L’orbite non circulaire de Mars

Dans cette première édition, Kepler propose une nouvelle description du système solaire déduite des observations de Tycho Brahé. En préambule, il déclare : « Qu’il soit lu par mes contemporains ou seulement par la postérité, il n’importe : mon livre peut attendre un siècle son lecteur, comme Dieu lui-même attend depuis six mille ans son témoin. »
Kepler étudie avec une extrême attention l’orbite de Mars, dont il essaie de rendre compte dans le cadre des différents systèmes du monde disponibles. Kepler est un partisan convaincu de l’héliocentrisme. Il dispose des innombrables tableaux de mesures rassemblés par Tycho Brahé et connaît la période sidérale de Mars – le temps qu’il faut à la planète pour effectuer un tour complet sur son orbite et revenir exactement au même point : cette période est de 687 jours. Kepler trace donc une représentation circulaire de l’orbite terrestre (ce qui est presque exact…) et y situe la Terre, notre point d’observation, pour deux dates bien choisies. Il trace ensuite dans le plan de l’écliptique la droite qui « vise » la planète Mars. L’analyse détaillée des archives de Tycho Brahé lui permet de trouver cinq couples d’observations de la planète Mars effectuées à l’intervalle de 687 jours exactement. Les cinq points se situent bien sur un cercle, mais dont le centre est bien éloigné du Soleil ! Or, pour un esprit aussi mystique que celui de Kepler, cela est inconcevable : le Soleil doit occuper une position particulière et symbolique.
Kepler cherche et trouve une figure géométrique qui satisfait sa quête d’absolu : l’ellipse possède un centre géométrique et deux foyers. Sa conclusion est définitive : « Il ne reste aucune figure possible, sinon une ellipse parfaite. »