Pourquoi la Terre tourne-t-elle autour du Soleil ?

Parfois, certaines questions nous semblent si triviales qu’elles ne méritent aucune explication. La Terre est ronde. Elle tourne autour du Soleil. Ces faits si communs sont pourtant contraire à l’intuition. Chaque nuit, le Soleil semble tomber, là-bas, vers l’horizon. Et pourtant, elle tourne…

Le fou sur la colline

E pur si muove ! Et pourtant elle tourne ! D’après la légende, c’est la phrase qu’aurait marmonné Galilée, forcé de réfuter ses théories devant l’Inquisition. Car contrairement à ce qu’imposaient les dogmes religieux de l’époque, la théorie héliocentrique, pensée mathématiquement par Copernic puis observée dans le ciel par Galilée, était correcte.

Le fou sur la colline, comme le chantait McCartney, voit le Soleil tomber, tandis que son esprit voit le monde tourner :

But the fool on the hill
Sees the sun going down
And the eyes in his head
See the world spinning round

Oui, la Terre tourne bien autour du Soleil, et pas l’inverse. Un féroce coup porté à l’anthropocentrisme, l’idée que l’homme est au centre de l’Univers. Les siècles qui suivirent repoussèrent constamment nos horizons et notre place prétendument privilégiée dans le cosmos : non seulement le Soleil ne tournait pas autour de la Terre, mais cette dernière n’était qu’une planète parmi tant d’autres, dans un système solaire parmi tant d’autres, dans une galaxie parmi tant d’autres…

Mais ne nous éloignons pas trop, et revenons à l’héliocentrisme. Et pourtant elle tourne ! Oui, mais pourquoi ? Quel phénomène physique en est responsable ?

Vous me direz sans doute : la gravité, qui attire les objets les uns vers les autres. C’est pour cela que le verre tombe de la table et s’écrase au sol, souillant de jus d’orange le carrelage. La gravité. C’est pour cela que la Lune tourne autour de la Terre, et la Terre autour du Soleil. Rideau, bonsoir.

Attendez ! Mais pourquoi donc la Lune ne s’écrase-t-elle pas sur la Terre, attirée par sa gravité, et pourquoi la Terre ne va-t-elle pas se ruer tout droit sur le Soleil ? Certes, nous ne serions alors pas là pour discuter de questions triviales…

La toile de l’espace-temps

Pour répondre à cette question, il va falloir remonter les couloirs du temps, au moins jusqu’au XVIII^ème siècle. Le siècle de l’un des plus grands génies de tous les temps, peut-être même le plus grand de tous, sir Isaac Newton.

Dans son grand livre Principes mathématiques de la philosophie naturelle, il sera le premier à  définir la gravité comme une force universelle qui attire tous les corps les uns vers les autres. L’homme vers la Terre, la Lune vers la Terre, la Terre vers le Soleil. Cette révolution est immense, et sans les équations de Newton, point de monde moderne, point de ponts et de gratte-ciel, point d’avions et de fusées !

Et pourquoi la Terre tourne autour du Soleil plutôt que de tomber dedans ? Tout est question d’équilibre entre deux forces :

• L’inertie de la Terre, qui la pousse à poursuivre son chemin en ligne droite
• L’attraction du Soleil sur la Terre

La Terre « tombe » donc en permanence sur le Soleil, mais cette attraction est compensée à chaque instant par l’inertie de la Terre.

Prenez une pomme et lancez là loin devant vous. Elle réalise un trajet en forme d’ellipse, puis tombe sur le sol. Lancez-là un peu plus fort. Elle atterrit un peu plus loin et retombe à nouveau sur le sol, en suivant toujours un trajet sous forme d’ellipse. Et bien imaginez que vous puissiez la lancer encore plus fort, bien plus fort. La vitesse de la pomme est telle qu’elle file quasiment tout droit, tombe sans cesse sans jamais toucher le sol, elle dépasse à chaque instant l’horizon de la Terre : elle est en orbite. Lancez-là encore plus fort ; elle atteindra sa vitesse de libération – la vitesse nécessaire pour qu’elle échappe à l’attraction gravitationnelle de la Terre – et filera tout droit dans l’espace.

Avec sa Théorie de la relativité générale, en 1915, Albert Einstein ira beaucoup plus loin. La gravité n’est alors plus considérée comme une force, mais comme une conséquence de la géométrie de notre espace.

La gravité est la courbure infligée à l’espace-temps par les corps massifs qui y sont contenus. Comme si nous vivions tous sur un tissu qui se déformait sous notre poids.

Et donc, si la Terre tourne autour du Soleil, c’est parce que notre étoile courbe l’espace autour de lui, le déforme.

Je vous le disais : e pur si muove !