà] de Saturne, il n'y auroit nulle nécessité de concevoir qu'elles fussent entrées dans notre Tourbillon, elles pourroient appartenir à quelque Tourbillon voisin, dont elles seroient des Planetes, qu'on ne verroit que dans la partie de leur Orbite la plus proche de nous, ou la plus basse par rapport à la Terre. Mais il est constant que les Cometes sont quelque-fois moins élevées que nos Planetes superieures ; il faut donc que, si elles ne sont pas entrées dans notre Tourbillon, elles se soient pourtant approchées de nous jusqu'à cette distance sans y entrer, & pour cela il est nécessaire que ce Tourbillon ne soit pas de figure sphérique, mais enfoncé par les Tourbillons voisins en certains endroits, autant que le demandera la proximité des Cometes ».

Comparaison des observations avec les calculs modernes

Dans la suite de cet article nous aurons l'occasion d'utiliser les paramètres habituels des orbites cométaires, à savoir :

l'excentricité e ;

la distance q au périhélie ;

l'argument w de la latitude du périhélie ;

la longitude W du nœud ;

l'inclinaison i ;

la date du passage au périhélie T.

Attention : à cause de la précession des équinoxes, les paramètres w, W et i dépendent de l'époque, c'est - à - dire de la date choisie pour spécifier les coordonnées des objets astronomiques ; il faut en tenir compte lors des simulations. Pour effectuer les calculs, j'utilise le plus souvent les valeurs données dans l'ouvrage de Brian G. Marsden, Catalogue of cometary orbits, Smithsonian Astrophysical Laboratory, Cambridge, Mass. (1999).


La comète de 1699

Du retour des comètes, Mémoires de 1701, par M. Cassini, page 52.

On trouve dans cet article des considérations générales sur la recherche de comètes périodiques. Cassini continue à s'appuyer sur sa théorie de 1664, qui se base sur l'idée que les comètes parcourent une orbite très excentrique autour de la Terre. Aucune allusion n'est faite à la théorie de Newton ou de Halley :

« Après la Comete qui parut au mois de Septembre 1698, il en a paru une autre au mois de Fevrier & de Mars de cette année 1699. Le rapport de ces nouvelles Cometes avec les plus anciennes & la conformité de leur mouvement à celui des Planetes, donne un nouveau lustre à l'hypothese d'Appollonius Myndien, qui, au rapport de Seneque, enseignoit que les Cometes sont des Astres particuliers, qui se font voir lorsqu'ils approchent de la Terre, & se dérobent à notre vue en s'en éloignant. Ce philosophe esperoit qu'il se trouveroit un jour quelqu'un, qui détermineroit les traces du Ciel par où les Cometes marchent, & qui les distingueroit les unes des autres. Mais il s'est passé depuis ce tems-là un grand nombre de siècles, sans que personne se soit mis en peine de chercher les règles de leur mouvement qui sembloit fort irrégulier.

Les Cometes qui ont paru en ce siecle, ont réveillé les anciennes idées, & plusieurs autres nouvelles découvertes ont contribué à les éclaircir.

Premierement on a remarqué que les Cometes, dont on a observé avec une médiocre exactitude le mouvement particulier à l'égard des étoiles fixes, suivent pendant quelque tems un arc d'un grand cercle de la sphere, d'où quelques-unes se détournent un peu, particulierement vers la fin de leur apparition, où le détour, qui se fait peu à peu, devient plus sensible : ce qui est arrivé encore à la Comete du mois de Septembre dernier. Les Planetes en font de même ; leur mouvement apparent est dirigé par un grand cercle, mais elles ne le décrivent pas toutes précisément. La Lune s'en détourne d'une manière plus simple par le mouvement de ses nœuds ; les autres Planetes, hormis le Soleil, s'en détournent d'une maniere plus composée en-tant qu'elles sont vues de la Terre, qui n'est pas le centre principal de leur mouvement particulier.

Il n'y a pas eu de notre tems une Comete qui se soit plus détournée de son grand cercle, que celle de l'année 1664 et 1665. Nous représentames exactement ce détour dans le Livre de cette Comete, imprimé à Rome la même année, par un mouvement particulier de ses nœuds, qui est une maniere qui se peut aussi appliquer à la Comete de l'année derniere ».

Remarques sur une Comete observée à Pékin le mois de Février de l'année 1699, par le P. de Fontenay de la Compagnie de Jésus, par M. Cassini, Mémoires de 1701, page 60.

Dans cet article, Cassini relate les observations faites à Pékin et écrit : « Avec les élémens que donne le P. de Fontenay j'ai tracé la route de la Comete sur les cartes célestes du P. Pardies ». à la fin de son article, Cassini conclut que les observations faites à Paris et à Pékin sont comparables. La figure ci-dessous reproduit le Chemin de la Comete qui parut au mois de Fevrier de l'année 1699 observée à l'Observatoire Royal et la simulation.

Avec les éléments orbitaux de Marsden,

e = 1,

q = 0,744,

w = 109, 2413,

W = 321,7597,

i = 69,33,

T = 1699 jan 13,3555,

SkyMap donne la figure suivante :

(Images à copier pour plus de lisibilité.)

On voit que la comète traverse rapidement la région du Ciel comprenant les constellations du Cocher et du Taureau - elle passe par une des cornes du Taureau le 27 février ; elle atteindra l'épaule d'Orion le 6 mars.

La comète de 1702

Observations d'une nouvelle Comete qui a paru au mois d'Avril et de Mai de cette année 1702 à l'Observatoire. Avec quelques remarques sur le Cometes par M. de la Hire , Mémoires de 1702, page 149.

Observations d'une Comete du mois d'Avril de cette année 1702 faites à Rome par Monsignor Bianchini Camerier d'honneur du Pape ; extraites d'une lettre à M. Cassini du 25 avril, Mémoires de 1702, page 156.

Comparaison des premières Observations de la Comete du mois d'Avril de cette année 1702 faites à Rome et à Berlin, par M. Cassini, Mémoires de 1702, page 160.

La carte ci-dessous reprend le Chemin de la Comete observée à Rome et à Naples depuis le 20 Avril jusqu'au 4 May par Messieurs Bianchini et Maraldi ; à noter que cette carte a été réalisée avec la convention que les étoiles, piquées sur la sphère céleste, sont vues de l'extérieur de cette sphère - ce n'était pas rare à l'époque - ; les constellations sont donc inversées comme dans un miroir par rapport à leur représentation habituelle. La comète est passée entre l'Aigle et le Cygne, puis a frôlé la constellation d'Hercule, pour se retrouver dans la partie occidentale d'Ophiuchus (le Serpentaire). 

et. la simultation:

Ces diverses observations sont comparées dans la figure ci-dessus à l'orbite calculée par La Caille et donnée par Delambre ; la date du périhélie a dû être modifiée pour SkyMap (1702 mar 10 au lieu de 13). Les paramètres orbitaux sont donc :

e = 1

q = 0,6459

w = 309,2633 (à prendre avec un signe négatif car la comète est rétrograde)

W = 189,4208

i = 4,5

T = 1702 mar 10

à part ce décalage inexpliqué de 3 jours qu'il faut apporter aux valeurs de La Caille pour retrouver les observations de Cassini dans Skymap, les éléments de l'orbite sont corrects.


  • La comète de 1707

Réflexions sur la Comete qui a paru vers la fin de l'année 1707, Mémoires de 1708, par M. Cassini, page 115.


On trouve dans cet article, contenant des spéculations sur la nature des comètes et dont nous citerons de larges extraits, une curieuse association des comètes avec les taches du Soleil, basée sur une rencontre hypothétique des atmosphères des planètes !

« La Comete qui a été observée aux mois de Novembre & de Decembre de l'année 1707, a paru dans le Ciel dans le même temps que l'on voyait deux taches dans le Soleil, dont l'une étoit entrée depuis peu dans son disque apparent, & l'autre étoit prête d'en sortir.

Plusieurs Philosophes modernes supposent que les Cometes & les taches du Soleil sont de la même matiere, & qu'elles ont la même origine, ce qui nous a donné occasion de les comparer les unes avec les autres.

Dans le Traité de la premiere Comete que nous observâmes l'an 1652, nous nous accommodâmes à l'hypothese qui étoit alors la plus commune, que les Cometes sont de nouvelles productions. Car nous supposâmes que non-seulement le globe de la Terre est environné d'une grande atmosphere qui s'étend beaucoup plus loin que celle qui cause les refractions les plus sensibles du Soleil & de la Lune, mais que tous les astres ont aussi de grandes atmospheres qui se rencontrant les unes avec les autres peuvent fournir des matieres propres à former les Cometes. »

Cependant, Cassini se rallie à l'hypothèse, déjà évoquée dans son article concernant la comète de 1699, que les comètes sont « des Astres qui parcourant des cercles très-vastes viennent à paroître dans leur plus grande proximité de la Terre, et s'en éloignent ensuite à une si grande distance qu'elles deviennent invisibles ».  

Cassini rappelle dans cet article son hypothèse sur des orbites circulaires excentriques autour de la Terre, qui peuvent dans certains cas être remplacées par un segment de droite - une approximation satisfaisante pour les comètes de 1652 et 1664.

Dans le même texte, il constate des analogies entre les routes suivies par plusieurs comètes :

« Nous avons vû depuis plusieurs Cometes qui ont suivi la même route que celles qui avoient été observées auparavant, ayant les mêmes degrez de vitesse dans les endroits également éloignez de leur Perigée. Celle de l'an 1680 suivit la trace de celle qui avoit été observée l'an 1577 par Tychobrahé, dont les Ephemerides que cet Astronome avoit dressées sur ses observations nous servirent à prévoir jour par jour la route de la nôtre. Celle de l'an 1698 suivit la trace que nous avions décrite pour celle de l'année 1652. La Comete qui fut observée à Rome en 1702 par M. Maraldi & par d'autres Astronomes, passa par les mêmes Constellations & avec les mêmes degrez de vitesse que nous avions observée 34 ans auparavant à Bologne, & elle suivoit la même trace par les étoiles fixes que celle qui parut la 4e année de la 101e Olympiade.

Nous n'avons pas encore un assez grand nombre d'observations de ces retours pour pouvoir les prédire à l'avenir ; nous avons déjà remarqué dans un autre Memoire que la même Comete pourrait bien retourner quelquefois sans être apperçûë. Ce qui les fait ordinairement apercevoir est leur chevelure & leur queuë qui les distingue des autres étoiles. La lumiere de la Lune, lorsqu'elle se trouve sur l'horizon avec les Cometes, est capable de les rendre invisibles, comme nous l'avons observé quelquefois. Quand la Comete passe sans cette parure, il est plus difficile de l'apercevoir. Elle peut aussi la perdre, car il y a apparence qu'elle est accidentelle à la Comete. Plusieurs Modernes la considerent comme un embrasement qui lui arrive en certains temps, qui peut s'éteindre & se rallumer de nouveau, comme il arrive au Vesuve & aux autres Volcans qui sont sur la Terre. »

Cassini compare les variations de l'éclat des comètes à celles des étoiles variables, qui seraient claires d'un côté, sombres de l'autre... :

« Ils expliquent de la même manière les vicissitudes de quelques étoiles fixes qui paroissent pendant quelque temps, après lequel elles cessent de paroître. Le P. Riccioli & M. Bouillaud supposent que ces étoiles sont lumineuses dans une de leurs parties, qui tantôt se tourne vers la Terre, tantôt s'en détourne par une révolution autour de l'axe de l'étoile analogue à celle que les Coperniciens attribuent au globe de la Terre. L'une et l'autre de ces deux causes pourroit concourir à rendre la Comete & ces autres étoiles visibles en certains temps et invisibles en certains autres. L'apparence causée par la révolution autour de l'axe pourroit être régulière, & celle qui seroit produite par un embrasement seroit plus irrégulière. Nous avons observé tant d'irrégularitez dans le retour de l'étoile de la Baleine, qu'on peut les attribuer avec plus de vrai-semblance à des causes différentes qu'à une seule. »

Certains auteurs pensent que les comètes se détachent du Soleil en y laissant des taches, mais Cassini constate que cette explication ne peut convenir pour les comètes dont la trajectoire est fortement inclinée sur l'écliptique :

« Il y a des Auteurs modernes qui supposent que les Cometes sont produites par les taches du Soleil, qui flotant sur sa surface en forme de croûtes minces peuvent s'en détacher, & par quelque accident devenir semblables à des bâlons enflammez & former les Cometes.

Si cela étoit, elles recevroient par la révolution du Soleil autour de son axe une impression qui tendroit à les faire mouvoir à peu près suivant la direction de l'Equinoxial des Taches, qui comme on l'a expliqué en divers endroits, a une obliquité à l'égard de l'Ecliptique de 7 à 8 degrez ; je dis à peu près, car il peut y avoir quelques raisons Physiques qui l'en écartent un peu de côté & d'autre. L'on a cependant observé diverses Cometes qui déclinent considerablement de cette ligne, dont les unes vont du Septentrion au Midi, & d'autres du Midi au Septentrion, comme il est arrivé à celle que nous avons observée à la fin de l'année derniere. [...] Il n'y a guere de Memoires d'autres Cometes dont la trace par les étoiles fixes ait été si perpendiculaire à l'Ecliptique & à l'Equinoxial des Taches. »

Suit une description détaillée de plusieurs comètes dont la trajectoire est incompatible avec l'hypothèse les rattachant aux taches solaires ; Cassini conclut :

« Cette grande diversité que l'on observe dans la route de differentes Cometes, dont la direction est souvent fort différente de celle du mouvement des taches du Soleil, donne lieu de juger que le principe du mouvement de ces Cometes est different de celui du mouvement des Planetes & des taches du Soleil. »

L'hypothèse qui associe les comètes à des « exhalaisons » terrestres se heurte à de nombreuses difficultés :

« Ceux qui supposent que les Cometes se forment des exhalaisons de la Terre, auront aussi beaucoup de difficulté à expliquer la cause qui les fait tant décliner de l'Equinoxial, à moins qu'ils ne s'imaginent que ces Cometes suivent le cours de cette matière invisible que l'on suppose aller d'un Pole de la Terre à l'autre, & qui range les éguilles aimantées vers les Poles de la Terre. Si cela étoit, la vertu magnetique du globe de la Terre s'étendroit bien loin, puisque le peu de parallaxe que l'on trouve pour l'ordinaire dans les Cometes les place à une si grande distance de la Terre. »

Cassini propose une méthode ingénieuse pour mesurer la parallaxe des comètes, mais il en souligne les limitations :

« Le Ciel qui n'a été serein que pendant quelques intervalles, ne nous a pas permis d'emploier la methode que nous pratiquons ordinairement pour déterminer la distance d'un objet celeste à la Terre. Cette methode qui est exposée dans le Traité de la Comete de l'an 1680 demande des observations de plusieurs jours de suite faites aux mêmes heures pour pouvoir déterminer la vitesse apparente du mouvement journalier de la Comete, de sorte que l'on puisse à chaque instant savoir son ascension droite à l'égard de quelques étoiles fixes. Elle demande aussi des observations faites à d'autres heures du jour fort éloignées les unes des autres pour pouvoir déterminer à ces heures l'ascension droite apparente de la Comete à l'égard des mêmes étoiles fixes. Alors comparant cette ascension droite avec celle que l'on a trouvée par le calcul tiré des observations des jours précedens, si le calcul s'accorde précisément avec les observations, on en peut conclure que la Comete n'a point de parallaxe sensible ; si l'ascension droite trouvée par les observations est differente de celle qui a été déterminée par le calcul, cette difference est l'argument de la parallaxe.

Dans les essais que nous avons fait de cette methode à l'occasion des autres Cometes, nous n'avons jamais trouvé cet argument de la parallaxe de plus de deux ou trois secondes d'heure, qui sont peu de chose pour l'évidence de cette recherche ; ce qui nous a persuadé qu'à moins d'avoir plusieurs jours de suite de beau-temps pour des observations si délicates, il est inutile de les entreprendre. »

Comme les comètes ont une forme irrégulière, il est impossible d'obtenir des informations sur leur distance relative à la Terre et au Soleil en en mesurant la fraction éclairée :

«Si cette Comete vüë par la Lunete avoit été bien terminée, on auroit examiné la quantité de son disque qui auroit été éclairée, si on pouvoit tirer quelque consequence de son exposition à la Terre & au Soleil, & juger de la proportion de sa distance au Soleil & à la Terre, comme on en juge à peu près par les Phases de la Lune comparées à sa distance apparente du Soleil. L'irrégularité de sa circonference apparente n'a pas permis d'entreprendre cette recherche : l'on peut seulement conjecturer par son mouvement apparent, qui étoit plus lent dans son Perigée que celui de la Lune dans son Apogée, que sa distance à la Terre étoit plus grande que celle de la Lune, supposé que cette Comete soit dans le Systême Lunaire. »

Cassini finit par conclure que les comètes sont des espèces particulières de planètes mais ne fait pas allusion à la possibilité d'orbites autour du Soleil :

« Ces considerations & d'autres que nous avons rapportées en divers Traitez, & dans les Memoires de l'Academie des années 1699 et 1702, nous portent à supposer que ces Cometes, dont le mouvement inégal en apparence se peut réduire à l'égalité, de même que celui des Planetes ordinaires, telles que sont toutes celles que nous avons observées, sont plutôt une espece particulière de Planete, comme plusieurs Anciens le supposoient, que de nouvelles productions formées par les exhalaisons de la Terre, du Soleil, & des autres Astres. »

On trouvera plus haut une comparaison entre le Chemin de la Comete qui a paru l'an 1707 et les calculs de Skymap.

  • La comète de 1737

De la Comete qui a paru aux mois de Février de Mars et d'Avril de cette année 1737, Mémoires de 1737, par M. Cassini, page 237.

Jean-Dominique Cassini meurt en 1712. L'article dont il est question ici est dû à son fils Jacques, qui y relate son observation et y joint quelques considérations générales intéressantes sur les comètes ; il pense que la comète de 1737 pourrait être la même que celle de 1683 - il est vrai que les paramètres des deux objets sont en gros du même ordre.

On trouve ici - enfin ! - une référence aux théories de Newton :

« On pourrait objecter ici que la conformité que M. Newton a fait voir dans ses Principes, entre le mouvement des Cometes observé & celui qui résulte de ses hypotheses, est une preuve que non seulement elles font leurs révolutions autour du Soleil, mais même qu'elles ont des mouvements suivant des directions différentes. »

Cependant il subsiste des différences entre calculs et observation, ce qui autorise Jacques Cassini à prétendre que les théories héliocentrique et géocentrique sont équivalentes

« [...] Ce que nous avons remarqué ici, fait voir qu'on peut fort bien représenter les mêmes Observations par des hypothèses fort différentes, & qu'ainsi la conformité que l'on y remarque est moins une preuve de la vérité des principes sur lesquels chacune de ces hypothèses est fondée, que de la sagacité de ceux qui les ont imaginées. » ;

mais la cause semble entendue et Jacques Cassini se rallie finalement à la description héliocentrique :

« Mais revenons à notre Comete. Quoiqu'on eût pu, par les raisons que nous avons alléguées, rapporter son mouvement immédiatement à la Terre, nous n'avons pas cru devoir nous écarter du sentiment le plus communement reçu des Astronomes, que ce sont des Planetes qui font leurs révolutions autour du Soleil, à l'égard duquel elles décrivent des Orbes fort excentriques. »

  • La comète de 1742

La comète de 1742 fait l'objet de plusieurs articles dans les Mémoires de l'Académie de 1742 ; une représentation de sa trajectoire sur la voûte céleste depuis le 2 Mars 1742 jusques au 6 May suivant :