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NOTE
SUR LE
SYSTÈME ASTRONOMIQUE D’EUDOXE
PAR M. TANNERY
Dans un mémoire sur « Le sfere omocentriche di Eudosso, di
Calippo e di Aristolele » (Ulrico Hoepli, Milan, 1875),
M. G.-V.
Schiaparelli a reslitué avec un rare bonheur le système astronomique conçu par Eudoxe de Cnide au commencement du rv° siècle
avant J.-C. Ce systéme ayant été généralement méconnu par tous
les historiens de l’astronomie, nous essaierons d'en donner une
idée succincte d'aprés le travail de M. Schiaparelli, en employant
toutefois le calcul trigonométrique, dont il devait s'abstenir dans
la « divination » des connaissances à attribuer à Eudoxe, et en
cherchant á faire juger par lá de la valeur réelle du systéme et
du degré d'accord qu'il pouvait donner entre les théories et les
observations.
Chaque planéte (y compris le Soleil et la Lune) est supposée fixée
sur l'équateur d'une sphère particulière concentrique à la Terre et
animée d'un mouvement de rotation uniforme autour d'un axe
fixe par rapport à elle-même. Les pôles de cet axe sont fixés à
leur tour sur la surface d'une seconde sphère concentrique,
animée d'un autre mouvement de rotation autour d'un autre axe,
et ainsi de suite. Voilà l'idée générale du système.
Pour chacun des sept groupes de sphères ainsi imaginés, celle
qui enveloppe toutes les autres a son axe dirigé suivant celui du
monde. La durée de sa révolution est le jour sidéral; elle produit
l'apparence du mouvement diurne.
. La seconde sphère est inclinée suivant l'axe du zodiaque moyen
(écliptique). Pour la Lune, la durée de la révolution est celle de
la rétrogradation des nœuds, phénomène qu'elle représente.
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Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)NOTE
SUR LE
PAR M. TANNERY
Dans un.mémoire sur « Le sfere omocentriche di Eudosso, di
Calippo e di Aristolele » (Ulrico Hoepli, Milan, 1875), M. G.-V.
Schiaparelli a restitué avec un rare bonheur le système astrononique conçu par Eudoxe de Cnide au commencement du ıv® siècle
avant J.-C. Ce système ayant été généralement méconnu par tous
les historiens de l’astronomie, nous essaierons d’en donner une
idée succincte d'après le travail de M. Schiaparelli, en employant
toutefois le calcul trigonométrique, dont il devait s'abstenir dans
la « divination » des connaissances à attribuer à Eudoxe, et en
cherchant à faire juger par là de la valeur réelle du système et
du degré d'accord qu'il pouvait donner entre les théories et les
observations.
|
Chaque planète (y compris le Soleil et la Lune) est supposée fixée
sur l'équateur d'une sphère particulière concentrique à la Terre et
animée d'un mouvement de rotation uniforme autour d'un axe
fixe par rapport à elle-même. Les pôles de cet axe sont fixés à
leur tour sur la surface d'une seconde sphère concentrique,
animée d’un autre mouvement de rotation autour d'un autre axe,
et ainsi de suite. Voilà l'idée générale du système.
Pour chacun des sept groupes de sphères ainsi imaginés, celle
qui enveloppe toutes les autres a son axe dirigé suivant celui du
monde. La durée de sa révolution est le jour sidéral; elle produit
l'apparence du mouvement diurne.
. La seconde sphère est inclinée suivant l’axe du zodiaque moyen
(écliptique). Pour la Lune, la durée de la révolution est celle de
la rétrogradation des nœuds, phénomène qu’elle représente.
Pagina 3
Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)La troisième sphère de la Lune est inclinée suivant l'axe de
l'orbite lunaire.et tourne en un mois sidéral.
Calippe ajouta plus tard, pour représenter les inégalités de
mouvement sur l'orbite, une quatrième et une cinquième sphère,
qui sont les troisiéme et quatrième des planètes d'après Eudoxe.
“Pour le Soleil, les sphères sont analogues à celles de la Lune,
c'est-à-dire qu’Eudoxe supposait une nulalion, par analogie avec
les phénomènes lunaires, comme elle existe d'ailleurs réellement;
mais, par suite de l’inexactitude des observations, il Pexagérait,
sans aucun doute, et lui supposait une période très longue.
Les cinq planètes n'ont pas ce mouvement de nutation ou de
rétrogradation des nœuds; la seconde sphère d'Eudoxe accomplit
sa rotation pendant la durée de la révolution sidérale. C'est le
mouvement moyen en longitude.
La troisième sphère a ses pôles sur l'équateur de la seconde
(écliptique), à 90° de la position moyenne en longitude. La durée
de ga rotation est celle de la révolution synodique. La quatrième
sphère a ses pôles distants de ceux de la troisième d'un arci
spécial à chaque planète, et tourne en sens contraire avec une
vitesse égale.
Pagina 4
Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)Nous pouvons faire abstraction des deux premières sphères.
Soit AA' les pôles de la troisième sur l’écliptique AOA' (fig. 1); soit
Parc de grand cercle AB = 5, faisant l'angle variable m avec le
plan ACA’ passant par les pôles de Pécliptique. Menons le quadrant
BP faisant le même angle m avec Parc de cercle perpendiculaire
en B au précédent; P sera le lieu de la planète correspondant à
langle m. Joignons P au pôle de Pécliptique par Parc de grand
cercle CQP, PQ sera la latitude (australe) — À, OQ l'équation de
longitude È.
Prolongeons l'arc AB jusqu’en A’ et menons PT perpendiculaire;
l'arc PT — 3 — m et TA' = 3 — i. Comparons l'hypoténuse des
deux triangles fectangles PQA’, PTA’. Nous avons immédiatement
(4)
sinècosì = sintsinm.
Menons AP, qui coupe en S le grand cercle COC’ perpendiculaire au plan de la figure. Dans le triangle CSP, rectangle
en S,.
— sin) = cosCScosSP,
or
CS—RS + m,
sin) = cosSP sinRS sinm — cosSP cos RS cosm.
.
.
a
IN
Te
Mais dans.le triangle ABP, où RS —BAP et BP — 5°
cosSPsinRS = cosm,
et dans les triangles rectangles RSP, RPT,
cos SP cos RS = cos RP = costsinm.
Ainsi
sin À = cosm sin m — Cos ¿sin M COS mi
ou
(2)
sind = — sin? 3 sin 2m.
La courbe définie par les équations (1) et (2) a la forme d’un 8
très allongé couché suivant l'écliptique; le point double est en O,
‘lieu de la longitude moyenne, è varie entre + i et — i, À entre
+ arc sin (sin 5) .
Pagina 5
Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)Si nous cherchons á représenter par ce procédé le mouvement
du Soleil, nous n'avons qu'à supposer m complé à partir du
périgée et sin’ ; négligeable,
= sintsinm,
1=0.
Or nous avons, si e est l’excentricité de l'orbite
.
è
.
à = 2esinm + 5 esin2m + ----
Si nous négligeons les termes en e*, les deux formules s'iden-
4 out 0.; g est d'environ
’
]
o
do,
tifient en posant sin ¿= 2e, soit e = gp?
Le mouvement maximum en latitude sin’
minute; il était complètement négligeable.
t
2
n'atteint pas une
|
Pour la Lune, en supposant les arcs comptés sur l'orbite lunaire
et la durée de la révolution des sphères égale à celle du mois
anomalistique, on se trouvera dans des conditions analogues;
-
4.
ua
e étant environ is’? sera d'environ 6°, et le mouvement en
latitude, à partir de l'orbite lunaire, n'atteindra pas 9’.
En résumé, le système d’Eudoxe permet de représenter les
inégalités propres des mouvements planétaires avec autant d'exactilude que celui des épicycles.
Il nen est pas tout à fait de même pour les inégalités des
mouvements héliocentriques.
Pour une première approximation, nous négligerons l'inégalité
propre de la planète et celle du Soleil, et par conséquent l’excentricité des orbites ainsi que le carré de l’inclinaison de l'orbite
sur Pécliptique.
-
=
Si, pour une planète supérieure, nous comptons les longitudes
a partir de la conjonction, soit L la longitude moyenne de la
planète, Q celle du nœud, 6 Pinclinaison de l'orbite sur l'écliptique, a le rapport des distances du Soleil à la Terre et à la planète,
enfin m la différence des longitudes moyennes du Soleil el de la
Pagina 6
Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)planéte (mouvement synodique), nous pouvons poser, dans ces
hypothèses,
BL
a sin m
com’
igi
__6 sin(L—Q)
‘sinda sinm
Pour une planète inférieure, nous désignerons par L la longitude
moyenne du Soleil, identique à celle de la planète, comptée
toujours à partir de la conjonction supérieure; par a le rapport
des distances du Soleil à la planète et à la Terre, et par m la différence de la longitude héliocentrique moyenne de la planète à la
longitude moyenne géocentrique. Nous aurons alors
os — _ esinm
È
o —
A-+-ucosm .
igh
sin (m — 3)
sin (L+m—Q)
—
.
sin m
-
.
Nous remarquons tout d'abord que le système d'Eudoxe nepeut
nullement représenter les mouvements en latitude, qui
sont
soumis á une double période, celle de L et celle de m, tandis que
les mouvements en longitude n'ont qu'une seule période, comme
| les expressions qui représentent son système. Sous le rapport des
mouvements en latitude, il faudra donc le considérer comme
satisfait, sil n’y a pas de désacord marqué entre les digressions
maxima en théorie et en observation. -
Pour les mouvements en longitude, il y aura également
désaccord, les maxima réels de à n'ayant pas lieu pour cos m= 0,
mais pour cos m = — a; toutefois si a est suffisamment petit, le
désaccord est négligeable.
|
En négligeant a*, on a è == a sin m,
|
On pourra poser a —sin i et identifier les formules; pour
Salurne a = TE , ¢ sera d'environ 6°, lo mouvement en latitude
négligeable, il peut atteindre en réalité 3°; pour Jupiter a = 5.3 ?
t est d'environ 13°, le mouvement en latitude ne dépassera
pas 44'; il peut atteindre en réalité près de 1°1/2.
Pour Mercure, on peut encore représenter le mouvement dans
une certaine mesure, qui pouvait suffire pour les anciens, pour
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Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)lesquels cette planète n’était observable que dans une petite partie
de son cours; pour Mars et Vénus, il n’en était pas de même, le
systéme devait étre corrigé.
Il le fut par Calippe; nous avons vu sa correction pour la Lune
et le Soleil; il considéra le mouvement de Saturne et de Jupiter
comme suffisamment représentés, mais ajouta une troisième
sphère pour Mars, Vénus et Mercure; en l'absence d'indications
historiques, le système de Calippe ne peut être restitué. M. Schiaparelli a donné une élégante solution pour Mars et Vénus; elle ne
s'applique pas à Mercure.
Voici cette solution : Soit AA’ les pôles de la troisième sphère
sur Pécliptique AOA’. Menons le quadrant AB faisant l'angle
variable m avec le plan ACA’ passant par“les pôles de l'écliptique.
B sera le pôle de la quatrième sphère. Menons par B, l'arc BD —:
faisant l'angle A’
BD = 2 m avec le grand cercle précédent, D sera
le pôle d'une cinquième sphère. Menons par D le quadrant DP
faisant Pangle m avec le grand cercle perpendiculaire en D a
l'arc BD, P est le lieu de la planète; PQ la latitude A, OQ Péquation de longitude è.
Menons le demi grand cercle ASP A’, coupant OC en S à angle
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Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)droit, et comparons cos A’P dans les triangles A'PQ et A'BP,
-cos A'P = sinSP = sin écoss= sinBPcosPBA'
= sinBPcos2mcosDBP + sinBPsin2msinDBP.
Mais dans le triangle D BP
.
cosicosBP
+ sin ¿sin BP cos DBP =0.
Or,
|
cosBP —sin ¿sin m;
donc
sin BP cosDBP —=—cosisinm,
et d'autre part
|
sin
BP sin DBP = cosm,
d'où
sin
ô così == — cost sinm cos 2m + cosmsin2m
(3)
= sinm (1 + 2 sin? > cos 2m) .
De même, dans le triangle CSP, rectangle en S,
+“
sin) = cosCScosSP = cosmcosBScosSP — sinmsinBScosSP.
Or
cos BS cos SP = cos BP = sinisinm,
sinBScosSP = sinBP cosP
BS = sinBP sinPBA'
= sinBP
sin DBP cos2m— sin BP cosDBPsin2m.
Substituant les valeurs précédemment trouvées,
sind = sinisinmcosm— sinm (cosmcos
2m + cosisinmsin2m),
.
e
e e
e
o î
sin)
= sinmcosm
(sin
i— cosi—2sin?
- cos 2m)
2
infî_;
(4)
sin2m | "La )
= ——
Va
ot
+ 2sin* 3 cos2m
.
2
Les équations (3) et (4) définissent le lieu du point P; pour la
discussion de la courbe, il convient de prendre pour coordonnées
À et SP (sin SP = sin 3 cos À) plutôt que À et à.
T. I (2° Série).
Pagina 9
Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)Si t = 0, la courbe est identique avec celle d'Eudoxe, lorsqu'on
suppose, au contraire, pour celle-ci, i — 3 , C’est la courbe de la
voûte quarrable de Viviani; elle embrasse la moitié de l'écliptique
avec des digressions en latitude de 30° de part et d’autre.
Si ¢ augmente jusqu'à la valeur arc tg 7 = 19°28' 16”, elle
conserve la même forme, l'arc embrassé de chaque côté du point
double O sur l'écliptique étant —3 — t. Les digressions en latitude
diminuentjusqu'à 7* 27 50".
Au delà de la valeur¿ = arc PE , la courbe, quand m varie
de 0 à 5 au lieu de rester constamment au-dessous de l’écliptique,
le coupe en un point dont Pabscisse est toujours 5 — i pour la
valeur de m correspondant a
sinn —
—
—
.
3
4
V2.sin 3
et revient á ce point en décrivant une boucle. Quand m varie dans
. les autres quadrants, la courbe décrite est symétrique par rapport
à l'écliptique, au point double O ou au plan perpendiculaire a
l'écliptique.
L'importance de la boucle grandit à mesure que + augmente;
la digression maximum de latitude correspondante devient égale
cn valeur absolue à celle de l'autre partie quand ¢ = rt la dépasse
au dela; ce maximum n'est d’ailleurs que de 4° 11° 57" quand
i= ; , mais il augmente au delà jusqu’à 12°80' 14’ pour i=3
m= 60; pour cette valeur extrême de ¿, la courbe se réduit à
quatre boucles aboutissant au point multiple 0.
Le maximum de distance x au grand cercle perpendiculaire
en O à Pécliptique (sin x = sin à cos À) ne descend jamais au-dessous de i qui est sa valeur constante pour m = E ce qui rend
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Bekijk in PDF(opent in een nieuw venster)la courbe inapplicable à la représentation du mouvement de
Mercure, pour lequel l'élongation maximum n'atteint jamais 29°.
Elle est 23° environ en moyenne.
Celle distance x descend à son minimum y quand t= 60°:
pour i = x elle est de 47°40' 30", pour i=; de 50°20° 10’.
Il est clair qu'avec une courbe de cette nature, les mouvements
en longitude de Mars et de Vénus ne peuvent élre exactement
représentés; elle offre, en effet, pendant la révolution synodique
quatre maxima pour à, tandis qu'il n'y en a que deux en réalité.
Si l'on cherche à obtenir l'égalité aux quadratures, on pourra y
arriver en posant cot t = a. On trouvera alors :
pour Mars,
i = 86°43! 47", 37 i = 33°46' 43";
pour Vénus,
i= B407'44",
5 — i = 38°52" 49".
Le maximum de à d’après les formules se trouve alors compris entre 45° et 46°. Les digressions maxima vont à près de 9°;
ces nombres assez convenables pour Vénus sont un peu forts pour
Mars.
En résumé, comme théorie planétaire, le système d’Eudoxe et
de Calippe a surtout comme valeur d'être le premier qui ait
essayé de soumettre à une loi mathématique les inégalités de
mouvement et surtout les stations et rétrogradations des planètes,
qui étaient le phénomène le plus saillant pour les anciens.
La solution, simplement graphique, du problème d'Eudoxe, la
découverte de celte courbe (hippopède) sinueuse et de ses propriétés suffiraient, d’ailleurs, amplement à justifier la réputation
qu'Eudoxe avait acquise parmi ses contemporains, et que les
modernes ont, pour la plupart, attaquée avec la légèreté de
l'ignorance.
T. 1 (2° Série).