Galilée et la perspective

A la Renaissance italienne, la technique de la perspective se diffuse rapidement dans le milieu artistique de l’époque. Ce mode de représentation inspira profondément Galilée et l’aida à mieux comprendre ce qu’il vit dans sa lunette astronomique dès l’année 1609.

En latin, le mot « perspective » vient de « perspicere » qui signifie « voir à travers ». Dans le domaine des arts graphiques, la perspective désigne la représentation plane d’une image telle qu’elle est vue par l’œil. Cette technique a donc pour objectif de susciter une illusion tridimensionnelle. Les objets paraissent ainsi de plus en plus petits selon que leur distance par rapport à l’observateur augmente. De plus, les dimensions d’un objet subissent, le long de la ligne de fuite une contraction plus importante que dans la direction orthogonale à cette ligne.

TABLE DES MATIERES

La perspective avant la Renaissance
La perspective au temps de la Renaissance
Galilée et la Lune
Galilée et Jupiter
Galilée et le Soleil
Pourquoi a-t-il compris avant les autres ?

La perspective avant la Renaissance

Fragment de la peinture ornant le mur du tombeau de Nebamon, 1370 av. JC

Les peintures anciennes représentent généralement les objets et personnages de façon hiérarchique en fonction de leur importance spirituelle ou symbolique, et non en fonction de leur distance à l’observateur. Toutes ces illustrations n’utilisent pas l’effet de contraction que l’on rencontre dans la perspective.

Dans l’art de l’Egypte antique, les personnages les plus importants sont souvent positionnés en hauteur tandis que les personnes « plus proches » sont représentés en-dessous des personnages plus grands. La seule et unique méthode pour indiquer la position relative des différents éléments dans la composition était le chevauchement des personnages, technique que l’on retrouve notamment dans certaines œuvres comme les marbres du Parthénon. Les premiers essais de perspective remontent à la Grèce antique, dès le 5e siècle avant notre ère. A cette époque, illusions et décors de théâtre connaissent un intérêt grandissant, comme en témoigne Aristote dans son ouvrage « La Poétique ». En guise de décor, des images étaient peintes sur de grands panneaux plats appelés « skenographia » (« peintures de scène »). Aristote attribue à Sophocle l’introduction des peintures de scène tandis que les philosophes Anaxagore et Démocrite travaillèrent sur les théories géométriques de la perspective afin de s’en servir pour les « skenographia ». Au cours du 5e et 4e siècles, les peintures de scène ne représentaient pas de paysages naturels naturel, mais consistaient en la représentation en perspective de la façade d’un palais avec colonnes, porches latéraux et portes. Ces peintures étaient montées sur des châssis en bois qui étaient ensuite placés sur scène. Ces peintures ne furent remplacées par des façades architecturales réelles qu’à partir du dernier quart du 4ème siècle. Dans une illustration tirée du « Virgile du Vatican », datant d’environ 400 avant notre ère, les poutres présentes au plafond des salles apparaissent plus ou moins convergentes vers un même point de fuite, contrairement au reste de l’illustration.

« Fontaine de Vie », Évangiles de Saint-Médard de Soissons

Plus tard, toujours dans l’Antiquité, bien que les artistes aient conscience que les objets distants devaient être représentés plus petits pour accroître l’illusion, ce constat n’était pas toujours appliqué dans les œuvres de l’époque. Certaines peintures retrouvées dans les ruines de Pompéi affichent pourtant une perspective, créant un réalisme remarquable pour l’époque. Dans l’Antiquité tardive, l’utilisation des techniques de perspective diminua. L’art des nouvelles cultures, à savoir les peuples germaniques des Invasions Barbares, ne représentait pas de compositions comprenant un grand nombre de personnages. L’art du début du Moyen-Age prend ses distances avec la perspective, même si des éléments se retrouvent dans l’art Carolingien. Les artistes carolingiens cherchaient en effet à imiter les procédés et les formes de l’art antique et se distinguaient par l’utilisation de la couleur pourpre, la recherche d’effets de perspective et un certain naturalisme dans les figures et les paysages. La représentation de formes architecturales permettait en particulier aux anciens d’obtenir des effets illusionnistes, un procédé repris vers l’an 800 par l’enlumineur des Évangiles de Saint-Médard de Soissons.

« Jésus devant Caïphe », Giotto

Les artistes européens du Moyen Age connaissaient le principe qui consistait à faire varier la taille des éléments en fonction de la distance. Les bâtiments étaient ainsi souvent représentés obliquement selon une convention particulière. Les tentatives de perspective se multiplièrent au cours de cette période, sans toutefois que les fondements théoriques ne soient véritablement explicités. L’art byzantin était également au fait de ces techniques, mais utilisa également une convention de perspective inversée pour la représentation de ses personnages principaux. Le peintre et architecte italien Giotto tenta à son tour de réaliser des dessins en perspective en employant une méthode algébrique pour déterminer le positionnement des lignes éloignées. Bien qu’elle ne corresponde pas à la méthode géométrique moderne de la perspective, sa méthode lui permit de réaliser « Jésus devant Caïphe », un tableau bénéficiant d’une considérable illusion de profondeur.

La perspective au temps de la Renaissance

Avant de replacer la technique de la perspective dans un cadre historique, faisons un peu de lumière sur le phénomène de la vision. Dans l’Antiquité, deux théories de la vision s’affrontaient. La première, la théorie de l’émission, était soutenue par Euclide et Ptolémée. Selon elle, la vision s’expliquait par des rayons lumineux émis par l’œil. Soutenue par Aristote et ses disciples, la seconde théorie, la théorie de l’intromission, prétendait que les formes physiques provenaient des objets eux-mêmes et pénétraient dans l’œil. Au Moyen-Orient, le savant perse Alhazen argumenta en utilisant des situations concrètes pour réfuter ces deux théories. Il évoque notamment l’éblouissement de l’œil qui se produit lorsqu’on fixe un objet très lumineux et fait une remarque pertinente : comment des rayons qui seraient émis par les yeux pourraient atteindre, dès que nous ouvrons l’oeil ou l’instant suivant, des étoiles qui sont si éloignées de nous ?
Pour Alhazen, la réponse est ailleurs. La théorie de la vision qu’il propose s’avèrera plus tard être la bonne. Alhazen explique que, lorsqu’on regarde un objet, ce sont des rayons lumineux en provenance de chaque point de l’objet qui atteignent notre œil. Ces rayons lumineux qui nous parviennent forment ainsi un « cône de vision » dont le sommet se situe au niveau de l’oeil. Le savant perse exposa sa théorie dans un ouvrage d’optique en 7 volumes, « Kitab al-Manazir », qu’il écrivit entre 1011 et 1021 ap. JC. Dans sa traduction latine du XIIIème siècle, l’ouvrage d’Alhazen prit le titre de « Perspectiva » ou « De Aspectibus« . Ce titre fut conservé jusqu’à ce que Frédéric Risner le remplace par « Optique », terme d’origine grecque, dans la première édition imprimée de 1567. Au XIVe siècle, le livre fut également traduit en italien sous le titre « Deli Aspecti ». Lorenzo Ghiberti, un artiste influent de la Renaissance, fut alors l’un des premiers à s’appuyer sur cet ouvrage. Le travail d’Alhazen contribua au développement de la pensée de Ghiberti sur l’art et l’esthétique visuelle. En introduisant le modèle du « cône de vision », le livre d’Alhazen pose les jalons de la perspective dite « linéaire » (aussi appelée « conique ») dans laquelle les droites reliant l’œil de l’observateur aux contours d’un objet forment … un cône ! Ce livre a donc joué un rôle important dans le développement de la perspective dans le domaine de la peinture au cours de la Renaissance italienne.

Expérience dite de la « tavoletta » de Brunelleschi

Filippo Brunelleschi, peintre et architecte florentin du XVe siècle, peut être considéré comme l’inventeur de la perspective. En 1415, il réalise l’expérience de la « tavoletta », une planchette de bois percée d’un trou. Brunelleschi se plaça face au baptistère San Giovanni de Florence muni de sa planchette et d’un miroir. Sur l’un des côtés de la planchette se trouvait une vue du baptistère peinte en perspective tandis que l’autre côté, l’envers, était laissé nu. Il plaça ensuite l’envers de la planchette devant ses yeux, en positionnant son œil devant l’orifice pratiqué dans celle-ci. Tout en conservant la planchette dans une main, il tenait de l’autre un miroir, celui-ci étant placé entre le baptistère et la planchette et faisant face au côté peint de la planchette.

Ce que vit Brunelleschi !

Brunelleschi constata que la bâtisse et l’image peinte coïncidait exactement pour former un tout : le dessin représentait le « réel ». L’observateur a ainsi le sentiment de voir réellement la ville, dont les dimensions, par le jeu de miroir, lui semblent être celles de la vraie ville, et non une reproduction de petit format. Ce système est une claire préfiguration des théories sur la perspective à venir. Il témoigne d’une réflexion sur les dimensions des objets dans l’espace et leur réduction au fur et à mesure qu’ils s’éloignent, il témoigne aussi d’un désir de comprendre la réalité pour mieux la reproduire. La véritable explication scientifique du phénomène sera réalisée par le théoricien et architecte Léon Battista Alberti dans son traité « Della Pictura » en 1435 qu’il dédie à Brunelleschi. Il y explique que l’œil constitue le point de vue à partir duquel se construit une pyramide visuelle, l’œil étant le sommet et la surface plane du tableau où se forme l’image constituant la base (déjà décrit par Alhazen dans son livre d’optique, cf. plus haut).

Galilée et la Lune

La Lune est le seul corps céleste qui présente des caractéristiques de surface visibles à l’oeil nu. Ces caractéristiques étant permanentes, il devint alors évident que la Lune conservait la même face tournée vers la Terre (Galilée observera la libration de la Lune dans les années 1630). Dans la philosophie d’Aristote, ces caractéristiques posaient problème. Les cieux qui débutaient à partir de la Lune étaient considérés comme le royaume de la perfection et de l’immuabilité tandis que le monde sublunaire était celui du changement et de la corruption. Toute ressemblance entre ces deux mondes était donc systématiquement rejetée. Bien que la philosophie d’Aristote fut très influente dans le monde grec, elle connut néanmoins ses détracteurs. Dans son livre « De la face qui paraît sur la Lune », l’écrivain grec Plutarque exprima en effet des opinions assez différentes. Il suggéra que la Lune possédait de profondes cavités dans lesquelles la lumière du Soleil ne pénétrait pas. D’après lui, ces « tâches » n’étaient que les ombres de rivières ou de gouffres profonds.
Dans le monde islamique, puis dans l’Europe chrétienne, les disciples médiévaux d’Aristote essayèrent de donner un sens aux tâches lunaires en termes aristotéliciens. Différentes possibilités furent avancées. Dans l’Antiquité déjà, la Lune était perçue comme un miroir parfait et les marques à sa surface n’étaient que des réflexions de caractéristiques présentes à la surface terrestre. Cette explication sera facilement écartée puisque la face visible ne change jamais d’aspect alors que la Lune se déplace en permanence autour de la Terre. Autre explication avancée : des vapeurs entre le Soleil et la Lune. La lumière incidente du Soleil, qui contiendrait les images de ses tâches lunaires, est réfléchie par la Lune vers la Terre. L’explication qui perdurera à l’époque fut celle qui affirma qu’il y avait des variations de « densité » de la Lune, ces variations étant à l’origine de son aspect visuel. La perfection de la Lune, et donc des cieux, était ainsi préservée. Même si les représentations symboliques de la Lune, en tant qu’astre parfait, perdurèrent au Moyen-Age et jusqu’à la Renaissance, pratiquement personne ne songea à représenter la Lune avec ses tâches. Seuls Léonard de Vinci, vers 1500, et William Gilbert, un médecin anglais, dessinèrent la Lune tâchée.

En novembre 1609, Galilée pointa pour la première fois sa lunette vers la Lune. Il l’étudia attentivement du 30 novembre au 18 décembre de la même année, et consigna ses observations et remarques dans son livre, Sidereus Nuncius, qui paraîtra en mars 1610. Galilée arriva à la conclusion surprenante que la Lune était loin d’être parfaite. Avec sa lunette astronomique, il remarqua sur la partie éclairée de la Lune de petites tâches sombres jamais vues auparavant, et des tâches de lumière située dans la partie sombre de la Lune. Il observa qu’avec le temps l’aspect des tâches changeait, s’éclaircissant puis disparaissant ou au contraire s’assombrissant et devenant très distincte. La séparation entre la partie sombre et la partie éclairée de la Lune semblait être à la fois rugueuse et inégale, plutôt que lisse comme on pouvait s’y attendre sur une sphère parfaite. Galilée observa que les tâches elles-mêmes paraissaient sombres du côté où se trouvait le Soleil et brillantes du côté opposé (« Sidereus Nuncius », page 41).
Galilée conclut de ces observations qu’à la surface de la Lune se trouvaient des vallées et des montagnes, comme sur Terre (« Sidereus Nuncius » p.48-49). Galilée comprit que ces tâches sombres n’étaient que les ombres projetées par les montagnes ou vallées lorsqu’elles sont éclairées par le Soleil. Lorsque la position de la Lune par rapport au Soleil change, la forme et l’intensité de ces ombres changent aussi. La conclusion de Galilée était choquante : comment la Lune, un corps céleste, pouvait-elle être imparfaite et non sphérique ? Si la Lune est imparfaite, existe-t-il d’autres corps célestes imparfaits ? Si les corps célestes peuvent ne pas être parfaits, pourquoi la Terre n’est-telle pas un corps céleste ? Galilée ne s’arrêta pas là et chercha à estimer la hauteur des montagnes lunaires. Pour cela, il expliqua qu’il lui suffisait d’observer à quelle distance les tâches lumineuses se trouvaient dans la partie non éclairée.

Schéma illustrant le raisonnement de Galilée

Lorsque la Lune est en quartier, il suffit d’un peu de géométrie pour calculer la hauteur des montagnes lunaires. Galilée lui-même raisonna sur cet exemple. Imaginons un un sommet montagneux illuminé, visible dans la partie non éclairée à une distance d’1/20 de diamètre lunaire. La lumière solaire éclaire complètement la moitié droite plus le sommet montagneux D (GD représente un rayon lumineux provenant du Soleil). Si la base de la montagne (non éclairée !) est en A, et si E est le centre de la lune, alors il s’agit du même problème que le calcul de la distance de l’horizon pour une personne de taille donnée debout par exemple sur une plage. Un tel problème peut être résolu grâce au théorème de Pythagore, tout comme pour ce problème pour lequel le triangle à considérer est le triangle EDC, rectangle en C. En utilisant une valeur de 3220 km pour le rayon de la Lune, Galilée obtint par calcul des montagnes hautes de 4 km, soit le même ordre de grandeur que les hautes montagnes terrestres ! Enfin, l’existence de montagnes semblait être en désaccord avec le fait que le pourtour de la Lune paraissait lisse à travers la lunette. Galilée avança deux arguments. Tout d’abord, le pourtour découpé dû à la présence des sommets de montagne est comblé en arrière-plan par d’autres reliefs. Deuxièmement, le pourtour découpé prend une apparence diffuse, donc plus lisse, en raison de l’atmosphère lunaire (argument faux).

Dessin de la Lune, T.Harriot

Galilée ne fut pas le premier observateur de la Lune. En effet, Thomas Harriot, un astronome anglais, observe la Lune à la lunette et sera le premier à la dessiner le 26 juillet 1609 (le 5 août 1609 si on se réfère au calendrier grégorien), soit plus de quatre mois avant Galilée. Ses dessins, cependant, ne furent pas publiés à l’époque. Toutefois, même s’il n’est pas le premier à l’avoir observée à la lunette, Galilée est bel et bien celui qui le premier comprit ce qu’il voyait. Harriot ne fournit en effet aucune interprétation de ce qu’il voit, hormis la date d’exécution du dessin. Néanmoins, sur ses premiers croquis, il dessina le terminateur (ligne de démarcation entre la partie éclairée et non éclairée de la Lune) mais en se trompant : le terminateur est une ligne courbe joignant les pôles et non un arc de cercle. Il représenta également d’étranges traits dans la partie supérieure du disque.
Malheureusement, Harriot passa totalement à côté de l’importance et de la signification de ses observations. Pour lui, ces observations ne faisaient que confirmer plus ou moins ce que les anciens avaient toujours dit qu’il verrait : d’étranges tâches à la surface de la Lune. Peu de temps après la parution du « Sidereus Nuncius », l’astronome anglais William Lower envoya une lettre à son ami Harriot, dans laquelle il reconnut la remarquable intuition de Galilée.

« Sur la Lune, j’avais observé d’étranges tâches partout, mais je n’ai pas eu l’idée qu’une partie en pouvait être des ombres. »

Lettre de Lower à Harriot

Galilée et Jupiter

Jupiter possède de nombreux satellites. Parmi eux, quatre ont une taille comparable à la Lune. Quand Jupiter est en opposition, au plus près de la Terre, la magnitude de ses lunes se situe entre 5 et 6. Cela signifie que, sans la luminosité de Jupiter à proximité, ces corps seraient visibles à l’oeil nu. La lunette utilisée par Galilée en 1610 suffit à rendre ces lunes détectables.
Fin 1609, alors qu’il terminait une série d’observations de la Lune, Jupiter était en opposition et l’objet le plus brillant du ciel hormis la Lune. Lorsqu’il eut fini d’améliorer sa lunette, Galilée la pointa vers Jupiter. Le 7 janvier 1610, il observa la planète et vit à côté d’elle ce qu’il prit pour trois petites étoiles alignées avec Jupiter. Cet alignement attira son attention et il y revint la nuit suivante. Lorsque Jupiter est près de l’opposition, elle se trouve du même côté du Soleil que la Terre. Toutefois, la Terre, plus proche du Soleil, se déplace sur son orbite plus vite que Jupiter. On voit donc Jupiter se déplacer dans la direction opposée par rapport aux étoiles : c’est la rétrogradation.
Galilée s’attendait donc à ce que Jupiter se soit déplacé d’est en ouest, en laissant derrière elle les trois étoiles. Au lieu de cela, il vit les trois étoiles à l’ouest de Jupiter. Tout se passait comme si Jupiter ne s’était pas déplacée vers l’ouest mais vers l’est ! C’était anormal et Galilée répéta les observations. Au cours de la semaine suivante, Galilée remarqua plusieurs choses. Tout d’abord, les petites étoiles ne quittaient jamais Jupiter et semblaient être entraînées avec elle. Deuxièmement, tout en suivant Jupiter, leur position entre elles et par rapport à Jupiter changeaient. Enfin, il n’y avait pas trois étoiles mais quatre ! Le 15 janvier, Galilée comprit qu’il ne voyait pas des étoiles mais quatre satellites tournant autour de Jupiter. Son livre, « Sidereus Nuncius » (« le Messager Céleste »), dans lequel il expose sa découverte, parut à Venise à la mi-mars 1610 et contribua à la notoriété de Galilée.

Observations de Galilée (1610) et positions réelles (par Ernie Wright)

Les lunes de Jupiter eurent un fort impact sur la cosmologie de l’époque. En 1610, le système d’Aristote (la Terre au centre) était attaqué par les astronomes partisans de Copernic (le Soleil au centre). Les Aristotéliciens avaient de nombreux arguments à opposer au système de Copernic, dont l’un d’eux devint obsolète suite à la découverte de Galilée. En effet, la cosmologie traditionnelle soutenait qu’il n’y avait qu’un centre du mouvement, le centre de l’univers : la Terre, et que tout tournait autour de notre planète. Dans le système de Copernic, la Terre tournait autour du Soleil et la Lune autour de la Terre : il y avait deux centres du mouvement, ce qui semblait absurde.
Pourtant, si la Terre était une planète, comme Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne, pourquoi serait-elle la seule à posséder une lune ? La découverte de Galilée répondit à cette question. La Terre n’est pas la seule à avoir une lune, Jupiter en a quatre (66 confirmées à ce jour !) : il y a donc bien au moins deux centres de rotation. Bien que l’existence de ces lunes ne soit pas une preuve du système de Copernic, elle renforça très certainement les convictions en sa faveur.

Galilée et le Soleil

Les tâches solaires sont des zones sombres de forme irrégulière sur la surface du Soleil. Leur caractère temporaire et cyclique a été établi au cours du siècle passé. A l’époque, les plus grandes tâches solaires étaient visibles à l’oeil nu sous des conditions d’observations favorables, comme quand le soleil est partiellement obscurci par des nuages ou du brouillard, particulièrement au lever ou coucher du soleil. De telles observations sans précaution sont totalement à proscrire aujourd’hui. L’observation directe du Soleil est en effet extrêmement dangereuse pour l’oeil et nécessite du matériel adapté sous peine de brûlures irréversibles de la rétine.
Les premières traces d’observations avérées de tâches solaires en Chine remontent à l’an 28 avant notre ère. La plus ancienne mention d’observation de tâches solaires date de 364 avant notre ère et revient à l’astronome chinois Gan De. En occident, la date est plus controversée. Il est possible que le philosophe grec Anaxagore ait observé une tâche solaire en 467 avant notre ère.

Dessin d’une tâche solaire, Jean de Worcester

Toutefois, dans la cosmologie aristotélicienne qui dominait alors, les cieux étaient considérés comme parfaits et immuables. Une tâche qui apparaîtrait et se déplacerait sur le Soleil signifierait que les cieux sont changeants. En vertu de ce dogme, de la difficulté d’observation des tâches et de leur nature cyclique, il n’est pas étonnant que les observations de tâches solaires soient presque inexistantes en Europe avant le XVIIe siècle. La première mention claire d’une tâche solaire revient au philosophe grec Théophraste vers 300 av. JC. Une observation plus récente eut lieu le 17 mars 807 ap. JC par le moine bénédictin Adelmus qui observa une grosse tâche visible pendant huit jours. Adelmus conclura cependant qu’il s’agissait d’un passage de Mercure devant le Soleil. Une grande tâche solaire fut également observée à l’époque de la mort de Charlemagne en l’an 813 de notre ère. Le 8 décembre 1128, le moine Jean de Worcester décrit et représenta les tâches solaires. Plus tard, Averroès fournira également une description des tâches vers la fin du 12ème siècle. Toutefois, ces observations furent également interprétées à tort comme des passages des planètes (transits) devant le Soleil. Il faudra attendre Galilée en 1612 pour avoir la première explication correcte des tâches solaires.
En 1607, Johannes Kepler voulut observer un passage prévu de Mercure devant le disque solaire. Le 28 mai, devant l’image du Soleil, il s’attendait à voir une tâche noire à travers un petit trou pratiqué dans le toit de sa maison (une « camera obscura » ou chambre noire). Kepler observa effectivement une tâche noire. S’il avait été en mesure de poursuivre l’observation le lendemain, il aurait à nouveau vu la tâche. Comme il savait que Mercure met quelques heures pour passer devant le disque solaire, il aurait compris que ce qu’il avait observé ne pouvait être la planète Mercure. L’étude scientifique des tâches solaires débuta en Occident peu après l’introduction de la lunette astronomique en 1609. Encore aujourd’hui, des controverses persistent sur la date et l’identité du premier observateur des tâches solaires à la lunette. À partir de 1610, pas moins de quatre astronomes eurent l’idée d’observer le soleil à la lunette et observèrent les taches solaires. Tous se tiennent dans un mouchoir de poche.

Dessins de tâches solaires, Harriot, décembre 1610

Nous retrouvons Thomas Harriot dont le nom a déjà été évoqué pour l’observation de la surface de la Lune (cf. plus haut). En décembre 1610, Harriott observa et dessina les tâches solaires. Bien qu’il partageât ses observations avec des correspondants anglais, il ne les publia pas. En février-mars 1611, Johannes Fabricius pointa sa lunette sur le soleil levant et observe plusieurs tâches. Il appela son père et tous deux étudièrent le phénomène. L’observation directe du Soleil leur était tellement insoutenable (à totalement proscrire de nos jours sous peine de perdre instantanément la vue !) qu’ils utilisèrent par la suite une chambre obscure pour l’observation du Soleil. Père et fils observèrent les tâches pendant plusieurs mois et remarquèrent qu’une dizaine de jours plus tard elles disparaissaient du bord ouest du Soleil pour réapparaître sur le bord est.

« Trois lettres sur les tâches solaires », Scheiner

En mars-avril 1611, le prêtre jésuite Christoph Scheiner observa les tâches solaires depuis Ingolstadt en Allemagne avec un télescope muni d’un filtre de verre coloré. Il débutera une étude approfondie des tâches à partir d’octobre 1611. Scheiner envoya régulièrement ses observations à Marcus Welser, un riche banquier et politicien de l’époque, qui les publiera sous le titre « Trois lettres sur les tâches solaires écrites à Marc Welser », le 5 janvier 1612.
Le 13 juin 1611, Johann Fabricius publie « De Maculis in Sole Observates et Apparente earum cum Sole Conversione Narratio » (« Narration de taches observées sur le Soleil et de leur apparente rotation avec le Soleil »). Bien que l’ouvrage soit dépourvu d’illustrations et de dates, Fabricius y affirme sans en apporter la preuve que les tâches sont sur le Soleil et que celui-ci tourne probablement sur lui-même. David, le père, réfute le fait que les tâches se trouvent sur le Soleil. Le livre n’attira que peu l’attention à l’époque si bien que Galilée et Scheiner n’en eurent pas connaissance. Kepler, toutefois, attribuera plus tard la découverte des tâches solaires à Fabricius.

Tâches solaires, Galilée, 1612

Au cours de l’hiver 1611-1612, Galilée reçut de la part de Marc Welser une copie des travaux de Scheiner sur lesquels Welser demandait l’avis de Galilée. S’en suivra une bataille épistolaire entre Galilée et Scheiner. En avril 1612, Galilée débuta son étude des tâches solaires, assisté de Benedetto Castelli lequel mettra au point une technique de projection de l’image du Soleil à travers la lunette. Il devint alors possible d’étudier en détail le Soleil même lorsque celui-ci est haut dans le ciel. Galileo écrit sa première lettre à Welser (que celui-ci fera parvenir traduites à Scheiner) sur les taches solaires et indique que les taches sont sur la surface du Soleil ou dans son atmosphère sans pour autant savoir avec certitude ce qu’elles sont réellement. En août et décembre 1612, Galilée écrit respectivement sa deuxième et troisième lettre à Welser alors qu’en octobre 1612, Welser publia de nouvelles observations de Scheiner. Durant l’été 1613, les trois lettres de Galilée sont publiées. Il y attaque les affirmations de Scheiner qui défendait la nature parfaite (sans tâches !) du Soleil et interprétait les tâches solaires comme étant des satellites du Soleil.

Galilée développe par la même occasion des arguments qui finiront par convaincre Scheiner. En effet, lorsque les tâches approchent d’un des bords du disque solaire, elles apparaissent de plus en plus étroites et leur mouvement apparent ralentit. Ces deux phénomènes sont des illusions produites par une sphère en rotation. Bien que les yeux de Galilée ne puissent pas percevoir le mouvement en trois dimensions des tâches, son entraînement artistique et notamment son habitude de la perspective lui permirent de comprendre ce qu’il se passait réellement. Prenons l’exemple d’un globe ou d’un ballon. Quand un objet dessiné sur une sphère pointe vers vous, il apparaît sous sa forme et dimensions réelles. Mais si le ballon tourne, l’objet dessiné paraît sous un angle différent et semble devenir plus étroit que lorsqu’il était vu de face. En outre, les tâches avaient des formes très irrégulières et quelquefois apparaissaient et disparaissaient sur le disque, chose que les satellites en orbite ne peuvent faire. Galilée se rendit ainsi compte que les taches solaires devaient se trouver sur la surface du Soleil, que ce Soleil était en rotation sur lui-même et confirma ainsi l’intuition spectaculaire de Johannes Fabricius.
Par la suite, Galilée et Scheiner entrèrent rapidement en conflit rangé par rapport à la priorité de la découverte des tâches solaires. En 1623, Galilée publie « il Saggiatore » (« L’essayeur ») dans lequel il revendique, sans incriminer Scheiner, la paternité de la découverte. Scheiner publie quant à lui en 1630 « Rosa Ursina ». Cet ouvrage deviendra la référence en matière de tâches solaires durant plus d’un siècle. Scheiner y maintint qu’il était le découvreur des tâches mais abandonna le dogme du Soleil parfait ainsi que son idée des satellites du Soleil. Il alla plus loin en mesurant précisément la période de rotation du Soleil et montra que les tâches situées loin de l’équateur se déplaçaient moins rapidement, établissant ainsi l’existence d’une rotation différentielle pour le Soleil. Ce phénomène est connu aujourd’hui pour être à l’origine de la formation des tâches solaires.

Pour résumer, Galilée ne fut pas le premier à observer les tâches solaires, ni même à affirmer qu’elles appartiennent au Soleil. Thomas Harriot fut probablement le premier à les observer. Johannes Fabricius fut le premier à publier et à donner une interprétation correcte du phénomène en 1611. Christophe Scheiner publia quant à lui ses « Lettres sur les tâches solaires » peu après. Galilée n’édita ses observations qu’en 1613.

Pourquoi a-t-il compris avant les autres ?

Que ce soit par le relief de la Lune, les satellites de Jupiter ou encore les tâches solaires, Galilée a fait preuve d’une remarquable perspicacité. D’ailleurs les mots « perspective » et « perspicace » partagent une origine étymologique commune (du latin perspicax, de perspicere « voir à travers », « discerner »).
Galilée fréquenta l’Académie de Dessin de Florence, créée en 1563 par Giorgio Vasari. Lieu culturel prestigieux, l’Académie favorisa la relation entre arts et sciences. En 1588, Galilée devint instructeur à l’Académie de Dessin et y enseigna les techniques de la perspective et du clair-obscur. Inspiré par la tradition artistique de la ville et les travaux des artistes de la Renaissance, Galilée devint familier avec les arts de son temps. Il rencontra à cette occasion le peintre Cigoli avec qui il noua une amitié qui dura toute sa vie. On se rend mieux compte du rapport que Galilée entretient avec les arts grâce aux lettres qu’il écrivit à Cigoli …

« Sans la compréhension de l’art du dessin, un mathématicien, si grand qu’on le veuille, sera non seulement une moitié de mathématicien, mais encore un homme sans yeux. »

Galilée, Lettre à Cigoli, 1611

« Il est faux de soutenir que la sculpture soit plus admirable que la peinture pour la raison que l’une posséderait le relief et l’autre pas (…). Combien plus admirable encore faut-il estimer la peinture si, sans posséder de relief, elle nous en montre autant que la sculpture ! (…) Ce n’est pas d’être large, longue et profonde qui confère à la statue son relief, mais d’être par endroits claire et par endroits obscure. (…) L’on connaît la profondeur, non comme objet de la vue, mais en fonction du clair et de l’obscur. »

Galilée, Lettre à Cigoli, 1612

Revenons aux observations de Galilée. Par deux fois, Harriot le précède en observant les étranges tâches sur la Lune ainsi que les tâches solaires mais n’en tire pas de conclusion. Pourquoi ? Sa lunette était-elle moins performante ? C’est peu probable. L’explication la plus plausible réside dans le contexte artistique dans lequel baignaient les deux hommes au début des années 1600.
Alors que l’Angleterre de Thomas Harriot était encore dans une conception pré-perspective, la technique de la perspective et du clair-obscur se répandait déjà dans l’Italie de la Renaissance. Profanes et intellectuels étaient entourés de nombreuses images et peintures utilisant ces nouvelles techniques afin d’obtenir une représentation fidèle du monde réel. De nombreux tableaux montrent en effet l’omniprésence de la perspective à cette époque en Italie, comme « La cité idéale«  (env. 1460-1500), « Jésus remettant les clés à St Pierre » (Le Pérugin, 1481), « L’Annonciation » (Carlo Crivelli, 1486). D’autres montrent pour la même période ou ultérieure, une non-maîtrise ou une maîtrise imparfaite de la perspective, comme « Old St Paul’s Cathedral » (Gipkyn, 1616).

Elizabeth 1er, N.Hilliard (1592)

Attardons nous sur deux tableaux : « Elizabeth 1er » (1592) de Nicholas Hilliard (1592) et « Léda et le Cygne » (vers 1510-1520) probablement de Cesare da Sesto, d’après l’original perdu de Léonard de Vinci. Ces tableaux témoignent de l’état de la peinture anglaise et italienne à l’époque. Le portrait d’Elizabeth 1er ne montre aucune profondeur de champ, ni d’éléments descriptifs ou de relief en arrière-plan. On pourrait ajouter que les proportions de la silhouette de la reine sont quelque peu atypiques. En revanche, dans le second tableau, tous les reliefs, y compris ceux du corps, sont parfaitement visibles. La profondeur de champ est saisissante, la forme et le rendu de la silhouette sont harmonieux. Il s’agit là de l’univers visuel de Galilée, du contexte artistique dans lequel il évolue et avec lequel il est très familier.

Léda et le Cygne, d’après Leonard de Vinci (vers 1510-1520)

Les talents artistiques de Galilée, et les exercices picturaux sur figures géométriques qu’il réalisa en jouant avec la profondeur et la projection des ombres, le rendirent sensible à certains indices visuels qu’il perçut dans les images à deux dimensions fournies par sa lunette.
C’est ainsi qu’il eut l’intuition des montagnes lunaires en comprenant qu’il en observait les ombres sur la Lune, un peu à l’image de la technique du clair-obscur qui consiste à réaliser une gradation de couleur sombre pour créer des effets de relief.
C’est ainsi qu’il eut l’intuition, grâce à la profondeur due aux effets de perspective dans les tableaux de l’époque, que les quatre lunes tournaient autour de Jupiter. Enfin, toujours grâce à la perspective, il comprit que les tâches solaires appartenaient au Soleil comme en témoigne cet extrait de son ouvrage « Dialogue sur les deux grands systèmes du monde » publié en 1632.

« Quand on n’ignore pas totalement la perspective, du changement apparent des figures et des vitesses du mouvement, il faut conclure que les tâches sont contiguës au corps solaire et que, touchant sa surface, elles se meuvent avec lui ou sur lui (…). À preuve, leur mouvement : il paraît très lent au bord du disque solaire et plus rapide vers le centre ; autre preuve encore, la forme des taches : au bord de la circonférence elles paraissent beaucoup plus étroites qu’au centre ; c’est qu’au centre on les voit en majesté, telles qu’elles sont vraiment, alors que près de la circonférence, quand se dérobe la surface du globe, on les voit en raccourci. »

Galileo Galilei

Notons néanmoins qu’en 1533 le peintre allemand Hans Holbein le Jeune peignit « Les Ambassadeurs ». Cette toile reste célèbre pour représenter une remarquable anamorphose. En effet, la forme allongée du premier plan se révèle être un crâne humain si l’on change de point de vue et que l’on se place très obliquement par rapport au tableau. Cette forme qui se révèle différemment selon l’angle sous lequel on l’observe n’est pas sans rappeler les observations de tâches solaires par Galilée. Ces dernières changeaient en effet d’aspect sur le bord du disque solaire …

La prochaine fois que vous verrez un tableau utilisant la technique de la perspective ou du clair-obscur pour donner une illusion de profondeur ou de relief, pensez à Galilée et ses géniales intuitions !

Jean-François Consigli