On ignore à quelle époque on a commencé à s'intéresser aux astres. Les plus anciens témoignages archéologiques laissent penser que ce n'étaient pas les astres eux-mêmes qui intéressaient nos ancêtres, mais certains rythmes de leur environnement, auxquels les astres, en même temps d'autres phénomènes naturels (remontée des saumons dans les rivières, migrations de troupeaux, floraison des plantes, etc.) pouvaient participer. La succession des levers et couchers du Soleil est assurément un phénomène astronomique selon nos conceptions actuelles, mais le fait de constater le rythme des jours et des nuits relève-t-il déjà de l'astronomie? Rien n'est moins évident. Les Grecs, encore au VIII^e siècle avant notre ère, y voyaient plutôt quelque chose que nous ferions aujourd'hui relever d'une forme de météorologie. Lumière et ténèbres, se partageant alternativement l'espace environnant, étaient pour eux deux entités qui avaient une substance au même titre que la matière des corps. De même, certaines séries entailles sur des os ou des bois de de rennes remontant au Paléolithique supérieur, font bien penser que ceux qui en étaient les auteurs portaient peut-être un intérêt aux cycles de la Lune. Mais si c'était bien le cas, ces cycles étaient-ils à l'origine de spéculations particulières?

La situation au Néolithique semble moins difficile à déchiffrer. On parvient à comprendre comment l'intérêt pour les phénomènes astronomiques participe d'une préoccupation pour les cycles de l'existence et pour la mort. L'inhumation -  manière d'inscrire de façon pour ainsi dire indélébile un individu dans l'espace -  devient une pratique courante. L'orientation de la dépouille par rapport aux points cardinaux, qui sont des directions définies par le mouvement de la sphère céleste, accentue encore cette volonté d'insertion dans un grand tout cosmique. Une correspondance symbolique est ainsi établie entre les rythmes de la vie et les cycles cosmiques. C'est le sens qu'il convient de donner aux orientations astronomiques de grands édifices religieux et funéraires du passé, comme Stonehenge. Et c'est encore ainsi que s'expliquera l'agencement des cités et des temples babyloniens, chinois, égyptiens, romains, mayas, etc.
-

Le Disque de Nebra. - Découvert en 2002 en Allemagne,
ce disque de bronze, qui représente la Lune, le Soleil et
des étoiles (parmi lesquelles peut-être les Pléiades) est
un cas exceptionnel de représentation aussi complète 
des astres pendant la Préhistoire.

Les humains commencent alors à croire qu'ils peuvent intervenir sur les rythmes cosmiques par des rituels appropriés, de la même façon, que ces rythmes ont prise sur le destin des humains. Agir sur le déroulement cosmique ou simplement le prévoir, voilà qui va inciter à chercher à mieux connaître les cycles des astres, et voilà aussi ce qui caractérise les astronomies archaïques. Elles représentent d'abord une quête de la signification humaine des phénomènes célestes, et peu importe pour elles la nature des astres. Les mythes sont là le plus souvent pour répondre aux éventuelles questions à leur sujet : les étoiles sont les feux de camps allumés la nuit par les habitants du ciel, la Lune est le séjour des défunts, etc. 

Découvrir les rythmes cosmiques afin de marcher du même pas ne va pas de soi. Observer le lever et le coucher des astres n'est pas si simple qu'il y paraît. Déterminer la longueur de l'année par le retour du Soleil à une même point de référence est encore plus compliqué. Quant à la définition de la durée du mois lunaire ou période des phases, la connaissance des rythmes des planètes, cela demande une expertise qui a besoin pour se constituer de plusieurs siècles. C'est ce genre de constat qui fait parfois parler de "connaissances astronomiques avancées" à propos de certaines civilisations archaïques. Même si leurs astronomes ne connaissaient pas grand chose de l'astronomie, ils avaient dû énormément travailler pour obtenir le peu de connaissances qu'ils avaient. Le plus grand accomplissement de leur science fut la conception de calendriers.

Sauver les apparences.
Les plus anciennes observations qui nous soient parvenues sont des observations chinoises sur l'obliquité de l'écliptique, qui datent de 1100 av. J.-C., et les observations d'éclipses faites par les Babyloniens, 720 av. J.-C. Ces derniers ont connu la période du saros de 223 lunaisons ou 18 ans et 11 jours, qui ramène la Lune à la même position à l'égard de ses noeuds et du Soleil, et qui permet de prédire les éclipses futures, au moyen de celles qui ont eu lieu dans une de ces périodes.

Les Égyptiens ont connu la durée (365 jours 1/4) de la révolution tropique du Soleil. Les Babyloniens, vers la même époque avaient des connaissances supérieures, et c'est sans doute chez ces derniers que les Grecs, à partir du VI^e siècle av. J.-C., ont puisé une partie des connaissances astronomiques que Thalès, Pythagore, Eudoxe et Platon avaient. Le grand apport des Grecs aura été surtout d'avoir cherché à  comprendre les phénomènes de la nature sans en appeler à des causes surnaturelles. Cette démarche, tempérée par ce qu'on a appelé le programme de Platon, qui assignait pour tâche à l'astronomie de seulement sauver les phénomènes, a permis d'élucider la cause des phases de la Lune, celle des éclipses, la rondeur de la Terre, l'obliquité de l'écliptique, le mouvement des planètes. On enseignait dans l'école de Pythagore que les comètes sont des astres analogues aux planètes, que celles-ci sont habitées, que les étoiles sont des soleils, etc. Mais ces grandes spéculations manquaient de preuves, et elles étaient trop contraires aux illusions des sens pour ne pas rester méconnues.

Méton, 400 av. J. - C., introduisit dans le calendrier grec, qui était basé sur le mouvement de la Lune, le cycle de 19 ans correspondant à 235 lunaisons, au bout duquel le calendrier lunaire se retrouvait d'accord avec le mouvement du Soleil, à 1/4 de jour près. Pythéas, vers le temps d'Alexandre, observait à Marseille la longueur méridienne de l'ombre du gnomon (Gnomonique) au solstice d'été, et en concluait l'obliquité de l'écliptique. C'est la plus ancienne observation de ce genre après celle de Tcheou-Kong en Chine; elle confirme la diminution progressive de l'obliquité de l'écliptique.

L'école d'Alexandrie.
L'école d'Alexandrie, qui commence à briller vers 300 av. J. - C., nous présente un ensemble d'observations régulièrement exécutées avec des instruments propres à mesurer les angles, et calculées par les méthodes trigonométriques. Le système astronomique de cette école, a été plus utile que les spéculations antérieures, parce qu'il était fondé sur l'expérience, ce qui offrait un moyen de le rectifier et d'arriver par degrés à un système du monde plus satisfaisant. 

Aristarque et Eratosthène.
Parmi les astronomes qui ont illustré cette école, nous citerons Aristarque de Samos, auteur d'une ingénieuse méthode pour trouver le rapport des distances du Soleil et de la Lune à la Terre. Il admettait le mouvement de la Terre, et la considération que ce mouvement n'affecte pas sensiblement la position des étoiles les lui fait ,juger incomparablement plus éloignées que le Soleil. Eratosthène, auquel on doit la première mesure de la Terre, fixa la latitude d'Alexandrie et de Syène.

Hipparque.
Hipparque, de Nicée en Bithynie (II^e siècle av. J.-C.), le plus grand astronome de l'Antiquité, est remarquable par sa méthode, par le grand nombre et la précision de ses observations, par les conséquences qu'il a su en tirer. Il détermina la durée de l'année tropique, et reconnut l'avantage de se servir pour cela des observations d'équinoxes, ce qui lui donna lieu d'observer l'inégalité de durée des saisons, et par suite l'excentricité de l'orbite du Soleil. Il donna des tables du Soleil et de la Lune. Par la comparaison de ses observations d'éclipses avec celles des Chaldéens, il trouva les durées des révolutions de la Lune relatives aux étoiles, au Soleil, à ses noeuds et à son périgée. Il détermina aussi la parallaxe de la Lune, d'où il essaya de déduire la distance du soleil. Une nouvelle étoile qui parut de son temps lui fit entreprendre un catalogue qui renferme 1625 étoiles. En comparant ses propres observations à celles d'Aristille et de Timocharis, il reconnut l'augmentation de toutes les longitudes, et il l'explique par un mouvement direct de la sphère céleste autour des pôles de l'écliptique, ce qui constitue le phénomène de la précession des équinoxes. Hipparque a enseigné à fixer la position des lieux de la Terre par leur longitude et leur latitude; il se servait des éclipses de Lune pour déterminer les longitudes. Il perfectionna la trigonométrie sphérique, fit un grand nombre d'observations de planètes, etc. Malheureusement il ne nous reste de ses travaux que ce que Ptolémée nous en a transmis.

Ptolémée.
Ptolémée, né à Péluse en Égypte, vivait à Alexandrie vers l'an 130 de notre ère. Il suivit les idées d'Hipparque et essaya de donner un système complet d'astronomie. Il découvrit l'une des inégalités de la Lune, et donna le moyen de la représenter par des épicycles, c'està-dire en faisant mouvoir la Lune, non plus autour de la Terre, mais sur un cercle dont le centre lui-même tourne autour de la Terre. C'est par des systèmes analogues ou plus compliqués qu'ont été représentés tous les mouvements célestes jusqu'à Kepler. Les progrès de l'astronomie finiront par surcharger d'épicycles le système de Ptolémée, au point de justifier le mot bien connu du roi Alphonse de Castille. 

Considéré comme un moyen de représenter les mouvements célestes et de les soumettre au calcul, le système de Ptolémée dira Laplace, fait honneur à sa sagacité, et il a servi la science en permettant de lier entre eux les phénomènes et d'en déterminer les lois.

Ptolémée a recueilli toutes les déterminations connues de longitude et de latitude, il a jeté les fondements de la méthode des projections pour la construction des cartes géographiques (L'histoire de la cartographie); il a exposé le phénomène des réfractions, et il a rassemblé ses théories et ses tables dans l'Almageste, en négligeant malheureusement d'y consigner toutes les observations dont Hipparque et lui s'étaient servis.

Prolongements médiévaux.
Avec l'école d'Alexandrie finit l'astronomie ancienne, dont les Arabes ont conservé, développé et transmis les connaissances. 

Astronomie arabe.
L'astronomie fut la science que les Arabes affectionnèrent le plus. On leur a emprunté les dénominations d'azimuth, de zénith, de nadir, etc. Dès le commencement du III^e siècle de l'hégire, ils fondèrent des observatoires. Le calife Al-Mamoun ordonna de fabriquer des instruments d'après les dessins de Ptolémée, et les premières observations furent faites sous son règne à Chamassyya, près de Damas, l'an 829. Elles furent consignées dans un ouvrage qui reçut le titre d'Observations astronomiques de Mamoun (Ar-raçd al-Mamouni). Un des plus célèbres écrivains de cette époque fut Mohammed ben Mouça dé Khowaresm, dont les Tables astronomiques furent très estimées, jusqu'à ce que Naçir Ed-din publiât les siennes en 1209. 

Le grand ouvrage astronomique de Ptolémée, dont on fit plusieurs traductions, acquit une si grande autorité parmi les Arabes, que l'astronomie est souvent appelée par eux la science de l'al-medjisti, du mot grec megistè, très grand. C'est par les Arabes que cet ouvrage se répandit en Europe, et encore aujourd'hui son titre arabe, Almageste, nous est plus familier que celui de Syntaxis megistè, que porte l'original grec. Mohammed al-Fargani écrivit, vers 815, ses Eléments d'astronomie, que Golius a traduits en latin. Thabet ben Korra composa, selon Aboul-Faradj, plus de 150 ouvrages, dont un grand nombre traitent des mathématiques. 

Mohammed ben Djaber al-Batani (929), le Ptolémée des Arabes, fit faire un grand pas à l'astronomie, en découvrant avec beaucoup de sagacité que le mouvement de l'apogée du soleil était un peu plus rapide que celui des étoiles fixes, et s'avançait ainsi le long de l'écliptique. Ce fut là le seul progrès réel que fit l'astronomie au Moyen âge. Le mouvement de l'écliptique fut réduit par lui à un degré pour 70 ans au lieu de 100 ans, et il indiqua avec une très grande exactitude l'excentricité de l'orbite solaire. 

Abou'l-Wéfa signala et décrivit, dès l'an 975, le 3^e mouvement irrégulier de la lune, variation dont la découverte a été attribuée à Tycho-Brahé. Aboul-Haçan Ali Ibn Younas (1008) est l'auteur des Grandes tables astronomiques, dédiées au sultan Al-Hakem d'Égypte. Abou Rihân Mohammed al-Birouni (1030) s'est rendu célèbre par plusieurs traités d'astronomie et d'astrologie, et Abou-Ali-Haçan ben al-Haitem, connu sous le nom d'Al-Hazen, mérite une mention particulière pour son ouvrage sur l'Optique, dont une traduction latine a été publiée à Bâle en 1572. 

Les princes Turco-Mongols eux-mêmes ne restèrent pas étrangers aux études astronomiques. Au XIII^e siècle, Houlagou, frère de Koubilaï-Khan, fonda, sous la direction de l'astronome Nasir-Eddin, l'observatoire de Maragha. Au XV^e siècle, Ulugh-Beg, autre prince turco-mongol, se rendit célèbre par la fondation d'un observatoire à Samarcande, où il dressa un nouveau catalogue d'étoiles, et des tables astronomiques remarquables par leur exactitude. Enfin, en 1457, il mesura l'obliquité de l'écliptique.

Astronomie néo-latine.
L'astronomie reparaît dans l'Europe médiévale, grâce aux écrits de Boèce et de Gerbert, et aux encouragements de Frédéric Il, qui fit traduire de l'arabe en latin l'Almageste de Ptolémée, et Alphonse X, roi de Castille. Ce dernier  s'en occupa beaucoup, et voulut corriger les observations des anciens : à cet effet, il rassembla tous les savants alors connus, travailla avec eux et consigna les résultats des recherches qu'ils tirent ensemble, dans, un recueil auquel on donna le nom de Tables Alphonsines. Elles parurent en 1252, le jour même de son avènement au trône.

A la même époque vivaient Albert, le Grand, évêque de Ratisbonne, qui fit quelques ouvrages sur l'astronomie, et Roger Bacon, moine et docteur de l'université d'Oxford, si célèbre par ses connaissances dans les sciences mathématiques, qu'il fut regardé comme le miracle de son siècle. Il écrivit sur l'astronomie, et fut de ceux qui annonèrent que le calendrier avait besoin d'être réformé.

Si l'on excepte la position d'Oresme (1329 -1382), cette astronomie médiévale repose sur l'hypothèse géocentrique (la Terre est au centre du monde), comme la plupart de ceux qui l'ont précédée. Pourtant, au XV^e siècle sa situation devient intenable. L'héliocentrisme (le Soleil au centre du monde) devient de nouveau une option à prendre au sérieux. C'est à cette époque, en tout cas, que les savants commencent à réagir plus efficacement contre les doctrines traditionnelles; ils se groupent ou s'associent pour faire avancer plus rapidement la science. Grâce à eux et ausssi grâce à l'invention et au développement de l'imprimerie qui favorise le brassage des idées, la pensée se modifie, elle s'enhardit et cherche à rompre plus résolument les entraves autoritaires. On sent que le Moyen âge va finir et que le siècle de la Renaissance approche. 

Le groupe des astronomes progressistes de ce temps a pour chefs de file Purbach,Régiomontanus. Purbach est né en 1423 près de la ville de ce nom. Après avoir voyagé en Italie pour s'instruire, il revint à Vienne, et commença un abrégé de l'Almageste, que sa mort prématurée l'empêcha de terminer; il n'était âgé que de vingt-huit ans, et il avait déjà acquis une très grande réputation.

Quant à Regiomontanus, dès l'âge de quinze ans, il étudia sous Purbach, et, à l'exemple de son maître, il fit un voyage en Italie pour y puiser des connaissances que l'Allemagne ne pouvait lui procurer; il revint ensuite à Nuremberg, où il, fut aidé dans ses travaux par Walther. Ce dernier avait une très grande fortune, qui lui permit de faire construire tous les instruments nécessaires aux observations astronomiques. Ces deux hommes travaillèrent en commun, et les premiers ils donnèrent l'heure vraie au moyen de la hauteur du soleil et des étoiles : ils composèrent aussi des éphémérides pour l'espace de trente ans. Regiomontanus observa la comète qui parut en 1472, et chercha, comme pour une planète, à fixer sa distance et sa grandeur. Cette observation mérite d'être citée, car c'est la première de ce genre qui ait été faite en Europe. Comme son prédécesseur, Regiomontanus mourut jeune; il n'avait que trente-neuf ans lorsque la mort le surprit.

Mais l'impulsion était donnée. Les observations devenaient plus nombreuses , et les perfectionnements apportés dans la construction des instruments anciens permettaient de les faire plus exactes; il ne fallait plus qu'un pas pour détruire les théories que les siècles avaient consacrées, et pour lire la vérité dans le ciel; Copernic fut celui qui le franchit.

L'astronomie moderne

La révolution astronomique des XVI^e et XVII^e s.
La renaissance de l'astronomie au XVI^e s.
Copernic (1473-1544), né à Thorn,  dans la Pologne prussienne, chanoine à Frauenberg, établit une théorie du mouvement de la Terre qui résulte de trente-six ans d'étude et d'observations. Choqué de l'extrême complication du système de Ptolémée, il chercha dans les anciens philosophes quelque hypothèse plus simple. Il y trouva (ou cru trouver dans une tradition reposant sur des bases fausses) que les Égyptiens supposaient Vénus et Mercure en mouvement autour du Soleil, mais aussi que Hicétas faisait tourner la Terre sur son axe, affranchissant ainsi la sphère célestede l'inconcevable vitesse qu'il fallait lui supposer pour accomplir en un jour une révolution complète; enfin que les pythagoriciens faisaient mouvoir la Terre et les planètes autour d'un feu central (qui n'était pas, cependant, le Soleil). Ces idées frappèrent Copernic; il les appliqua aux observations, et les vit se plier apparemment sans effort à la théorie du mouvement de la Terre. Dès lors le mouvement diurne du ciel ne fut plus pour lui qu'une illusion due à la rotation de la Terre; la précession des équinoxes, un mouvement de l'axe terrestre; les mouvements rétrogrades des planètes, des apparences dues au mouvement de translation de la Terre. 

Le système de Copernic avait malheureusement à combattre les illusions des sens, et ne pouvait être établi définitivement qu'après la découverte des lois fondamentales de la mécanique, lois dont les Anciens n'eurent aucune idée. Il avait un autre défaut, dont on tend à minorer aujourd'hui l'importance : dans les détails, il n'était si simple que cela. Car même en admettant l'hypothèse héliocentrique, on restait encore confronté au fait que les orbites des planètes ne sont pas des cercles mais des ellipses parcourues avec des vitesses variables, et que pour rendre compte de leur mouvement réels, il fallait ajouter des complications au total aussi peu séduisantes que celles du système de Ptolémée.
-

Nicolas Copernic (1473-1544).

Cette complication explique aussi la réticence à adopter le système de Copernic de certains astronomes, pourtant convaincus de la nécessité de renoncer au système de Ptolémée. Tel était le cas de Tycho Brahé (1546-1601), qui observa pendant vingt ans à Uraniborg, dans la petite île de Hven, à l'entrée de la mer Baltique. On lui doit un nouveau catalogue d'étoiles, de nombreuses observations des planètes, qui serviront de base aux lois de Képler, une connaissance plus parfaite des réfractions, la découverte de l'équation annuelleet de la variation lunaire, la remarque que les comètes se meuvent fort au delà de la Lune. Frappé des objections faites au système de Copernic, il en adopta un nouveau : les apparences y sont les mêmes que dans celui de Copernic, seulement on transporte à tout le ciel les deux mouvements de la Terre, qui redevient le centre immobile de l'univers.

Le XVII^e s.
L'ignorance absolue des lois de la mécanique justifie cette répulsion que l'on éprouvait pour le mouvement de la Terre. Ainsi l'on ne concevait pas comment les corps détachés de la Terre pouvaient en suivre les mouvements. Les partisans de Copernic eux-mêmes n'admettaient pas qu'un corps pesant tombant d'une grande hauteur doit rencontrer le sol sensiblement au même point, quel que soit le mouvement de la Terre. Certains, à l'instar de Giordano Bruno, pressentaient déjà que les nouvelles idées ne pourraient s'installer véritablement qu'après la fondation d'une nouvelle physique. Il allait revenir à Galilée, à Kepler, à Newton et à quelques autres d'autres d'accomplir cette révolution. 

Tous sont partisans de l'héliocentrisme, et tous se réclament aussi de Copernic. Sans doute parce que, comme lui, ils refusent à la Terre une place privilégiée au centre monde. Pourtant l'astronomie qu'ils vont fonder n'aura plus rien à avoir avec celle de leurs prédécesseurs. Copernic, comme d'ailleurs Tycho Brahé appartienentt à une autre époque. Leurs systèmes sont les dernier à rester fidèle au programme de Platon, qui voulait seulement sauver les apparences. La vision du monde qui va s'installer tout au long du XVII^e siècle reposera sur une nouvelle façon de penser l'espace et le mouvement, au sein d'une physique désormais tout entière articulée autour des notions d'inertie et de force. 

Galilée.
Galilée (1564-1642), né à Pise, montra que tous les corps tombent dans le vide avec la même vitesse; il trouva les lois de la chute des corps, des oscillations du pendule, du mouvement des projectiles. Il perfectionna les lunettes que le hasard venait de faire découvrir, et, à partir de l'automne 1609, les dirigeant vers le ciel, il reconnut les phases de Vénus,  analogues à celles de la Lune, le système des quatre satellites principaux de Jupiter; il mesura les montagnes de la Lune, reconnut la nature de la Voie lactée, la rotation du Soleil. Il observa même ou  l'anneau de Saturne, qu'il n'identifie cependant pas comme tel. Galilée en déduisit avec raison, que tous les déplacements dans le Système solaire ne s'effectuent pas autour de la Terre. Aussi adopta-t-il les idées de Copernic, mais sans pouvoir encore les faire prévaloir.

De fait, les observations de Galilée donnaient au système héliocentrique beaucoup de vraisemblance, mais elles n'apportaient aucun argument décisif, et devant l'Inquisition qui lui intenta un procès en 1630, il fut conduit à renoncer à ses affirmations. C'est seulement en 1727 que Bradley, découvrant un effet d'optique appelé l'aberration des  étoiles fixes (vois plus bas), pourra montrer l'existence d'un mouvement périodique annuel de la Terre par rapport aux étoiles. Et ce n'est qu'en 1851, que les propriétés d'inertie d'un pendule oscillant permettront à Foucault de révéler la rotation de notre planète.

Kepler.
Contemporain de Galilée, avec lequel il entretenait d'ailleurs une correspondance, Képler (1571-1631),  poursuivit les travaux de Tycho Brahé dont il avait été l'assistant et qui lui  avait légué la collection précieuse de ses observations. Il s'occupa d'abord de la planète Mars : choix heureux, parce que l'orbite de Mars est une des plus excentriques, et qu'elle approche beaucoup de la Terre dans ses apparitions.  Astrologueautant qu'astronome, inspiré par Platon et les Pythagoriciens, ils croyait à la perfection géométrique des mouvements célestes. Il imagina que les cinq polyèdres réguliers définis par les mathématiques pourraient être mis en rapport avec les dimensions des sphères cristallines supposées porter les cinq planètes visibles à l'oeil nu. Finalement, après un grand nombre de tentatives, Kepler dut se résoudre à abandonner le mouvement circulaire que les Anciens regardaient comme seul possible, et il reconnut alors que l'orbite de Mars est une ellipse dont le Soleil occupe un foyer. Il constata également la loi des aires, qui consiste en ce que le rayon mené du Soleil à la planète décrit des aires égales en temps égaux. Plus tard il étendit ces résultats à toutes les planètes, et publia en 1626 ses tables rudolphines. Ses idées pythagoriciennes sur les nombres et leur rôle dans l'univers firent soupçonner à Kepler que les distances moyennes des planètes sont liées entre elles, de même que les durées de leur révolution. Après dix-sept ans d'essais infructueux, il découvrit que les carrés des temps de révolution des diverses planètes sont entre eux comme les cubes des grands axes de leurs orbites.

Kepler eut aussi quelques vues exactes sur la pesanteur des corps, leur gravitation mutuelle, la cause des marées. On lui doit un ouvrage sur l'optique, où il donnait la théorie des lunettes et de la vision. Mais, séduit par des idées préconçues sur l'harmonie du Système solaire, il s'égara dans la recherche de la cause motrice des planètes. Aussi ses contemporains, Descartes et Galilée, ont-ils méconnu l'importance de ses lois; elles n'allaient être généralement admises que lorsque Newton en eut fait le fondement de ses théories.

Huygens (1629-1695) perfectionna la construction et la théorie des lunettes; il découvrit un satellite de Saturne (Titan), expliqua les apparences de son anneau. Il appliqua le pendule aux horloges; et par ses théorèmes sur les développées et la force centrifuge, il ouvrit à la mécanique une voie nouvelle. S'il eût combiné ces principes avec les lois de Képler, il aurait enlevé à Newton la théorie des mouvements curvilignes et la loi de la gravitation.

La création de l'Académie des sciences de Paris en 1666 marque une époque importante dans l'astronomie d'observation. Louis XIV attire en France Hevélius, Cassini, Roemer et Huygens; et c'est au sein de l'Académie que prennent naissance l'application du télescope au quart de cercle pour la mesure des hauteurs des astres, l'invention du micromètre et de l'héliomètre, la découverte de la propagation successive de la lumière, de la grandeur de la Terre, de la diminution de la pesanteur à l'équateur.

Picard donne le premier une mesure exacte de la Terre par des procédés que l'on suivra jusqu'au XX^e siècle. Richer, à Cayenne, où il fut envoyé par l'Académie, constate la diminution de longueur du pendule à seconde. Roemer mesure la vitesse de la lumière, et invente la lunette méridienne. Dominique Cassini détermine les mouvements des satellites de Jupiter; il découvre quatre satellites de Saturne, constate la rotation du globe de Jupiter et de Mars, signale le premier la lumière zodiacale; il donne des tables de réfractionet une théorie complète de la libration de la Lune.

Ces progrès de l'astronomie, et les progrès simultanés de l'analyse et de la mécanique, ne pouvaient laisser plus longtemps inconnues les lois fondamentales du mouvement des corps célestes. C'est à Newton qu'il était réservé de les reconnaître.

Newton.
Aussi mesquin, vindicatif, autoritaire et maniaque que Kepler avait été généreux, humain, modeste et sincère, Newton (1642-1727), se livrait lui aussi aux sciences occultes, préférant pour sa part l'alchimie à l'astrologie, mais restant persuadé que ses découvertes n'étaient que les réminiscences d'une science mystérieuse, détenue par quelques initiés de l'Antiquité. Il n'en reste pas moins le vrai fondateur de la physique moderne, dont Descartes et Galilée n'avaient fait que poser les premiers jalons. 

A moins de 30 ans, Newton était déjà en possession du calcul des fluxions (forme initiale du calcul différentiel et intégral) et de sa théorie de la lumière : il montre ainsi, à partir de 1666, que la lumière blanche du Soleil, dispersée par un prisme est en fait composée de multiples couleurs. Et sa comprhension de l'optique lui permettra, en 1671, de construire le premier télescope utilisant pour objectif un miroir, plutôt qu'une lentille. Stimulé par les travaux de Hooke, Halley, Huygens, Borelli ou encore Flamsteed, Newton élabore à partir de 1687, le cadre théorique dans lequel la notion de force, reliée à celle de quantité de mouvement, est devenue enfin opérationnelle. Mieux encore, il va réussir à exprimer dans une formule la force qui est à l'origine du déplacement des planètes. Cependant, lorsqu'il cherche à confirmer ses idées, Newton se heurte dans un premier temps à l'imperfection d'une mesure des dimensions du globe faite en Angleterre (L'histoire de la géodésie). Il lui faudra attendre la mesure effectuée par Picard pour pouvoir constater l'exactitude de sa supposition, et d'affirmer que la Lune tombe à chaque instant vers la Terre en vertu d'une force 3600 fois moindre que celle qui produit la chute des corps pesants à sa surface.

En étudiant le mouvement d'un projectile qui serait lancé autour d'un centre, il reconnaît que sa trajectoire est effectivement une ellipse ayant ce centre pour foyer et satisfaisant à la loi des aires proportionnelles an temps. La comparaison de ces résultats avec les lois de Kepler lui indique immédiatement que le mouvement des planètes autour du Soleil est dû à leur vitesse initiale combinée avec une force (qui n'est pas une force magnétique comme Kepler et d'autres avaient pu le croire auparavant), par laquelle chaque, planète pèse et tombe vers le Soleil; la nature elliptique de leurs orbites démontre l'égale pesanteur de toutes les planètes vers cet astre. Newton a ensuite étendu la loi de la gravitation à toutes les parties de la matière, en établissant ce principe général, que chaque molécule attire toutes les autres en raison de sa masse, et réciproquement au carré de sa distance à la molécule attirée.

Parvenu à ce grand principe appelé loi d'attraction universelle, Newton en voit découler les grands phénomènes du système du monde, l'attraction des planètes, l'aplatissement de la Terre, les lois de la variation des degrés et de la pesanteur à sa surface, la cause des marées, la précession des équinoxes. Ces dernières découvertes ne sont, il est vrai, qu'ébauchées dans le livre des Principes de la philosophie naturelle publié en 1681; près d'un siècle devait s'écouler avant que ces conséquences du principe de la gravitation fussent développées par les successeurs de Newton.

L'astronomie au XVIII^e siècle.
Malgré les réticences auxquelles se heurte la physique newtonienne (notamment en France où, pendant près d'un demi-siècle, l'on s'accroche chauvinement à la physique de Descartes, qui pourtant ne fonctionne pas), l'astronomie pratique continue à se perfectionner. Les mouvements des corps du Système solaire semblent alors pouvoir être entièrement décrits par les équations de la mécanique céleste. Cette branche de l'astronomie est perfectionnée notamment par Clairaut, Lagrange et Laplace connaîtra des succès éclatants. En attandant, Flamsteed construit ses cartes et ses catalogues d'étoiles. Halley calcule, d'après les méthodes de Newton, l'orbite des comètes connues, et reconnaît ainsi la périodicité de la comète qui porte son nom, et dont il annonce le retour pour 1759. Il indique également le passage de Vénus sur le Soleil en 1761 comme pouvant servir à déterminer la parallaxe du Soleil (Les passages de Vénus devant le Soleil).

Bradley découvre en 1727 l'aberration des étoiles et en donne l'explication. En 1745 il reconnaît la nutation de l'axe terrestre et ses lois.

La Caille vérifie la méridienne de France, construit des catalogues d'étoiles et de nébuleuses du ciel austral, des tables du Soleil et de réfraction. Il mesure un degré du méridien au cap de Bonne-Espérance, et y observe la parallaxe de la Lune.

C'est l'époque des grandes expéditions envoyées par la France en Laponie et au Pérou pour la mesure du globe terrestre dont l'aplatissement se trouve mis hors de doute (Textes en ligne : Maupertuis, La Figure de la Terre (Voyage en Laponie), 1738; La Harpe, Le Voyage des géomètres en Amérique du Sud, 1820). Quelques années plus tard, les passages de Vénus sur le Soleil  en 1761 et 1769 donnent lieu à d'autres voyages scientifiques auxquels diverses nations prennent part, et qui concourent aux progrès de la géographie et de la navigation.

Les télescopes de Newton et de Gregory avaient remplacé les lunettes depuis longtemps, lorsque la découverte de l'achromatisme par Dollond rend la supériorité à ces derniers instruments. Citons encore le perfectionnement des tables lunaires, celui des montres marines, la construction du cercle répétiteur de Borda, pour les services rendus à la navigation dont les progrès sont intimement liés à ceux de l'astronomie.

La fin du XVIII^e siècle est surtout célèbre par les travaux d'Herschel, qui constituent un apport immense à l'astronomie d'observation, et parmi lesquels nous mentionnerons seulement la découverte d'Uranus  en 1781, et les recherches sur les nébuleuses et les étoiles doubles.

L'astronomie au XIX^e siècle.
Le XIX^e siècle s'ouvre par la découverte de Cérès par Piazzi à Palerme. C'est le premier de ces astéroïdes, comme on les appellera bientôt, tous compris entre Mars et Jupiter, dont le nombre s'avérera au cours des années et des décennies suivantesconsidérable.

La mesure de la méridienne occupe encore les astronomes. A l'occasion du nouveau système des poids et mesures dont le mètre devait former la base, Méchain et Delambre avaient repris la triangulation de la France de Dunkerque à Montjuich, près de Barcelone; Biot et Arago la continuent jusqu'à Formentera. Depuis lors, de nouvelles mesures ont été effectuées en d'autres contrées, notamment eu Russie. On a ainsi mis en évidence les irrégularités des divers méridiens et déterminé avec plus de précision l'aplatissement terrestre (L'histoire de la géodésie).

L'application de la télégraphie électrique à la détermination des longitudes a réalisé à partir du milieu du XIX^e siècle un perfectionnement important pour la construction des cartes et la connaissance de la forme de notre globe; mais on ne l'a utilisée dans un premier temps que pour le calcul des longitudes relatives de Paris, Greenwich et Bruxelles.

La mécanique céleste se perfectionne encore, notamment avec Poisson et Le Verrier, ce dernier permettant par ses calculs la découverte de Neptune en 1848, à partir des irrégularités du mouvement d'Uranus. Cette mécanique atteindra son plus haut degré de perfection, pour longtemps, avec Poincaré, à la charnière des XIX^e et XX^e siècle. Cette époque est aussi celle des recherches approfondies sur les étoiles doubles, sur les parallaxes et la distance des étoiles (La distance des astres), les comètes, les astéroïdes, les planètes, etc. C'est aussi à cette époque que naît l'astrophysique : grâce aux avancées permises par les nouvelles techniques d'analyse spectralede la lumière, on commence désormais à accéder à la constitution chimique des astres et à quantité d'autres informations que l'on avait crues jusque là hors de portée.

L'astronomie au XX^e siècle

La théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, publiée en 1915, et qui est une nouvelle théorie de la gravitation, trouve une première confirmation observationnelle avec les observations menées par Arthur Eddington de l'éclipse solaire de 1919, où la courbure de la lumière stellaire autour du Soleil a été mesurée, signifiant que la lumière "pèse" comme prédit par Einstein. L'acceptation de la relativité générale ne cessera désormais. L'une des explications qu'elle permet déjà est celle de l'avancée observée du périhélie de Mercure par rapport à ce que prévoyait la théorie de l'attraction universelle de Newton.
-

Les premières décennies du XX^e siècle sont marquées aussi par l'arrivée du premier de longue série de télescopes qui vont au centre de quelques unes des plus grandes découvertes du siècle. En 1917, c'est le télescope Hooker de 100 pouces (2,54 mètres) qui est installé l'Observatoire du Mont Wilson en Californie. Il permet des observations plus détaillées des galaxies et des nébuleuses. Grâce à cet instrument, Edwin Hubble démontre, avec Milton Humason, que les nébuleuses spirales sont des galaxies indépendantes en dehors de la Voie Lactée. Il  créé aussi une classification des galaxies en fonction de leur forme (elliptiques, spirales, irrégulières). Surtout, Hubble découvre en 1929 que la lumière des galaxies lointaines est d'autant plus rouge que ces galaxies sont éloignées. Ce phénomène peut se comprendre si l'on fait l'hypothèse que toutes les galaxies lointaines s'éloignent de nous. C'est le premier argument observationnel en faveur de l'idée d'une expansion de l'univers, que les cosmologies construites à l'aide de la relativité générale permettaient d'envisager. 

Pour expliquer les mouvements des amas de galaxies qui ne pouvaient pas être justifiés uniquement par l'action gravitationnelle la matière visible, Fritz Zwicky propose dans les années 1930 l'existence d'une composante de matière sombre dans l'univers. Pendant plusieurs décennie, cette hypothèse ne progressera qu'à bas bruit. En attendant, dans un tout autre domaine, Clyde Tombaugh découvre Pluton en 1930, premier objet connu du Système solaire, circulant sur une orbite au-delà de celle de Neptune. En 1932, Karl Jansky , pour sa part, détecte pour la première fois des ondes radio provenant de la Voie Lactée. C'est l'acte de naissance de la radioastronomie. 

La Seconde Guerre mondiale a conduit à des améliorations significatives dans les technologies radar et radio, qui ont été adaptées pour l'astronomie après la guerre. Radioastronomie : La radioastronomie frévèle l'existence d'une nouvelle classe d'objets extragalactiques, les radiogalaxies. Les progrès réalisés pendant la guerre en physique nucléaires ont également un impact important en astrophysique. Fred Hoyle et ses collègues proposent la théorie de la nucléosynthèse stellaire, qui explique comment les éléments chimiques sont formés dans les étoiles. George Gamow et Ralph Alpher développent en 1948  la théorie de la nucléosynthèse primordiale dans le cadre du modèle cosmologique auquel Hoyle donnera en 1951 de théorie du big bang. La théorie de la nucléosynthèse primordiale explique la formation des éléments légers dans les trois premières minutes de l'univers.

L'observatoire de Palomar avec son télescope Hale de 200 pouces (5,08 mètres) devient opérationnel en 1948, permettant dans les années suivante des observations encore plus profondes de l'univers, tandique que les avancées dans la compréhension de la nucléosynthèse des éléments se poursuivent dans les 1950. Walter Baade  montre pendant cette période que les étoiles de la Voie Lactée se divisent en différents groupes en fonction de leur composition chimique et lde eur âge. Il distingue ainsi les populations stellaires I et II. La population I correspond à des étoiles relativement jeunes, la population II à une génération d'étoiles plus ancienne.

La découverte des quasars par Maarten Schmidt en 1963 révèle l'existence de noyaux galactiques extrêmement lumineux et actifs à des distances cosmologiques. En 1965, Penzias et Wilson découvrent le rayonnement de fond cosmologique, qui peut se comprendre comme une rémanence du big bang. Ce modèle cosmologique cosmologique, auquel d'autres alternatives étaient opposées jusque là, s'impose désormais parmi les astronomes. Le cadre de leurs recherches est désormais le suivant : l'univers est en expansion depuis plusieurs mililards d'années et à connu au tout début de cette expansion une phase très chaude et dense. En 1967, Jocelyn Bell Burnell découvre dans la constellation du Petit Renard le premier pulsar. Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide émettant des signaux radio réguliers. 

Les premiers humains envoyés sur la Lune à partir de 1969 marquent par ailleurs la montée en puissance de l'exploration spatiale du Système solaire. Le programme Viking de la NASA lance des missions vers Mars en 1976, qui envoient les premières images de la surface martienne. Les sondes Voyager 1 et 2, lancées en 1977, vont fournir des images détaillées des planètes géantes et de leurs satellites, et révolutionnent la planétologie.

Côté astrophysique, on note dans les années 1970, la découverte, en 1971, de la source radio Cygnus X-1, interprétée comme un candidat trou noir stellaires. Les trous noirs étaient jusque là des objets théoriques dont la possibilité découlait des équations de la théorie de la relativité générale. Le modèle des disques d'accrétion autour des trous noirs et des étoiles à neutrons est développé, expliquant l'intense émission de rayonnement observée. Les premières simulations numériques de la dynamique des galaxies sont par ailleurs développées, qui aident  à comprendre la formation et l'évolution des structures galactiques, mais qui remettent aussi au goût du jour la vieille idée de Zwicky concernant la composante non lumineuse de l'univers, et que les travaux de Vera Rubin dès les années 1960 sur la courbe de rotation des galaxies spirales avaient confortée. 

La question de la matière sombre va être un objet de spéculation majeur à partir des années 1980. Est-elle composée d'objets astronomiques massifs, mais trop peu lumineux pour être accessibles à l'observation directe, ou alors a-t-on affaire à à de nouvelles particules élémentaires massives elles aussi, mais qui intéragissent électromagnétiquement très faiblement au pas du tout avec le reste de la matière? Les réponses à cette question ont un impact sur l'histoire même de l'univers. Par exemple, selon la réponse apportée des scénarios différent sont élaborés pour rendre compte de la formation des galaxies. Tandis que les uns stattachent à ces problèmes, d'autres observent, en 1987, la supernova 1987A, dans le Grand Nuage de Magellan, qui leur offre une occasion unique d'étudier les processus de l'explosion d'une étoile massive en temps réel.

Les années 1990 vont encore être très fécondes. Lancé en 1990, le télescope spatial Hubble (HST) donne un nouveau souffle à l'astronomie observationnelle en fournissant des images extrêmement nettes de l'univers. Le satellite COBE (Cosmic Background Explorer) mesure en 1992 les fluctuations du fond diffus cosmologique. Les télescopes terrestres géants, à Hawaii ou à l'observatoire européen austral (ESO), au Chili, se mettent en place ou se perfectionnent pour produire eux aussi des résultats de niveau comparable à ceux du HST.

Des découvertes majeures vont être faites sur la formation des étoiles, des galaxies et sur l'expansion de l'univers. La seconde moitié de la décénnie est marqué par deux événement clés. D'abord, la découverte de la première exoplanète autour d'une étoile de type solaire, 51 Pegasi b, en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz, qui ouvre à un nouveau domaine d'étude. Ensuite, l'observation des supenovae lointaines menée par deux équipes indépendantes (Supernova Cosmology Project et High-Z Supernova Search Team), qui conduit en 1998 à la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers.

Une découverte surprise qui suggère (autre d'autres conséquence) que l'univers ne contient pas seulement une composante matérielle sombre, mais aussi une composante énergétique de nature inconnue, et que par analogie on va appeler l'énergie sombre.

Le modèle cosmologique Lambda-CDM devient le modèle standard de l'univers. Il incorpore la matière sombre froide (CDM = cold dark matter, ce qui correspond à des particules massives exotiques "lentes", c'est-à-dire animées de vitesses non-relativistes) et l'énergie sombre (Lambda, un facteur à la valeur non définie apparaissant dans les équations dès les premiers modèles cosmologique, mais auquel on avait choisi jusque-là de donner la valeur zéro) pour expliquer les observations de la structure et de l'évolution de l'univers.

Le premier quart du XXI^e siècle

Cependant, ce triomphe du modèle standard de la cosmologie a rapidement été confronté à des tensions. Les données de Planck ont révélé une curieuse disparition : environ 40% de la masse attendue dans les amas de galaxies semblait manquer. Devant l'ampleur du défi, certains théoriciens ont proposé des solutions exotiques, comme l'existence d'une nouvelle particule, un quatrième type de neutrino. Mais comme souvent en science, la réponse est venue d'observations plus fines. Entre 2013 et 2014, deux études majeures utilisant la technique de lentille gravitationnelle (qui mesure la masse d'un amas en déformant la lumière des galaxies lointaines) ont montré que la masse était bien là. C'est l'estimation de Planck, basée sur un effet physique différent, qui était sous-estimée. La crise était résolue, non par de la nouvelle physique, mais par une meilleure compréhension des instruments.

Parallèlement, les astronomes ont commencé à sonder l'univers jeune. En 2014, une équipe internationale a dévoilé une carte en trois dimensions de l'univers tel qu'il était seulement 3 milliards d'années après le début de l'expansion cosmique. Cette prouesse a été réalisée en utilisant la lumière de galaxies extrêmement lointaines pour éclairer la toile cosmique d'hydrogène, une technique novatrice qui a transformé des lignes de visée en une véritable image en volume. La même année, le télescope spatial Hubble, toujours actif, a montré que les galaxies naines étaient étaient des acteurs centraux de la jeunesse de l'univers, en produisant une part considérable des nouvelles étoiles et en contribuant de manière majeure à la réionisation, cette période où la lumière des premières étoiles a chauffé et ionisé l'hydrogène neutre qui baignait le cosmos.

De travaux théoriques  sur la nature même de la gravitation ont également marqué la période. Certains modèles, dits de gravitation modifiée, ont tenté d'expliquer l'énergie sombre non pas par une substance exotique, mais par une modification des lois d'Einstein à très grande échelle. Ces théories ont cherché à reproduire toute l'histoire de l'univers, de l'ère du rayonnement primitif à l'accélération actuelle, en une seule équation cohérente. Dans le même temps, des observations pointues de notre propre galaxie ont offert des indices sur l'environnement proche des monstres qui se cachent en son coeur. En 2014, une analyse détaillée de Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, a révélé une sous-structure dans son image, une découverte essentielle pour comprendre la turbulence du milieu interstellaire et préparer l'avènement de l'Event Horizon Telescope.

L'exploration du Système Solaire s'est également poursuivie. Des missions telles que Curiosity (2012) se consacrent à l'étude de la surface de Mars. En 2014, la mission Rosetta de l'ESA a réussi à placer le module Philae sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, fournissant des données sur la composition des comètes. La sonde New Horizons a survolé Pluton, en 2015, et a transmi des images et des données détaillées de cette planète naine et de ses satellites.

Une avancée notable est venbue de la première détection directe d'ondes gravitationnelles,, qui confirme (encore) une prédiction clé de la théorie de la relativité générale. Le 14 septembre 2015, à 9h50 UTC, les deux détecteurs de la collaboration LIGO ('un à Hanford dans l'État de Washington, l'autre à Livingston en Louisiane) enregistrent simultanément un signal d'une durée de deux dixièmes de seconde. Ce frémissement, dont l'amplitude maximale déplace les miroirs de l'instrument d'une fraction d'un millième du diamètre d'un proton, est la première détection directe d'ondes gravitationnelles de l'histoire. La source est identifiée comme la fusion de deux trous noirs stellaires d'environ 29 et 36 masses solaires, localisée à 1,3 milliard d'années-lumière. En une fraction de seconde, ce système a libéré plus d'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles que toutes les étoiles de l'univers observable réunies n'en rayonnent sous forme de lumière. L'événement, baptisé GW150914, est annoncé publiquement en février 2016 et vaut à Kip Thorne, Rainer Weiss et Barry Barish le prix Nobel de physique en 2017. Ce qui frappe la communauté scientifique autant que la détection elle-même, c'est la confirmation expérimentale d'une prédiction centenaire d'Einstein dans le régime le plus extrême qui soit : deux objets parmi les plus denses de l'univers tournant l'un autour de l'autre à une fraction notable de la vitesse de la lumière avant de fusionner.

Les années suivantes voient s'accumuler les détections gravitationnelles à un rythme croissant. La collaboration LIGO-Virgo (Virgo étant le détecteur européen installé près de Pise) publie des catalogues successifs comptant finalement plusieurs centaines d'événements lors des campagnes d'observation O1, O2 et O3. Parmi ces événements, celui du 17 août 2017 marque un nouveau seuil : GW170817 est la première fusion de deux étoiles à neutrons détectée en ondes gravitationnelles, et elle est accompagnée, 1,7 secondes plus tard, d'un sursaut gamma court capté par les satellites Fermi et INTEGRAL. Dans les heures et les jours qui suivent, des dizaines de télescopes sur Terre et dans l'espace observent la même source dans toutes les longueurs d'onde, du rayonnement X aux ondes radio, en passant par le visible et l'infrarouge. Cette "kilonova", terme désignant l'émission lumineuse produite par la fusion de deux étoiles à neutrons, confirme expérimentalement une hypothèse de longue date : les éléments lourds comme l'or, le platine et les terres rares sont synthétisés lors de ces fusions cataclysmiques par un processus de capture rapide de neutrons. L'astronomie multi-messagers (qui combine ondes gravitationnelles, photons de toutes énergies et, potentiellement, neutrinos et rayons cosmiques) entre officiellement dans l'ère opérationnelle.

La collaboration Event Horizon Telescope poursuit un projet d'une audace extraordinaire : imager directement l'ombre d'un trou noir supermassif. En avril 2017, huit radiotélescopes répartis sur quatre continents (du pôle Sud aux îles Hawaii en passant par l'Espagne et le Chili) observent simultanément le noyau de la galaxie elliptique M87 et le centre de la Voie lactée. Les données, représentant plusieurs pétaoctets, sont rapatriées physiquement sur disques durs et traitées par des équipes à Cambridge et Taipei pendant près de deux ans. Le 10 avril 2019, la première image du trou noir central de M87 est rendue publique : un anneau lumineux asymétrique d'environ 40 microsecondes d'arc de diamètre angulaire entourant une région sombre, correspondant à un objet d'environ 6,5 milliards de masses solaires. Trois ans plus tard, en mai 2022, la même collaboration publie l'image de Sagittarius A*, le trou noir de 4 millions de masses solaires en orbite duquel tournent les étoiles du centre galactique. Ces deux images constituent une validation directe de la relativité générale dans le régime de champ fort, et elles contraignent fortement les théories alternatives à la gravitation d'Einstein.

La question du destin et de la géométrie de l'univers reste dominée par la tension croissante autour de la constante de Hubble. Ce paramètre, qui décrit le taux d'expansion actuel de l'univers, est mesuré par deux grandes familles de méthodes qui donnent des résultats incompatibles au niveau statistique de plus de cinq sigma (le seuil conventionnel pour parler de découverte en physique, le critère sigma). D'un côté, les mesures fondées sur le fond diffus cosmologique, notamment celles de la mission Planck de l'Agence spatiale européenne dont les résultats définitifs sont publiés en 2018 et 2020, donnent une valeur d'environ 67,4 kilomètres par seconde par mégaparsec. De l'autre, les mesures de l'échelle des distances locales (fondées sur les céphéides calibrées par le télescope spatial Hubble, les supernovae de type Ia et d'autres indicateurs de distance) convergent vers une valeur d'environ 73 kilomètres par seconde par mégaparsec. Cette tension de Hubble mobilise une fraction croissante de la communauté cosmologique. Certains l'attribuent à des erreurs systématiques non identifiées dans l'une ou l'autre méthode, mais l'accumulation des données indépendantes tend à renforcer la discordance plutôt qu'à la réduire. D'autres voient dans cet écart le signe d'une physique nouvelle : un composant d'énergie sombre dont l'équation d'état varie avec le temps, une modification de la relativité générale aux grandes échelles, ou une nouvelle forme de radiation relativiste dans l'univers primitif.

Le télescope spatial James Webb, lancé le 25 décembre 2021 et opérationnel à partir de l'été 2022, inaugure une nouvelle ère dans l'observation de l'univers lointain. Sa surface collectrice de 25 mètres carrés et ses instruments optimisés pour l'infrarouge lui permettent de détecter la lumière de galaxies qui émettaient quand l'univers n'avait que quelques centaines de millions d'années. Dès ses premières semaines d'observation, Webb identifie des galaxies à des redshifts supérieurs à 10, c'est-à-dire dont la lumière voyage depuis une époque où l'univers était moins d'un vingtième de son âge actuel. Plus troublant encore, plusieurs de ces galaxies présentent des masses stellaires et des degrés de structuration morphologique (disques, bulbes, populations d'étoiles vieilles) qui semblent incompatibles avec les modèles de formation des galaxies dans le cadre standard de la matière sombre froide. Ces galaxies " trop massives, trop tôt" (certaines regroupant déjà des dizaines de milliards de masses solaires à des âges cosmiques inférieurs à 600 millions d'années) alimentent un débat intense sur la vitesse de formation des premières étoiles et la nature exacte des premiers semences de la structure cosmique. Webb observe également les atmosphères d'exoplanètes avec une précision inégalée, détectant du dioxyde de carbone dans l'atmosphère d'une planète de la taille de Jupiter en 2022, puis produisant des spectres atmosphériques d'un niveau de détail sans précédent pour des planètes rocheuses du système TRAPPIST-1.

La physique des exoplanètes connaît elle-même une transformation profonde. La mission Kepler de la NASA, lancée en 2009 et dont les données couvrent la période jusqu'en 2018, a catalogué plusieurs milliers de candidats planétaires, révélant que les planètes de type super-Terre et mini-Neptune (une catégorie absente du système solaire) sont en réalité les objets les plus courants de la Galaxie. La mission TESS, lancée en 2018, prend la relève en couvrant un ciel bien plus large et en ciblant des étoiles plus proches et plus brillantes, accessibles aux spectromètres au sol pour la mesure des masses planétaires. En 2022 et 2023, les spectromètres à haute résolution ESPRESSO et HARPS détectent plusieurs systèmes planétaires multiples avec des masses et des densités mesurées à quelques pour cent d'incertitude, ouvrant la voie à une caractérisation géophysique des planètes extrasolaires. La découverte que le système TRAPPIST-1, autour d'une naine rouge à 40 années-lumière, héberge sept planètes de taille terrestre dont trois dans la zone habitable, déclenche un effort observationnel sans précédent pour caractériser ces mondes.

Dans le domaine de la physique des hautes énergies astrophysiques, le réseau de détection de neutrinos IceCube, enfoui dans la glace de l'Antarctique, publie en 2022 la première détection statistiquement significative de neutrinos de haute énergie provenant d'une source galactique spécifique : la galaxie de Seyfert NGC 1068, distante de 47 millions d'années-lumière. Ce résultat, renforcé en 2023, confirme que les noyaux actifs de galaxies sont des accélérateurs de particules cosmiques, et pose les premières bases d'une astronomie neutrinique extragalactique. L'origine des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie (ces particules atteignant des énergies dix millions de fois supérieures à celles du Grand collisionneur de hadrons) reste une question ouverte, mais les corrélations statistiques entre les directions d'arrivée de ces particules et certaines classes de galaxies actives se renforcent progressivement.

Les simulations numériques de la formation des structures cosmiques atteignent au cours de cette période des résolutions et des volumes sans précédent. La simulation IllustrisTNG, publiée en 2018, reproduit avec une fidélité remarquable les propriétés statistiques des galaxies observées (morphologies, couleurs, profils de vitesse, contenus en gaz) à travers plusieurs milliards d'années d'évolution cosmique dans un volume représentant plusieurs centaines de millions d'années-lumière de côté. Ces simulations confirment la robustesse du modèle cosmologique standard ΛCDM  (fondé sur la matière sombre froide et une constante cosmologique) tout en révélant des tensions persistantes aux petites échelles : la distribution du nombre de satellites des galaxies, la structure centrale des halos de matière sombre ou le problème de l'alignement des galaxies satellites avec le plan de la Voie lactée.

La matière sombre reste l'un des grands problèmes non résolus de la physique fondamentale. Les expériences de détection directe (LUX-ZEPLIN, PandaX, XENON1T et XENONnT) repoussent les limites de sensibilité pour les particules massives interagissant faiblement, les WIMPs, sans jamais détecter de signal. La masse et la section efficace d'interaction des WIMPs candidates sont contraintes dans des régions de plus en plus restreintes du paramètre espace, obligeant les chercheurs à envisager des candidats alternatifs : axions, particules ultralégères de type fuzzy dark matter, particules stériles. L'expérience ADMX, dédiée aux axions, publie des contraintes qui commencent à mordre sur les régions de masse motivées par la théorie. Aucun signal positif n'a été obtenu à ce jour dans cette recherche directe.

Le fond diffus de neutrinos cosmologiques (vestige de l'univers à une seconde après le tout début de l'expansuion cosmique, jamais détecté directement faute d'instruments suffisamment sensibles) fait l'objet de projets comme PTOLEMY, dont les premières démonstrations technologiques sont publiées dans cette période. Dans un autre registre, l'expérience DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) entame en 2021 son relevé de la position de dizaines de millions de galaxies, visant à mesurer les oscillations acoustiques baryoniques (l'empreinte fossilisée des ondes sonores de l'univers primitif dans la distribution des galaxies) avec une précision suffisante pour contraindre la nature de l'énergie sombre. Les premiers résultats publiés en 2024 suggèrent une possible déviation de la constante cosmologique vers une énergie sombre dont l'équation d'état évoluerait avec le temps, un résultat qui, s'il se confirme, constituerait l'une des découvertes les plus importantes de la cosmologie depuis la détection de l'accélération de l'expansion en 1998.

L'image d'ensemble qui se dégage des dernières années est celle d'une science en pleine maturité instrumentale, capable de mesurer l'univers avec une précision qui commence à excéder la précision des théories disponibles pour l'interpréter. Le modèle standard de la cosmologie reproduit l'essentiel des observations avec un succès éclatant, mais ses coutures commencent à se voir : la tension de Hubble, les galaxies massives précoces de Webb, les légères déviations suggérées par DESI, les échecs répétés à détecter la matière sombre. Si bien que l'astrophysique actuelle ressemble de plus en plus à la physique atomique de la fin du XIX^e : une science dont la structure globale paraît solide, mais dont les anomalies persistent avec une régularité qui laisse supposer que quelque chose d'essentiel reste encore à découvrir. 

James Lequeux, L'Univers dévoilé, EDP Sciences, 2005.

Audouin Dollfus, La grande lunette de Meudon, les yeux de la découverte, CNRS, 2006. - La grande lunette de Meudon, qui fut la plus grande lunette d'Europe, a brillé sur l'astronomie presque tout le long du XXe siècle. Devenu mythique, l'instrument hors normes symbolise une manière de penser l'astronomie et de la pratiquer. Audouin Dollfus, astronome de renom, l'un des derniers témoins actifs des grandes années de la lunette, nous donne à voir ici toute l'histoire de ce magnifique instrument : depuis la naissance de l'idée qui poussa Jules Janssen, à la fin du XIXe siècle, à doter l'astronomie française d'une lunette astronomique hors pair, dont l'audace frisait la limite des ressources techniques, industrielles et artisanales alors en mutation, jusqu'en 2006, premiers pas vers une réouverture au public de l'instrument après sa restauration. Pour l'oeil géant de Meudon, les planètes s'imposèrent d'abord en cibles privilégiées. C'est d'ailleurs la grande lunette qui permit de mettre définitivement fin au mythe tenace des canaux martiens. On rivalise à l'oculaire pour grossir, décrypter, reproduire et comprendre les événements qui se déroulent sur ces mondes. Des étoiles explosent dans le ciel et la grande lunette en décompose aussitôt les lumières. Le grand appareil sort péniblement de la Seconde Guerre mondiale, mais il repart pour un nouvel élan. Les étoiles doubles décrivent lentement leurs orbites surveillées par des regards attentifs armés du grand objectif. Les planètes reviennent dans le champ des préoccupations des astronomes et dans celui des oculaires. Vers la fin du XXe siècle, les télescopes au sol de plus en plus performants puis les sondes spatiales rénovent la manière de pratiquer la science, et la grande lunette quitte le devant de la scène. A l'heure où la grande lunette prend un nouveau départ, cet ouvrage présente une aventure scientifique, technologique et humaine hors du commun. (couv).

Yaël Nazé , L'astronomie au féminin, Vuibert, 2008.

L.M. Celnikier, Histoire de l'astronomie occidentale, Tec et Doc, 1996. - Eric Lindemann, André Maeder, Mécanique (une introduction par l'histoire de l'astronomie), De Boeck université, 1999. - Jean-Paul Verdet, Une histoire de l'astronomie, Le Seuil (Points), 1990. Du même, Histoire de l'astronomie ancienne et classique, PUF (QSJ), 1997.  - Alain Dupas, Une autre histoire de l'espace, Gallimard, 2000.

Collectif, Jean Picard et les débuts de l'astronomie de précision au XVIIe siècle, CNRS, 1999. - B. Ribemont et al., Observer, lire, écrire le ciel au Moyen âge, Klincksieck, 1991. - Alexandre Koyré, Chute des corps et mouvement de la Terre de Kepler à Newton, Vrin. - Paul Couteau, Ces astronomes fous du ciel (ou l'histoire de l'observation des étoiles doubles), Edisud, 1988.

J. S. Bailly, Histoire de l'astronomie ancienne, depuis son origine jusqu'à l'établissement de l'école d'Alexandrie, rééd. Burillier (attention quand même  : les idées exposées sont celles d'un auteur du XVIIIe siècle). - Paul Tannery, Recherches sur l'histoire de l'astronomie ancienne, 1893, rééd. Gabay, 1995.

Pour les plus jeunes.
Jean-Pierre Verdet, Françoise Joudrier, Un moment lumineux : La rencontre de Johannes Kepler et de Tycho Brahé (Album), L'Ecole des Loisirs, 2009. - Tout les sépare. L'un est un roturier pauvre, l'autre un riche seigneur danois. L'un a vingt-neuf ans, l'autre cinquante-quatre. L'un est seul au monde, l'autre s'entoure d'une véritable cour et d'un bouffon! L'un est un gringalet souffreteux et mal dans sa peau, l'autre une force de la nature toujours prêt à en découdre. Pourtant, ils partagent l'essentiel : une passion des étoiles qui les tient depuis qu'ils ont vu, enfants, l'un une comète et une éclipse de Lune, l'autre une éclipse de Soleil. Aujourd'hui, 4 février 1600, au château de Benatek, non loin de Prague, Johannes Kepler et Tycho Brahé se rencontrent pour parler de la planète Mars. (couv.).