Comptes Rendus
Panorama historique de l’étude de la réfraction astronomique : une histoire méconnue entre optique, mathématiques et géodésie
Comptes Rendus. Physique, Volume 23 (2022) no. S1, pp. 13-62.

De l’antiquité grecque à l’ère de l’informatique, la réfraction astronomique pose question, quant à la position angulaire réelle des astres, à la structure de l’atmosphère, et la navigation astronomique. Après les idées embryonnaires et les premières mesures présentées en introduction, on commence par la série des fondateurs d’une étude mathématiquement structurée : les Cassini, Newton, Taylor — ces deux derniers inventant des notions mathématiques appropriées. Puis on voit les géodésiens du xviii e (Bouguer, Lacaille, etc.) enrichir le corpus des observations entretenant la réflexion. Ensuite viennent les formules des Classiques : Simpson, Bradley, Kramp, Laplace. Mais avec les progrès de la métrologie démarrent des études précises de l’indice de l’air et reviennent les géodésiens et théoriciens, comme Biot qui est présent sur tous ces tableaux. L’augmentation de précision qui s’ensuit nécessite des calculs théoriques pour des modèles d’atmosphère plus sophistiqués, effectués par des continuateurs emblématiques comme, entre autres, Radau et Ivory. Ce dernier pointant une divergence dans les séries numériques utilisées, un sursaut mathématique est dû à quelques ouvreurs comme Kummer et Hausdorff. Toute cette virtuosité analytique sera finalement supplantée par l’étude numérique informatique, mais dont l’implémentation efficace repose grandement sur les avancées théoriques de Biot.

From Greek antiquity to the era of computer science, astronomical refraction has raised questions about the real angular position of celestial bodies as seen from Earth surface, the structure of its atmosphere, and the celestial navigation. After introducing the embryonic ideas and the first measurements, the article first presents the early founders of a mathematically structured study: Cassini, Newton, Taylor—the last two inventing appropriate mathematical tools. Then the 18th century geodesists (Bouguer, Lacaille, etc.) enrich the corpus of observations to be understood, followed by the “classics”—Simpson, Bradley, Kramp, Laplace. The progress in metrology allows precise studies of the air refractive index and new theoretical efforts with Biot’s omnipresence. This gain in accuracy requires new calculations involving more sophisticated atmospheric models, as Radau and Ivory, among others, will do. Ivory pointing out a divergence in the numerical series being used, Kummer and Hausdorff find a new mathematical way. Numerical work on computers is eventually making useless all this mathematical virtuosity, although present work keeps relying on Biot’s theoretical advances.

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DOI : 10.5802/crphys.110
Mot clés : Réfraction astronomique, Coefficient de réfraction, Formule de Simpson, Formule de Bradley, Théorème d’Oriani, Hauteur réduite, Théorème de Biot
Keywords: Astronomical refraction, Refraction coefficient, Simpson’s formula, Bradley’s formula, Oriani’s theorem, Reduced height, Biot’s theorem

Luc Dettwiller 1

1 Université Jean Monnet Saint-Etienne, CNRS, Institut d Optique Graduate School, Laboratoire Hubert Curien UMR 5516, F-42023, SAINT-ETIENNE, France
Licence : CC-BY 4.0
Droits d'auteur : Les auteurs conservent leurs droits
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