Urbain Le Verrier (1831) : de Neptune à Éole

Les orbites d’Uranus et de Neptune 

axes repèrent les lon­gi­tudes vues du Soleil. La posi­tion d’Uranus sur son orbite est indi­quée pour dif­fé­rentes dates par des cercles gris fon­cé ; les cercles blancs repré­sentent sché­ma­ti­que­ment les posi­tions qu’Uranus aurait dû occu­per en l’absence de per­tur­ba­tion par Nep­tune (l’écart avec les posi­tions réelles est ici très exa­gé­ré). L’orbite de Nep­tune est éga­le­ment tra­cée, avec sa posi­tion pour les mêmes dates (cercles gris clair). Comme Nep­tune tourne moins vite qu’Uranus, on voit que son attrac­tion a accé­lé­ré Ura­nus avant la conjonc­tion de 1821, et l’a retar­dé ensuite. 

L’orbite de Nep­tune cal­cu­lée par Le Ver­rier est indi­quée, avec les posi­tions tou­jours pour les mêmes dates (cercles noirs). Vue de la Terre, la posi­tion cal­cu­lée pour la date de la décou­verte (23 sep­tembre 1846) est 1° en arrière de la posi­tion réelle. L’orbite de Nep­tune cal­cu­lée par Adams est assez voi­sine de celle de Le Ver­rier pour la période consi­dé­rée, mais sa direc­tion pour la date de la décou­verte (cercle hachu­ré) est plus de 2° en avant de la posi­tion réelle.

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Un problème ardu

Urbain Le Ver­rier sup­pose que la loi empi­rique de Titius-Bode s’ap­plique aus­si à la nou­velle planète

Cette idée se répand rapi­de­ment dans le monde scien­ti­fique. Le célèbre astro­nome alle­mand Frie­drich Wil­helm Bes­sel (1784−1846) charge un de ses élèves d’é­tu­dier la ques­tion, mais celui-ci meurt pré­ma­tu­ré­ment en 1840. Bes­sel lui-même, très malade, dis­pa­raît en 1846 ; sinon, il est pro­bable qu’il aurait réso­lu le pro­blème. De son côté, un jeune Anglais, John Couch Adams (1819−1892), s’y attelle en 1844 ; nous allons voir ce qu’il en est adve­nu. La France ne pou­vait être en reste : Fran­çois Ara­go (1786−1853, X 1803), res­pon­sable de l’Ob­ser­va­toire de Paris, décide de s’en occu­per. Ne voyant per­sonne à l’Ob­ser­va­toire qui ait les capa­ci­tés néces­saires, il pro­pose à Le Ver­rier à l’é­té 1845 d’a­ban­don­ner ses recherches pour se consa­crer au pro­blème d’Uranus.

Un an après, Le Ver­rier l’a résolu.

Le pro­blème est nou­veau et déli­cat. Il y a de nom­breuses incon­nues à déter­mi­ner : on ne connaît ni l’or­bite, ni la posi­tion, ni la masse de la pla­nète trou­blante, mais on ne sait même pas ce que serait l’or­bite d’U­ra­nus en l’ab­sence des per­tur­ba­tions que pro­duit cette planète.

On est obli­gé de poser une hypo­thèse sur la dis­tance de la pla­nète trou­blante : en effet, ce qu’on peut espé­rer déter­mi­ner est son action gra­vi­ta­tion­nelle, qui est pro­por­tion­nelle à M/D2, où M est sa masse et D sa dis­tance à Ura­nus, mais sans pou­voir sépa­rer ces deux fac­teurs. Urbain Le Ver­rier sup­pose donc que la fameuse loi empi­rique de Titius-Bode, qui paraît régir les dis­tances des pla­nètes au Soleil, s’ap­plique aus­si à la nou­velle pla­nète ; le demi-grand axe de son orbite doit alors mesu­rer 39 uni­tés astro­no­miques. La figure ci-des­sous montre la solu­tion à laquelle Le Ver­rier est arri­vé en uti­li­sant cette hypothèse.

Détour par Berlin

Une lettre de J. G. Galle

Le 25 sep­tembre 1846, l’as­tro­nome Galle écrit en fran­çais à Le Ver­rier : « Mon­sieur, la pla­nète, dont vous nous avez signa­lé la posi­tion, réel­le­ment existe. Le même jour où j’ai reçu votre lettre, je trou­vais une étoile de 8^e gran­deur, qui n’é­toit pas ins­crite dans l’ex­cel­lente carte Hora XXI (des­si­née par M. le Dr Bre­mi­ker) de la col­lec­tion des cartes célestes publiée par l’A­ca­dé­mie de Ber­lin. L’ob­ser­va­tion du jour sui­vant déci­da que c’é­tait la pla­nète cherchée. »

Sûr de lui, Le Ver­rier annonce le 1^er juin 1846 à l’A­ca­dé­mie des sciences qu’il a réso­lu le pro­blème, et qu’il don­ne­ra ulté­rieu­re­ment les élé­ments qu’il pré­dit pour la nou­velle pla­nète, ce qu’il fait le 31 août. Or, on ne dis­pose pas à Paris de cartes du ciel assez pro­fondes qui per­met­traient de repé­rer la pla­nète, qui doit être assez faible, au milieu d’é­toiles de même lumi­no­si­té : celles-ci doivent déjà être recen­sées, pour évi­ter que la nou­velle pla­nète ne soit confon­due avec l’une d’elles.

De telles cartes n’existent qu’à Ber­lin : Le Ver­rier avait écrit le 18 sep­tembre à plu­sieurs col­lègues, dont l’as­tro­nome ber­li­nois Johann Gott­fried Galle (1812−1910), en leur don­nant la posi­tion pré­vue, et en leur deman­dant d’es­sayer de trou­ver l’ob­jet. Galle reçoit la lettre le 23. Le soir même, il découvre la pla­nète à 1° de l’emplacement pré­dit. Il la retrouve le len­de­main légè­re­ment dépla­cée par rap­port aux étoiles voi­sines, comme il se doit pour une planète.

Honneurs et célébrité

C’est le triomphe. Urbain Le Ver­rier devient immé­dia­te­ment célèbre, reçoit des lettres de féli­ci­ta­tions du monde entier, est com­blé d’hon­neurs. Gri­sé par son suc­cès, il com­mence à irri­ter sérieu­se­ment ses contem­po­rains. En par­ti­cu­lier, il sug­gère dis­crè­te­ment de bap­ti­ser la nou­velle pla­nète » Pla­nète Le-Ver­rier « , ce qui est contraire aux usages des astro­nomes et fera long feu : on l’ap­pel­le­ra Neptune.

Doutes

Cer­tains n’hé­sitent pas à cri­ti­quer la décou­verte de Le Ver­rier, et ils ont des argu­ments. William Las­sell (1799−1880) découvre dès le 10 octobre 1846 un satel­lite à Nep­tune, Tri­ton, dont il déter­mine l’or­bite au bout de quelques mois. Il en déduit la masse de la pla­nète, qu’il trouve égale à 20 fois celle de la Terre en uti­li­sant le demi­grand axe de l’or­bite de Nep­tune sup­po­sé par Le Ver­rier. Or, celui-ci avait pré­dit 36 masses ter­restres. Rien ne va plus, et la décou­verte elle-même est mise en doute, jus­qu’à ce que de nou­velles obser­va­tions de Nep­tune montrent qu’elle n’est qu’à 30 uni­tés astro­no­miques du Soleil : alors, tout rentre dans l’ordre.

Antériorité contestée

Il sug­gère de bap­ti­ser la nou­velle pla­nète « Pla­nète Le-Verrier »

En Angle­terre, Adams avait réso­lu le pro­blème d’U­ra­nus un an avant Le Ver­rier. Mais, timide et moins sûr de lui que son homo­logue, il n’a­vait pas réus­si à convaincre le pape de l’as­tro­no­mie anglaise, George Bid­dell Airy (1801−1892), de la vali­di­té de son étude. À l’an­nonce des tra­vaux de Le Ver­rier, Airy se décide enfin à faire recher­cher la pla­nète trou­blante sur les indi­ca­tions d’A­dams. Mais cette recherche est menée en dépit du bon sens et les Anglais arri­ve­ront trop tard. Il s’en est sui­vi des contro­verses inter­mi­nables sur la prio­ri­té de la décou­verte, où le natio­na­lisme a évi­dem­ment joué un grand rôle. Ces contro­verses se sont apai­sées il y a quelques années, nos col­lègues anglais recon­nais­sant la prio­ri­té incon­tes­table de notre héros natio­nal, qui est le pre­mier à avoir publié son travail.

L’avance anormale du périhélie de Mercure

C’est au cours du grand tra­vail de sa vie que Le Ver­rier découvre en 1859 l’a­vance anor­male du péri­hé­lie de Mer­cure. C’est un très petit effet – 38 secondes de degré par siècle -, mais Urbain Le Ver­rier est sûr de ses cal­culs, qui seront du reste véri­fiés par le grand méca­ni­cien céleste amé­ri­cain Simon New­comb (1835−1909), qui don­ne­ra la valeur défi­ni­tive de cette avance, 43″ par siècle.

Le Ver­rier pense qu’elle est due à l’ac­tion gra­vi­ta­tion­nelle d’une nou­velle pla­nète (qu’on dénomme Vul­cain), ou d’un essaim de petites pla­nètes entre le Soleil et l’or­bite de Mer­cure. Lui-même, ses contem­po­rains et ses suc­ces­seurs feront de gros efforts pour décou­vrir ces astres : Le Ver­rier, qui n’est guère obser­va­teur, se rend même en Espagne en 1860 à l’oc­ca­sion d’une éclipse totale de Soleil, espé­rant voir la nou­velle pla­nète pen­dant la tota­li­té. Per­sonne ne décou­vri­ra jamais rien, et il fau­dra attendre 1915 pour que la rela­ti­vi­té géné­rale donne l’ex­pli­ca­tion du phé­no­mène, qui offre du même coup la pre­mière véri­fi­ca­tion obser­va­tion­nelle de la théo­rie d’Einstein.

Il fau­dra attendre 1915 pour que la rela­ti­vi­té géné­rale donne l’ex­pli­ca­tion du phénomène

Jalousies

On ima­gine l’éner­gie et les efforts d’or­ga­ni­sa­tion que Le Ver­rier a dû déployer pour par­ve­nir à créer le Ser­vice météo­ro­lo­gique inter­na­tio­nal, face à l’hos­ti­li­té de la marine, qui vou­lait son propre ser­vice mais ne fai­sait rien, et de la Socié­té météo­ro­lo­gique de France créée en 1852, qui était jalouse de ses prérogatives.

Le Verrier, fondateur de la météorologie européenne

La météo­ro­lo­gie a tou­jours fait par­tie des attri­bu­tions des astro­nomes, mais ils se sont géné­ra­le­ment conten­tés de faire des rele­vés régu­liers de tem­pé­ra­ture, de pres­sion et d’hu­mi­di­té. L’ap­pa­ri­tion du télé­graphe élec­trique vers 1850 va chan­ger pro­fon­dé­ment les choses. Urbain Le Ver­rier va d’a­bord l’u­ti­li­ser, sur une sug­ges­tion d’A­ra­go, pour syn­chro­ni­ser des hor­loges afin de mesu­rer des dif­fé­rences de lon­gi­tude. En 1854, il a l’i­dée de cen­tra­li­ser à l’aide du télé­graphe les obser­va­tions météo­ro­lo­giques réa­li­sées simul­ta­né­ment en dif­fé­rents points de la France, puis de l’Europe.

Dès 1856, treize sta­tions en France envoient trois fois par jour à l’Ob­ser­va­toire de Paris les rele­vés faits par les télé­gra­phistes eux-mêmes. La pre­mière pré­vi­sion est faite par Le Ver­rier et le direc­teur géné­ral des télé­graphes le 29 avril 1857. Le 2 novembre 1857 naît le Ser­vice météo­ro­lo­gique inter­na­tio­nal, où les rele­vés pro­ve­nant de cinq sta­tions télé­gra­phiques étran­gères s’a­joutent aux rele­vés fran­çais. À la fin de 1863, le ser­vice pos­sède 21 sta­tions en France et 46 dans le reste de l’Eu­rope. Le 1^er jan­vier 1864 est dif­fu­sée la pre­mière carte quo­ti­dienne de la situa­tion météo­ro­lo­gique, assor­tie d’une pré­vi­sion rudimentaire.

Le ser­vice météo­ro­lo­gique fonc­tion­ne­ra sans inter­rup­tion jus­qu’en 1877, y com­pris pen­dant la guerre de 1870. Cepen­dant, les astro­nomes se sont plaints de la place prise par la météo­ro­lo­gie : après la mort de Le Ver­rier, le ser­vice quit­te­ra l’Ob­ser­va­toire pour être trans­for­mé en un Bureau cen­tral météo­ro­lo­gique, ancêtre direct de Météo- France.

Ain­si, Le Ver­rier aura plei­ne­ment réus­si dans ce domaine inat­ten­du grâce à ses talents d’or­ga­ni­sa­teur. Cela, joint à sa décou­verte de Nep­tune et à celle de l’a­no­ma­lie du mou­ve­ment de Mer­cure, fait qu’on se sou­vien­dra long­temps de lui.

En savoir plus

L’au­teur de l’ar­ticle a écrit un livre publié en 2009 par EDP Sciences et l’Ob­ser­va­toire de Paris : Le Ver­rier, savant magni­fique et détes­té. Voir aussi :
http://www.grandpublic.obspm.fr/Bicentenaire-d-Urbain-Le-Verrier