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La création des observatoires au cours de la révolution scientifique (1500-1700) suivit un processus d'évolution allant d'observatoires entièrement indépendants gérés par un seul astronome à des observatoires privés bénéficiant d'un financement public ou privé, pour finir par des observatoires entièrement gérés par l'État. Ces derniers devinrent la marque permanente des efforts scientifiques d'une nation à travers le monde, et la plupart d'entre eux poursuivent encore leur travail aujourd'hui.
Objectif des observatoires
Les observatoires existaient dans l'Antiquité et au Moyen Âge dans le monde musulman. Il suffisait de disposer d'une plate-forme stable ouverte sur le ciel. Un mur nord-sud où l'on pouvait dessiner ou peindre un quadrant mural était également utile. Un des principaux observatoires du monde musulman était celui de Maragheh en Perse, fondé en 1259, l'une des premières institutions à tester les théories du cosmos à l'aide d'observations systématiques des corps célestes. Il servit peut-être de modèle à un autre observatoire célèbre, celui d'Ulugh Beg, fondé au début du XVe siècle à Samarcande, dans l'actuel Ouzbékistan. Curieusement, en Europe, les observatoires sont restés des affaires privées jusqu'à la seconde moitié du XVIIe siècle. Les astronomes privés avaient besoin d'une certaine somme d'argent, car leurs instruments pouvaient être coûteux, surtout lorsqu'ils passèrent de quadrants et de sextants relativement simples à des télescopes de haute technologie utilisant des viseurs de précision.
Malgré l'absence d'institutions officielles pendant la majeure partie de la révolution scientifique, de nombreux gouvernements et souverains manifestèrent un interêt enthousiaste pour les astronomes et leurs observatoires privés, car des cartes des étoiles plus précises rendaient la navigation maritime plus facile, plus sûre, plus rapide et moins coûteuse, tant pour les navires de commerce que pour les marines. Cette relation s'inscrivait dans le prolongement des liens étroits qui avaient toujours existé entre les astronomes et les souverains en leur qualité traditionnelle d'astrologues, c'est-à-dire de devins des événements futurs. L'astrologie resta un domaine d'étude important, mais en 1600, une séparation nette s'était déjà amorcée entre elle et le domaine plus scientifique de l'astronomie.
La révolution scientifique se caractérise par l'importance accordée au partage des recherches et des données. C'était particulièrement le cas en astronomie, où les astronomes tirèrent grandement profit de lectures comparatives des mêmes événements effectuées à partir de différents lieux géographiques. Les astronomes de toute l'Europe correspondaient entre eux, et les académies et sociétés scientifiques publiaient de nouveaux travaux et encourageaient la coopération internationale. C'est ainsi que notre connaissance du ciel et la précision des tables astronomiques et des cartes des étoiles ont fait de grands bonds en avant. Cette amélioration des connaissances n'a pas seulement transformé la cartographie, elle a aussi révolutionné la pensée, car de nombreuses théories séculaires de philosophie naturaliste concernant la relation de la Terre avec le Soleil, la Lune et d'autres corps célestes ont été renversées et remplacées par une toute nouvelle vision de l'univers et de la place qu'y occupe l'humanité.
Évolution des instruments
Les instruments essentiels d'un observatoire étaient le quadrant, le sextant et un chronomètre. Ces instruments permettaient de mesurer à l'œil nu les mouvements précis des corps célestes. L'évolution de la conception des télescopes a eu une réelle incidence sur les observatoires. Inventé vers 1608, peut-être par Hans Lippershey (c. 1570 à c. 1619), un lunetier flamand, le télescope réfracteur - avec une lentille concave et une lentille convexe à chaque extrémité d'un tube - fut perfectionné par l'astronome italien Galilée (1564-1642). L'instrument de Galilée mesurait 60 cm de long et présentait un grossissement étonnant de x33. L'astronome allemand Johannes Kepler (1571-1630) innova ensuite avec la lunette astronomique en 1611. Cet instrument utilisait deux lentilles convexes pour obtenir une image plus nette, mais il présentait l'inconvénient de voir l'image à l'envers. La lunette astronomique finit par s'imposer à partir des années 1640.
Le scientifique britannique Isaac Newton (1642-1727) conçut un télescope à réflexion en 1668. Ce type de télescope utilisait un miroir métallique incurvé qui améliorait la clarté de l'image. Le télescope de Newton avait un grossissement de x40 et était dix fois plus court que le télescope standard. À la même époque, l'astronome néerlandais Christiaan Huygens (1629-1695) fabriqua en 1686 une énorme lunette aérienne, la plus grande du monde. Sans tube et avec des lentilles éloignées les unes des autres, le télescope de Huygens avait une distance focale de 67 mètres (210 pieds). Parmi les autres innovations en matière d'instruments astronomiques, on peut citer l'ajout de mires télescopiques aux instruments traditionnels comme le quadrant, puis l'ajout de micromètres à ces mires pour prendre des mesures encore plus précises, notamment des angles. Il existait également des doubles télescopes, qui permettaient à deux observateurs de voir le même objet.
Tycho et Uraniborg
L'un des premiers observatoires construits au début de la période moderne en Europe se trouve en Allemagne centrale. En 1564, Guillaume IV de Hesse-Kassel (1532-1592), lui-même passionné d'astronomie, fournit les fonds nécessaires. Cet observatoire et d'autres semblables étaient temporaires et avaient une fonction spécifique. Un autre exemple d'observatoire temporaire se trouve à Rome, créé par le pape Grégoire XIII (en fonction de 1572 à 1585). Les astronomes avaient pour mission de confirmer l'inexactitude du calendrier existant.
Le premier observatoire d'envergure construit spécialement pour les besoins de l'astronomie fut l'idée de l'astronome danois Tycho Brahe (1546-1601). Le roi Frédéric II de Danemark et de Norvège (r. de 1559 à 1588) lui offrit l'île de Hven (Ven), où il construisit l'observatoire qu'il appela Uraniborg à partir de 1576. L'observatoire fut nommé en hommage à Urania, la muse grecque de l'astronomie, et se traduit par "la forteresse d'Urania". Le bâtiment principal comprenait des plates-formes d'observation, un immense quadrant mural et d'extravagantes flèches orientées vers l'est. Des jardins furent aménagés selon une géométrie précise et l'ensemble était entouré de hauts murs. Il y avait un atelier d'instruments, une imprimerie pour publier les recherches de Tycho et un laboratoire d'alchimie au sous-sol. Tycho était assisté dans son travail à Uraniborg par sa femme Kirstine et sa sœur Sophie.
Uraniborg devint une attraction touristique, avec des visiteurs de renom comme le futur Jacques Ier d'Angleterre (r. de 1603 à 1625). En 1597, Tycho, tombé en disgrâce auprès de la monarchie, fut contraint de quitter Uraniborg et l'observatoire tomba en décrépitude. Tycho s'installa à Prague, mais son dernier grand projet n'aboutit pas: construire un observatoire en Égypte pour cartographier les étoiles les plus méridionales. De retour au Danemark, l'élève de Tycho, Longomontanus (1562-1647), persuada la monarchie de financer un nouvel observatoire, cette fois à Copenhague, dans un bâtiment connu sous le nom de Tour ronde, achevé en 1656.
Observatoires universitaires
Le premier observatoire universitaire fut créé en 1633 à l'université de Leyde, la principale institution d'enseignement de la République néerlandaise. Il s'agissait d'un projet de Jacob Golius (1596-1667), professeur de mathématiques à l'université. Bien qu'il n'ait été installé que sur le toit de l'université, il disposait d'un immense quadrant de 2,13 m de haut. L'idée d'un observatoire permanent fut rapidement reprise dans d'autres universités européennes, notamment à Ingolstadt, en Bavière, en 1637. Mais c'était toujours des astronomes isolés qui développaient les observatoires les plus impressionnants.
Hevelius et Stellaeburg
En 1641, l'astronome polonais Johannes Hevelius (1611-1687) créa un observatoire à Dantzig (Gdańsk), en finançant lui-même le projet. Il fut aidé par sa femme et par de futurs talents comme Gottfried Kirsch (1639-1710). Hevelius fut surnommé le "lynx prussien" (Vertesi, 213) en raison de son sens aigu de l'observation. Une fois établi, Hevelius attira les investissements de plusieurs rois polonais et de Louis XIV (r. de 1643 à 1715). Hevelius appela son observatoire Stellaeburg, et il devint un tel sujet de conversation local qu'en 1660, il fut visité par le roi Jean II de Pologne (r. de 1648 à 1668). À Stellaeburg, Hevelius fit plusieurs découvertes importantes. Il observa la première étoile variable - une étoile dont l'éclat varie dans le temps - qu'il nomma Mira. Il identifia quatre nouvelles comètes (1652, 1661, 1672 et 1677). Il observa les rares transits de Mercure et de Vénus se déplaçant sur le Soleil. Il découvrit également que la Lune oscille, et il observa et cartographia sa surface de façon systématique.
Les observations d'Hevelius furent réalisées à l'aide d'un télescope spécialement conçu à cet effet, d'une longueur de 46 mètres (150 pieds). Il avait lui-même fabriqué l'instrument, y compris les lentilles spécialement rectifiées, en 1647. Hevelius resta fidèle aux instruments non télescopiques - son sextant, son quadrant et ses deux horloges à pendule - lorsqu'il mesurait le mouvement à long terme des corps célestes. Et il faisait preuve d'une remarquable précision. En 1679, lorsque l'astronome anglais Edmond Halley (1656-1742) visita Stellaeburg, il compara les données d'Hevelius avec ses propres relevés à l'aide d'un télescope et découvrit que les données d'Hevelius étaient remarquablement précises. Le 26 septembre 1679, Stellaeburg fut détruite par un incendie, probablement d'origine malveillante. Hevelius reconstruisit ses instruments et son observatoire afin de pouvoir achever l'œuvre de sa vie: Prodromus Astronomiae, un catalogue illustré complet et un atlas céleste de 1 564 étoiles. L'observatoire d'Hevelius fut le dernier observatoire privé à apporter une contribution significative à l'astronomie. Désormais, ce serait les observatoires rattachés à des institutions permanentes et à des gouvernements qui domineraient ce qui était devenu la première véritable science.
Edmond Halley et Sainte-Hélène
Les astronomes antérieurs avaient bien compris l'intérêt d'observer le ciel à partir de différents lieux géographiques, mais c'est Edmond Halley qui devint le premier scientifique globe-trotter. Halley navigua jusqu'à l'île de Sainte-Hélène, dans l'Atlantique Sud, où il arriva en 1677. L'expédition avait été financée par le trésor anglais et un navire avait été fourni par la Compagnie britannique des Indes orientales (EIC). La petite île volcanique de Sainte-Hélène, qui appartenait alors à l'EIC, était le seul territoire britannique de l'hémisphère sud. À une époque où l'empire et le commerce se développaient à l'échelle mondiale, le Trésor et l'EIC étaient très intéressés par l'amélioration de la précision de la navigation.
Halley établit un observatoire à Sainte-Hélène et procéda à des observations pendant deux mois. La capacité notoire de l'île à attirer les nuages compliquèrent les choses, mais suffisamment de relevés furent effectués pour que Halley puisse dresser la première carte des étoiles de l'hémisphère sud, sur la base d'observations faites à l'aide d'un télescope. Cette carte indique la position de 341 étoiles. Parmi les autres travaux notables réalisés à Sainte-Hélène, Halley observa en détail une éclipse totale de Lune et, chose rare, le passage de Mercure sur le Soleil. Dans le cadre d'une coopération de plus en plus fréquente entre scientifiques internationaux, ces dernières données furent comparées à celles d'astronomes français qui avaient observé le même phénomène depuis Avignon. Halley publia ses travaux de Sainte-Hélène en 1678, ce qui lui valut d'être nommé membre de la Royal Society.
Observatoire de Paris
L'astronomie devint de plus en plus sophistiquée et exigea des relevés d'observation de plus en plus réguliers et précis à l'aide de télescopes coûteux. Les jours des astronomes travaillant seuls étaient donc comptés. On s'éloigna également des particuliers pour se tourner vers une institution, qui existait de manière permanente, quels que soient les individus qui y travaillaient. Les observatoires soutenus par l'État avaient l'avantage de bénéficier d'un financement plus important, mais les astronomes devaient produire des travaux d'une utilité pratique pour l'État. Cela explique peut-être pourquoi certains astronomes préféraient encore faire cavalier seul et travailler en toute indépendance, comme l'astronome danois Ole Rømer (1644-1710).
L'Observatoire de Paris, fondé en 1667, était également le siège de l'Académie royale des sciences et du Jardin botanique royal. Collectivement, ces trois organismes firent de "Paris le centre de la science européenne" (Burns 2015, 104). Le bâtiment, situé au sud de la capitale française, fut achevé en 1672 et sa conception reflétait son objectif en tant que lieu général de la science, et pas seulement de l'astronomie. Par exemple, il y avait un escalier géant d'où l'on pouvait laisser tomber des objets et mesurer leur descente. Il y avait également un laboratoire de chimie. Le principal travail de l'observatoire consistait à aider l'Académie à créer une nouvelle carte de France et à améliorer les cartes de navigation.
Louis XIV était déterminé à créer une institution scientifique qui fasse l'envie de l'Europe. Il attira donc des talents de tous horizons en leur offrant des salaires mirobolants. L'astronome italien Gian Domenico Cassini (1625-1712) fut l'un d'entre eux, et c'est lui (et ses descendants) qui devint la figure de proue de l'observatoire. Comme plusieurs autres scientifiques, Cassini vivait dans des appartements situés dans l'enceinte de l'observatoire. Cassini et d'autres scientifiques parisiens partageaient leurs données avec des astronomes d'autres régions du monde afin d'obtenir des informations plus précises sur certains phénomènes. Un exemple est la comparaison des mesures de la parallaxe de Mars avec Jean Richer (1630-1696), qui était basé de l'autre côté de l'Atlantique, à Cayenne, en Guyane française. L'Observatoire de Paris envoyait régulièrement des astronomes faire des relevés dans des lieux aussi éloignés que le Canada français, la côte nord de l'Amérique du Sud ou la côte ouest de l'Afrique.
L'Observatoire de Paris comptait parmi son personnel des innovateurs et des découvreurs remarquables. Cassini identifia les espaces dans les anneaux de Saturne, appelés aujourd'hui "division de Cassini", il fut le premier à repérer quatre autres lunes de Jupiter (Galilée avait repéré les quatre premières) et il calcula plus précisément que jamais la distance entre le Soleil et la Terre (87 millions de milles). Christiaan Huygens, déjà mentionné, travailla pendant un certain temps à l'observatoire. Les astronomes Jean Picard (1620-1682) et Adrian Auzout (1622-1671) mirent au point des viseurs télescopiques dotés de minuscules fils mobiles (un micromètre) qui permettaient à l'observateur de mesurer les mouvements avec plus de précision. Une autre réalisation de l'Observatoire de Paris fut la découverte de la lumière zodiacale (lumière diffuse du soleil qui donne un éclat à certains corps célestes). L'Observatoire de Paris poursuit ses travaux aujourd'hui.
Observatoire de Greenwich
Charles II d'Angleterre (r. de 1660 à 1685), lorgnant sans doute sur la réussite de Louis XIV à Paris, finança sa propre institution à Greenwich, dans la banlieue de Londres. Fondé en 1675, John Flamsteed (1646-1719) en fut l'un des principaux astronomes. Les autres membres fondateurs étaient Robert Hooke (1635-1703), expérimentateur en chef de la Royal Society, Christopher Wren (1632-1723), architecte extraordinaire, et Jonas Moore (1617-1679), géomètre de l'Ordonnance. Wren, Moore et Hooke conçurent le nouveau bâtiment, bien qu'un manque de financement ait empêché la réalisation complète des plans originaux.
Greenwich n'était pas aussi bien financé que l'Observatoire de Paris; Flamsteed, l'astronome royal, ne recevait qu'un salaire modeste et devait payer lui-même ses instruments. Le salaire de Flamsteed était de 100 livres sterling par an, mais le coût de l'installation d'un quadrant mural dans l'observatoire s'élevait à 120 livres sterling. D'autres problèmes se posèrent également, tels que des relations floues avec la Royal Society, qui entraînèrent des conflits. Flamsteed, par exemple, n'était pas satisfait que la société ait donné de l'argent pour l'expédition de Halley à Sainte-Hélène, alors que cet argent aurait pu être mieux dépensé pour de nouveaux équipements astronomiques.
L'observatoire attira tout de même de nombreux talents. Halley, par exemple, en fut responsable de 1719 à 1742. Il put également compter sur de généreux donateurs privés, comme Moore, qui financèrent l'installation de technologies de pointe, telles que deux horloges à pendule, chacune dotée d'un pendule géant mesurant près de 4 mètres de long. Chaque horloge était équipée d'un mécanisme différent pour permettre aux astronomes de connaître l'heure exacte de leurs observations du ciel. En revanche, les subventions gouvernementales destinées à financer l'équipement dépendaient entièrement de la capacité des scientifiques à trouver des informations utiles à la navigation, en particulier à créer des cartes astronomiques permettant aux navigateurs de mesurer avec précision leur longitude. Greenwich devint le méridien d'origine et le centre du système horaire mondial (GMT ou Greenwich Mean Time) en 1884.
Essor mondial des observatoires
Georg Markgraf (alias Marcgrave, 1610-1644) créa en 1638 un observatoire sur l'île de Recife, qui faisait alors partie du Brésil portugais. Il s'agissait du premier observatoire de l'hémisphère sud. Les missionnaires jésuites avaient offert un télescope à l'empereur de Chine en 1634. Dans les années 1670, le missionnaire jésuite Ferdinand Verbiest (1623-1688) utilisa le livre de Tycho Brahe intitulé Instruments pour la restauration de l'astronomie pour construire des instruments destinés à l'observatoire impérial de Pékin, en Chine.
Le succès des observatoires de Paris et de Greenwich, soutenus par l'État, suscita un intérêt accru pour l'astronomie de la part d'autres États. En 1700, l'Académie de Berlin fut fondée. L'Empire ottoman (1299-1922) avait brièvement disposé d'un observatoire à Constantinople (Istanbul) de 1577 à 1580, jusqu'à ce que des factions anti-occidentales ne le fassent fermer. L'intérêt des Ottomans se raviva en 1721 lorsqu'un envoyé, Yirmisekiz Mehmed Çelebi, fut dépêché à deux reprises à Paris pour rendre compte de l'évolution de l'astronomie occidentale au cours du siècle précédent. En 1724, Pierre le Grand (r. de 1682 à 1725) créa l'Académie impériale des sciences à Saint-Pétersbourg. L'Académie comprenait un observatoire, et c'est ainsi que la Russie devint membre de la "communauté de nations qui échangeaient des informations scientifiques et travaillaient dans le même cadre intellectuel", en pleine expansion (Burns 2015, 145).
Des observatoires utilisant des télescopes virent le jour dans des lieux improbables, comme le Royaume de Siam (Thaïlande) dans les années 1680. Situé à Narai, la cour royale, l'observatoire n'était qu'un des projets scientifiques du roi Narai (r. de 1656 à 1688), le monarque étant un admirateur de la science occidentale et un collectionneur passionné d'horloges et de cartes stellaires. Le roi Narai envoya même une ambassade à Paris pour s'informer.
Un autre observatoire surprenant fut construit à Jaipur, en Inde, dans les années 1720. Jai Singh II (1688-1743), à la tête de l'un des États princiers indiens, souhaitait réunir les compétences hindoues, islamiques et occidentales en matière d'astronomie. C'est ainsi que Jaipur se dota de plusieurs observatoires et que Singh envoya une délégation à Lisbonne pour comparer les données astronomiques et acquérir les instruments scientifiques les plus récents.
Malgré toutes ces interactions internationales, l'astronomie connut un déclin après la révolution scientifique, jusqu'à ce qu'elle ne soit ravivée par l'injection de nouvelles technologies. Au XIXe siècle, les observatoires devinrent de plus en plus sophistiqués et utiles à la compréhension de l'univers grâce à des télescopes plus puissants, dotés de lentilles plus claires et d'ouvertures plus larges, qui permettaient d'observer même des objets très peu lumineux. Puis, au-delà de l'imagination des astronomes de la révolution scientifique, des mondes entiers devinrent observables à la fin du 20e siècle lorsque les observatoires, dont le plus célèbre est le télescope Hubble, ont été déplacés dans l'espace à proprement dit.
