Aberration de la lumière : Bradley et la Terre en mouvement

Le 3 décembre 1725, à Kew, un instrument braqué vers le haut du ciel enregistre pour la première fois le passage d'une étoile de la tête du Dragon près du zénith. Aujourd'hui, la documentation officielle de la mission Gaia, à l'Agence spatiale européenne, précise que la vitesse du satellite doit être connue pour tenir compte de l'aberration stellaire. Entre ces deux dates, le même phénomène : l'aberration de la lumière, que James Bradley a décrite dans une lettre à Edmond Halley, et qui trahit le mouvement de celui qui observe.

L'aberration de la lumière est un déplacement apparent des étoiles, lié à la vitesse de l'observateur combinée à la propagation de la lumière. Bradley l'a découverte sur Gamma Draconis, suivie à Kew dès décembre 1725, puis décrite dans une lettre à Halley publiée en 1729 : un effet annuel qui suppose une Terre en mouvement.

L'instrument appartient à Samuel Molyneux : un secteur zénithal de 24 pieds et demi, construit pour lui par George Graham et installé à Kew ; le site historique consacré à l'Observatoire royal de Greenwich, tenu par Graham Dolan, confirme aussi l'instrument et son constructeur. Bradley le raconte lui-même dans sa lettre : l'appareil de Molyneux était « compleated and fitted for observing about the End of November 1725 », et c'est à Kew qu'il était fixé.

Quelques jours plus tard, le 3 décembre, la cible passe dans le champ. La lettre la désigne ainsi : « the bright Star in the Head of Draco (marked [gamma] by Bayer) was for the first Time observed, as it passed near the Zenith ». L'étoile brillante de la tête du Dragon, marquée gamma par Bayer : Gamma Draconis, observée par Bradley et Molyneux.

Ce qui suit tient en une idée simple à énoncer et longue à établir. Suivre une étoile nuit après nuit, c'est suivre sa position, autrement dit ses coordonnées sur la sphère céleste, et c'est un déplacement de cette position que Bradley va devoir expliquer. Un instrument fixé au sol, immobile par construction, allait servir à démontrer que le sol lui-même avance.

Le texte existe, et il se lit. Il paraît dans le volume 35 des Philosophical Transactions of the Royal Society of London, au numéro 406, celui de décembre 1728, de la page 637 à la page 661, post-scriptum compris. Son titre donne déjà le ton : « A Letter from the Reverend Mr. James Bradley Savilian Professor of Astronomy at Oxford, and F.R.S. to Dr. Edmond Halley Astronom. Reg. &c. giving an Account of a new discovered Motion of the Fix'd Stars ». Un professeur savilien d'astronomie d'Oxford écrit à l'astronome royal pour annoncer un mouvement nouveau des étoiles fixes.

J'ai lu la lettre dans le scan du volume mis en ligne par archive.org, et ce qui frappe d'abord, c'est l'orthographe : « compleated », « Ecliptick », « Fix'd ». Puis la densité des chiffres. Bradley ne se contente pas de décrire un décalage, il le mesure, et il en tire deux grandeurs distinctes qu'il faut garder séparées.

La première est un angle. Bradley raisonne sur une étoile placée au pôle de l'écliptique, qui décrirait chaque année un petit cercle, et il en recalcule le diamètre étoile par étoile. Ses observations de Gamma Draconis donnent 40,4 secondes d'arc. Une petite étoile presque opposée à Gamma Draconis le conduit à 40,2 secondes : « the Diameter of the little Circle described by a Star in the Pole of the Ecliptick would be 40",2 ». La dernière étoile de la queue de la Grande Ourse redonne 40,4 secondes, un maximum qu'il juge « exactly the same as was before found from the Observations of gamma Draconis ». D'une étoile à l'autre, deux dixièmes de seconde d'arc séparent les résultats.

La seconde grandeur est une durée. De ce petit cercle, Bradley déduit le temps que met la lumière pour franchir la distance du Soleil à la Terre, et il l'écrit en une phrase : « Light moves, or is propagated as far as from the Sun to the Earth in 8' 12". » Huit minutes et douze secondes. Parti d'un décalage d'étoile, le raisonnement aboutit à une vitesse de la lumière, tirée d'un instrument pointé vers le zénith.

Reste la question de l'année. D'après le volume lui-même, les observations commencent en décembre 1725 à Kew, la lettre prend place dans le numéro 406, daté de décembre 1728, et le volume 35 qui rassemble ces numéros sort des presses à Londres en 1729. Trois années pour un seul résultat. Je penche pour 1728 comme date de la découverte, parce que c'est l'année où une série de mesures devient une explication ; une histoire des sciences qui date par la publication a pourtant autant de légitimité à retenir 1729, et je ne vois pas d'argument décisif pour départager ces deux conventions.

Le cercle décrit par l'étoile est annuel, et sa cause, selon Bradley, tient à la propagation de la lumière. La documentation de Gaia donne l'autre moitié du mécanisme, avec un vocabulaire moderne : c'est la vitesse de l'observateur qu'il faut connaître pour corriger l'aberration. Le petit cercle décrit par l'étoile renseigne donc d'abord sur celui qui la regarde.

Une image aide, à condition de ne pas lui demander davantage qu'elle ne porte : sous une averse sans vent, qui marche voit la pluie arriver de biais. La lumière d'une étoile est la pluie, la Terre est le marcheur. Un décalage qui revient chaque année, avec la même amplitude, suppose un observateur dont la vitesse change de direction au fil de l'année : une Terre qui tourne autour du Soleil.

La distance que Bradley relie à ses 8 minutes 12 secondes est celle qui sépare le Soleil de la Terre, celle que les astronomes appellent aujourd'hui l'unité astronomique. C'est elle qui permet de comparer son chiffre à celui d'aujourd'hui.

Bradley ne partait pas de rien. Il évoque lui-même dans sa lettre les estimations tirées des éclipses des satellites de Jupiter : environ 11 minutes pour Rømer, puis environ 7 minutes pour des estimations postérieures fondées sur les mêmes éclipses. Sa propre valeur, obtenue par une méthode entièrement différente, tombe entre les deux.

La dernière ligne demande un mot, car elle ne mesure pas la même chose que les autres. L'unité astronomique vaut exactement 149 597 870 700 mètres, définition adoptée par l'Union astronomique internationale en 2012 selon le JPL de la NASA ; la vitesse de la lumière vaut exactement 299 792 458 mètres par seconde, puisque la définition du mètre la fixe, la même vitesse qui sert d'étalon à l'année-lumière. La division de l'une par l'autre donne 499,0048 secondes, soit environ 8 minutes 19 secondes.

Deux mesures d'objets différents, donc. Les trois premières lignes sont des observations, avec leurs instruments et leurs erreurs ; la quatrième est la conséquence de deux conventions fixées par les institutions scientifiques. Comparer 8 minutes 12 secondes à environ 8 minutes 19 secondes revient à confronter une mesure de 1729 à une définition, et c'est ce qui rend la valeur de Bradley si parlante : elle n'avait aucune convention sur laquelle s'appuyer. Pour ce que ce temps de trajet implique à l'échelle de l'univers, je renvoie à l'article sur le temps de trajet de la lumière, qui le suit bien au-delà du Soleil.

Les deux effets se ressemblent assez pour qu'on les confonde. Tous deux déplacent une étoile en apparence, tous deux au rythme de l'orbite terrestre. Selon T. Timberlake, dans un article de The Physics Teacher paru en novembre 2013 (« Seeing Earth's Orbit in the Stars: Parallax and Aberration »), les deux suivent la même période d'un an, avec un décalage de phase entre leurs trajectoires apparentes. La différence décisive est ailleurs, et l'auteur la formule sans détour : « a parallax measurement would have given the distance to the star, while a measurement of aberration provides no information about stellar distances ». La parallaxe renseigne sur la distance d'une étoile, l'aberration n'en dit rien.

La dernière ligne compare deux objets distincts, un diamètre de cercle d'un côté, une parallaxe de l'autre, et le périmètre change d'une colonne à l'autre. Elle suffit pourtant à situer les échelles. Le cercle de Bradley se compte en dizaines de secondes d'arc ; la parallaxe de Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche du Soleil, reste sous la seconde d'arc, à 768,0665 millisecondes d'arc (incertitude de 0,0499 milliseconde d'arc) selon la base SIMBAD du CDS, qui reprend le catalogue Gaia DR3. L'aberration ne dit rien de la distance ; la parallaxe en est la mesure, et c'est elle que détaille l'article sur la parallaxe stellaire et la distance des étoiles proches.

Parce que l'effet n'a pas disparu avec le dix-huitième siècle. La documentation officielle de Gaia Data Release 2, au chapitre consacré à l'astrométrie, pose la distinction en une phrase : « The velocity of Gaia is needed to take into account stellar aberration, while the position is needed to compute parallax and the gravitational deflection affecting the observations. » La vitesse du satellite sert à l'aberration, sa position à la parallaxe et à la déviation gravitationnelle.

C'est exactement la ligne de partage du tableau précédent, appliquée à un instrument spatial plutôt qu'à un secteur zénithal planté à Kew. Ce qui me frappe dans cette phrase, c'est qu'elle range l'aberration du côté des corrections, là où Bradley la présentait comme une découverte. La preuve du mouvement terrestre est devenue une ligne de calcul à soustraire avant de publier une position, et je trouve une forme d'élégance dans cette banalisation.

Qu'est-ce que l'aberration de la lumière ?#

C'est un déplacement apparent des étoiles lié à la vitesse de l'observateur combinée à la propagation de la lumière. D'après la lettre de Bradley, une étoile située au pôle de l'écliptique décrit chaque année un petit cercle de 40,2 à 40,4 secondes d'arc de diamètre, selon les étoiles observées. La documentation de la mission Gaia de l'ESA rappelle que la vitesse du satellite doit être connue pour corriger cet effet.

Quelle étoile Bradley a-t-il observée pour découvrir l'aberration ?#

Gamma Draconis, l'étoile brillante de la tête du Dragon, marquée gamma par Bayer. Bradley et Molyneux l'ont observée pour la première fois le 3 décembre 1725, à Kew, au moment où elle passait près du zénith. L'instrument était un secteur zénithal de 24 pieds et demi, construit par George Graham pour Samuel Molyneux.

En quelle année Bradley a-t-il découvert l'aberration ?#

Trois dates coexistent. Les observations commencent en décembre 1725 à Kew ; la lettre figure dans le numéro 406 des Philosophical Transactions, daté de décembre 1728, pages 637 à 661 ; le volume 35 qui le rassemble est imprimé en 1729. Le choix dépend de ce qu'on appelle découverte.

Quelle vitesse de la lumière Bradley a-t-il trouvée ?#

Il l'exprime en durée : la lumière va du Soleil à la Terre en 8 minutes 12 secondes, selon sa lettre à Halley. La valeur actuelle, environ 8 minutes 19 secondes, découle de l'unité astronomique fixée à 149 597 870 700 mètres par l'Union astronomique internationale en 2012 et de la vitesse de la lumière fixée par la définition du mètre.

Quelle est la différence entre aberration et parallaxe ?#

Selon un article de The Physics Teacher paru en 2013, les deux effets suivent une période d'un an, mais seule la parallaxe renseigne sur la distance d'une étoile ; l'aberration n'en donne aucune. La documentation Gaia de l'ESA les rattache à deux grandeurs distinctes du satellite : sa vitesse pour l'aberration, sa position pour la parallaxe.

• Image : Portrait de James Bradley par Thomas Hudson : Credit: Thomas Hudson, domaine public
• A Letter from the Reverend Mr. James Bradley to Dr. Edmond Halley, giving an Account of a new discovered Motion of the Fix'd Stars, Philosophical Transactions, vol. 35 (archive.org), consulté le 24 septembre 2026
• Telescope: Bradley's 12.5-foot Zenith Sector (1727), The Royal Observatory Greenwich (site de Graham Dolan), consulté le 24 septembre 2026
• Frequently Asked Questions, NASA JPL Solar System Dynamics, consulté le 24 septembre 2026
• Astrometry, Overview, Gaia Data Release 2 Documentation (ESA), consulté le 24 septembre 2026
• Proxima Centauri, SIMBAD (CDS), consulté le 24 septembre 2026
• Seeing Earth's Orbit in the Stars: Parallax and Aberration, T. Timberlake, The Physics Teacher, consulté le 24 septembre 2026