J.Hormière / février-mars 2002
Abréviations :
C : Calisto ; E : Europe ; I : Io ; G : Ganymède.
Z : correspond au zoom utilisé sur Redshift4.
Les cercles orangés représentent un champ de 30 minutes d'arc.
Les traits orangés définissent les positions que donnent les schémas de Galilée, reportées sur les configurations réelles de Jupiter et de ses satellites.
Le zoom a été choisi de façon à ce que les traits extrêmes coïncident avec les positions extrêmes dans l'alignement de Jupiter et de ses satellites.
Dans le texte qui accompagne les figures, les mesures de Galilée sont indiquées en rouge.
L'Orient est à gauche des figures, et l'Occident à droite.
Les textes en italique sont les traductions de F.Hallyn.
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Dans l'observation du 8 janvier (la deuxième), Galilée oublie - ou ne remarque pas - Callisto. Il aurait pu, dès ce jour, constater l'existence du quatrième satellite de Jupiter ; il ne le fera que cinq jours plus tard.
La raison de cet oubli pourrait être un cadrage de Jupiter laissant Callisto hors-champ. En effet, le champ moyen de la lunette de Galilée était de l'ordre d'une trentaine de minutes et un centrage sur le satellite médian pouvait amener Callisto en limite de champ (la distance angulaire maximum est d'environ 14'50"). Mais ce qui a certainement joué un rôle décisif, c'est que Galilée ne cherchait que trois satellites (ceux qu'il avait observé l'avant-veille) ; il n'a peut être vu que ce qu'il voulait voir [1].
Le 10 janvier, il n'y a plus que deux satellites. En réalité, Ganymède et Europe, distants d'environ 29", ne sont pas séparés.
Ce jour là, Galilée décide de poursuivre ses observations avec plus d'exactitude et de rigueur.
C'est le 13 janvier que Galilée découvre le quatrième satellite.
De gauche à droite Europe, Ganymède, Io et Callisto. Les distances angulaires sont de l'ordre de 1'57,9" (2') pour E-J, 1'34,6" (1') pour J-E, 32,6" (1') pour G-I et 43,6" (1') pour I-C. Le non alignement des trois derniers satellites est bien représenté. La distance maximum E-C est d'environ 4'43".
Le 15 janvier, à la troisième heure, les satellites apparaissent, de gauche à droite, dans l'ordre I-E-G-C, et tels que :
J-I 1'25,8" (2')
I-E 1'51,6" (2')
E-G 1'26,3" (2')
G-C 4'2,6" (4')
J-C 8'46".
Le 15 janvier, à la septième heure,
J-E 3'30,8" (3')
E-G 42,9" (1')
G-C 4'49,9" (4'30")
J-C 9'3".
Le diamètre apparent de Jupiter est de 45". On peut imaginer que lorsque Galilée donne une distance, il mesure de centre à centre. Dans le cas contraire, il faudrait retrancher 23" environ à la distance qui est donnée par le logiciel (le diamètre apparent des satellites n'intervient pas, car il n'est nullement perceptible, sinon en tant qu'artefact dû aux aberrations de la lunette).
Les premières mesures que donne Galilée sont à la demi-minute près. On verra plus loin qu'il s'aventure jusqu'à la dizaine de secondes. Au début du Sidereus Nuncius il avait évoqué une erreur de une à deux minutes (voir remarque 15 du chapitre 1).
La configuration du 18 janvier, 20 min après le coucher du soleil, est remarquable en ce sens que les deux satellites Europe et Io ne sont pas visibles car ils se trouvent juste devant Jupiter et sont évidemment noyés dans sa luminance. Si Galilée avait attendu deux heures, il aurait pu les apercevoir s'écarter de la planète.
G-J 5'35,6" (8')
J-C 8'13,9" (10').
G-C de l'ordre de 14'.
Les erreurs sont importantes. Pour la première distance, la variation relative est de l'ordre de 43%, et pour la seconde, de 21,5%. C'est l'occasion de se reposer la question de la méthode utilisée par Galilée pour mesurer ces distances.
La figure ci-contre permet de comprendre qu'une mesure avec des cercles gradués - et qui consisterait à amener successivement au centre du champ Ganymède, Jupiter, puis Callisto, pour repérer les positions angulaires - est à exclure. Le mouvement apparent dans le champ serait difficilement compensable. En effet, en une minute de temps, Jupiter, préalablement centré, arrive au bord du champ de 30'.
Le 21 janvier Galilée distingue les quatre satellites, dont deux sont distants de moins de 30".
E-I 26" (50")
I-C 35,1" (50")
C-J 1'43,8" (50")
J-E 4'55" (4')
L'étoile qui apparaît à Galilée la plus petite (Callisto) est en définitive celle qui a la plus grande magnitude, et donc qui est la moins lumineuse :
E 5,6 / I 5,49 / C 6,4 / G 4,96
Les observations dans la nuit du 2 au 3 février confirment l'approximation des mesures de Galilée.
Au début de la nuit,
G-J 4'25,9" (6')
J-E 3'19,2" (4')
E-C 6'6,5" (8')
et à la septième heure
(0h30, le 3 février),
G-I 2'20,3" (4')
I-J 1'28,1" (1'40")
J-E 3'14,8" (6')
E-C 6'10,8" (8')
Les inégalités sont respectées,
(I-J) < (G-I) < (J-E) < (E-C),
mais les erreurs peuvent approcher les 100%, comme dans la mesure de la distance entre Ganymède et Jupiter.
La distance entre les satellites extrêmes approche 14'.
Le 8 février Galilée à la première heure observe trois Étoiles.
Le logiciel nous en donne quatre :
C-G 51,8" (20")
G-E 3'15,1" (4')
E-I 19,2" (?)
I-J 1'14,6" (1'20").
Galilée avait pourtant bien vu Io :
il semblait de temps en temps qu'il y avait une autre Étoile auprès d'elle [Europe], vers l'Orient, étonnamment petite et séparée d'elle par 0 min, 10 s. seulement.
Dans ses dernières observations (à partir de 26 février) Galilée décide d'associer aux planètes de Jupiter une étoile fixe. L'exemple du 1er mars est très évocateur.
C-G 3'7" (2')
G-E 51,6" (20")
E-I 42,2" (1')
I-J 1'52,3" (2').
La Fixe [Hipparcos 23784] constituait avec Jupiter et l'Étoile la plus Orientale. un triangle équilatéral...
On mesure en effet :
F-C 6'49"
F-J 7'8,5"
C-J 6'35,5"
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La moyenne des trois distances angulaires est 6'51". L'écart relatif entre les distances mesurées et cette moyenne ne dépasse pas 4%, ce qui montre la justesse de l'observation de Galilée, en terme de repérage d'une figure géométrique classique.
Pour synthétiser tous ces résultats, on peut dire que :
- Galilée observe le ciel avec un regard de géomètre qui recherche avant tout des formes géométriques simples : droites, triangles remarquables.
- Il est capable de distinguer des distances angulaires de l'ordre d'une vingtaine de secondes, sur des champs d'une quinzaine de minutes, ce qui donne une résolution d'environ 50 points.
- Les schémas qu'il reproduit respectent les inégalités qui lient les différentes distances, mais pas les proportions.
- Les mesures sont entachées d'erreurs qui peuvent être très importantes.
Cela traduit les médiocres conditions expérimentales de ces mesures, dues à la qualité optique de la lunette et à la saisie d'une image fugitive.
- Une distinction est faite entre l'éclat des planètes et leur taille, alors que leur diamètre apparent n'est pas perceptible et que seule leur magnitude peut les caractériser. Leur apparente différence de taille est simplement due au scintillement qui augmente lorsque la magnitude diminue (donc lorsque l'éclat augmente).
Six graphismes différents sont utilisés pour représenter les satellites. Une étude sur la corrélation entre ces graphismes (du plus petit éclat au plus grand) et la réalité pourrait être réalisée.
[1] Jean Meeus : Galileo's First Records of Jupiters's Satellites (Sky and Telescope, September 1962), p.137-139.
« To explain this inconsistency, we may suppose that, having seen three "stars" in the planet's vicinity on the previous night, Galileo again searched for that many. Finding them all in line west of Jupiter, he would not have looked for a fourth, since he did not suspect its existence. IV was near its greatest elongation far on the other side, well outside of the small field of view "».
» Pour expliquer cette contradiction, nous pouvons supposer que, ayant observé la nuit précédente trois "étoiles" au voisinage de la planète, Galilée les a à nouveau recherchées. Les trouvant toutes trois alignées à l'ouest de Jupiter, il n'a pas essayé d'en voir une quatrième, car il ne soupçonnait pas son existence. IV [Callisto] était proche de sa plus grande élongation, loin de l'autre côté, bien en dehors du petit champ de vue. »
On retrouve donc chez Meeus le même type d'analyse, toutefois, sa dernière remarque sur le champ de la lunette de Galilée ne me semble pas correcte. En effet, les calculs du chapitre 4 montrent que les champs des lunettes utilisées par Galilée étaient suffisants pour que le satellite puisse être observé. De plus, Callisto a bien été observé le 2 février à la septième heure, alors qu'il occupait une position quasi symétrique par rapport à Jupiter (il était à 14' ouest de Jupiter ; en outre, la distance entre les satellites extrêmes était proche de 20', alors que dans l'observation du 8 janvier elle n'atteignait pas 15' !). Et même quand l'on tient compte de l'augmentation de magnitude due à la localisation de Callisto dans le champ de contour, ce satellite était potentiellement observable. Si Galilée ne l'a pas observé, c'est peut être aussi dû au fait que, pour compenser le mouvement apparent des satellites dans le champ de la lunette, il anticipait ce déplacement en cadrant au début de l'observation au plus près du champ inférieur gauche (le mouvement se faisant vers le champ supérieur droit). De cette façon, l'observation pouvait être prolongée une bonne trentaine de secondes avant de recadrer, et Callisto se serait ainsi toujours trouvé hors champ.
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