Les calculs de Le Verrier pour la découverte de Neptune à travers ses manuscrits

The computations of Le Verrier for the discovery of Neptune through his manuscripts

• Auteur / Autrice : Guy Bertrand
• Direction : Jacques Laskar, David Aubin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMCCE - Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris
• Jury : Président / Présidente : Christian Bizouard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Laskar, David Aubin, Anne Lemaître, Philippe Nabonnand, Alain Albouy, William Sheehan, Colette Le Lay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Lemaître, Philippe Nabonnand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Le Verrier, Urbain Jean Joseph (1811-1877)

Sciences -- Histoire

Neptune (planète)

Mots clés libres

Le Verrier

Neptune

Histoire des Sciences

Découverte

Uranus

History of Science

Neptune

Le Verrier

Discovery

Uranus

Résumé

On commence par décrire de quelle manière Le Verrier a entamé une carrière d'astronome après avoir amorcé une prometteuse carrière de chimiste. Il a notamment passé l'essentiel de l'année 1837 à prendre des notes bibliographiques à la bibliothèque de l'Institut afin d'accélérer sa formation d'astronome. Il se lance, dès ses premières recherches, dans des travaux ambitieux, comme la stabilité du système solaire. Il se fait rapidement remarquer par ses collègues géomètres et durant l'été 1845, Arago lui demande de trouver une explication pour les irrégularités du mouvement d'Uranus. Une explication simple serait l'inexactitude des tables en vigueur, réalisées par Alexis Bouvard en 1821 et construites à partir de ses calculs de perturbation.Le Verrier va dans un premier temps refaire l'intégralité du calcul des perturbation exercées par Saturne et Jupiter sur Uranus. `A partir de ces résultats, il peut évaluer l'écart en longitude entre la théorie de Bouvard et la sienne ; il montre qu'il est impossible de corriger la théorie de Bouvard en corrigeant seulement les éléments elliptiques d'Uranus. Il forme alors des éphémérides d'Uranus en se fondant sur ses propres calculs de perturbations, ce qui lui permet d'évaluer les écarts entre les 279 observations O retenues pour Uranus et les prédictions de position correspondantes C à partir de ses tables. Il constate des écarts O-C importants, qu'il essaie de réduire en corrigeant les paramètres d'Uranus. Il montre qu'il est impossible de réduire complètement ces écarts O-C en corrigeant seulement les paramètres d'Uranus.Il cherche alors à expliquer les irrégularités des mouvements d'Uranus par l'action d'une planète extérieure. Il forme 18 équations de condition qui lui permettent de localiser une zone du ciel où pourrait se trouver une telle planète perturbatrice. Puis, dans un deuxième temps, en s'appuyant sur un système de 33 équations, il affine cette première localisation. Il envoie la position trouvée à Galle, qui, aidé de d'Arrest, observe à l'observatoire de Berlin le 23 septembre 1846 la nouvelle planète à environ 1° de la position indiquée par Le Verrier .Ce succès soulève un enthousiasme général et Le Verrier est comblé d'honneurs. Mais une controverse sur la priorité de la découverte est rapidement soulevée, car un astronome anglais, J. C. Adams, a prédit, pour la planète perturbant Uranus, un an avant Le Verrier, une position voisine de celle de Le Verrier, mais il n'avait pas publié ses résultats. Par ailleurs, en s'appuyant sur une observation fortuite faite par Lalande en 1795, un astronome américain, Walker, établit pour Neptune une orbite très différente de celle prédite par Le Verrier. Le Verrier subit plusieurs attaques, dont la principale vient du physicien Babinet. Il se défend en montrant lors de trois interventions successives à l'Académie des Sciences que son orbite, même si elle diffère notablement de l'orbite réelle, permet de rendre compte des positions de Neptune pendant une période de 65 ans avec une erreur inférieure à 18°.Assez rapidement, la polémique s'éteint et l'on ne retient que les prouesses calculatoires d'Adams et de Le Verrier.

We begin by describing how Le Verrier started a career as an astronomer after having undertaken a promising career as a chemist. In particular, he spent most of 1837 taking bibliographical notes in the Institute's library in order to accelerate his training as an astronomer. From his first research, he launched into ambitious work, such as the stability of the solar system. He quickly came to the attention of his fellow geometers and during the summer of 1845, Arago asked him to find an explanation for the irregularities in the movement of Uranus. A simple explanation would be the inaccuracy of the current tables, produced by Alexis Bouvard in 1821 and constructed from his perturbation calculations.Firstly, Le Verrier redid the entire calculation of the perturbations exerted by Saturn and Jupiter on Uranus. From these results, he could evaluate the difference in longitude between Bouvard's theory and his own; he showed that it was impossible to correct Bouvard's theory by simply correcting the elliptical elements of Uranus. He then formed ephemeris of Uranus based on his own perturbation calculations, which allowed him to evaluate the differences between the 279 observations O retained for Uranus and the corresponding position predictions C from his tables. He noticed significant O-C differences, which he tried to reduce by correcting the parameters of Uranus. He showed, by 3 different methods, that it was impossible to reduce these O-C differences by only correcting the parameters of Uranus.He then sought to explain the irregularities in the movements of Uranus by the action of an external planet. He formed 18 condition equations which allowed him to locate an area of the sky where such a disruptive planet could be found. Then, in a second step, based on the resolution of a system of 33 equations, he refined this first location. He sent the position found to several foreign observatories and Galle, helped by d'Arrest, observed at the Berlin observatory on September 23, 1846 the new planet at approximately 1° from the position indicated by Le Verrier.This success aroused general enthusiasm and Le Verrier was showered with honors. But a controversy over the priority of the discovery quickly arose, because an English astronomer, John Couch Adams, had predicted, for the planet disturbing Uranus, a year before Le Verrier, a position close to that of Le Verrier, but he had not published his results. Besides, through a calculation based on a chance observation made by Lalande in 1795, an American astronomer, Walker, established an orbit for Neptune very different from that predicted by Le Verrier. Le Verrier suffered several attacks, the main one coming from the physicist Babinet. He defended himself by showing during three successive presentations at the Academy of Sciences that his orbit, even if it differed notably from the real orbit, made it possible to account for the positions of Neptune over a period of 65 years with an error less than 18°.Quite quickly, the controversy died down and people only remembered the computational feat of Adams and Le Verrier