4. The American Ephemeris : une publication de l’U.S. Navy, 1849-1920

C’est à l’initiative du Lieutenant Matthew Fontaine Maury (1806-1873), nommé en juillet 1842 directeur du Dépôt des cartes et des instruments de la U.S. Navy à Washington, que l’on doit au Congrès la décision de publier en 1849 un almanach nautique fabriqué aux U.S.A.

 

4.1.- Les débuts, 1849-1865 : batailles et décisions fondamentales

Il n’y a aucune évidence à ce que les marins américains, habitués à utiliser l’éphéméride anglaise, se prononcent pour que ces éphémérides soient publiées sur leur sol. En effet, depuis 1820, la Navy avait ordonné que tous les navires en partance au long cours soient munis d’une version abrégée du NA anglais, publiée sous licence de l’Amirauté britannique depuis 1811 par les éditions maritimes Blunt basées à New-York. Cet abrégé connu sous le titre de Blunt’s edition of the Nautical Almanac and astronomical ephemeris for the year […] d’un volume réduit à environ 162 pages devait bien remplir son office et être une entreprise lucrative pour son éditeur ; chaque année le Dépôt de la Navy en achetait près d’une centaine. C’est plus certainement dans l’affirmation d’une indépendance de la nouvelle Nation en construction qu’il faut chercher les motivations de Maury de bâtir un almanach américain à destination des Américains plutôt qu’à payer annuellement le Gouvernement anglais pour la fourniture de données astronomiques. Sollicité par James McGilliss, le prédécesseur de Maury au Dépôt de la Navy, le congrès américain donne son accord en août 1842 pour la construction d’un observatoire naval qui entre en service en 1845. Son premier directeur est Matthew Fontaine Maury et ce, jusqu’aux débuts de la Guerre de Sécession en 1861. Maury peut donc affirmer clairement que les observations et les calculs peuvent désormais être réalisés par les officiers de Marine U.S. sans préjudice de la précision de ces calculs. Maury peut aussi argumenter que les tables astronomiques sur lesquelles les éphémérides du NA, de la CDT et des autres éphémérides commencent à dater de 30 ou 40 ans (1821 pour les tables de Bouvard, 1833 pour celles du Soleil de Carlini, 1834 pour les tables de la Lune de Burckhardt, etc.) et que les astronomes américains, en progrès rapides, sont capables de produire les observations permettant une mise à jour de ces tables. Le secrétaire de la Navy (sous-)estime le coût du calcul et de la publication d’un almanach américain à $6000 U.S. dollars. Après des tentatives infructueuses, l’accord final est donné par le Naval Appropriation Act du 3 mars 1849. Il y est clairement indiqué que cette publication doit être placée sous la responsabilité d’un officier de Marine d’un grade supérieur ou égal à celui de Lieutenant et confié au Service hydrographique tenu alors par Maury.

Le premier Superintendent du nouvel almanach nautique américain est désigné le 11 juillet 1849 : il s’agit du Lieutenant Charles-Henry Davis depuis longtemps engagé dans des travaux hydrographiques des côtes américaines. Le nouveau Nautical Almanac Office n’est paradoxalement pas associé à l’observatoire Naval mais est implanté à Cambridge, proche de l’Université de Harvard, et peut ainsi bénéficier des aides du mathématicien Benjamin Pierce, et de la bibliothèque universitaire tout juste enrichie des ouvrages de l’officier hydrographe, auteur de manuels de navigation et commentateur américain des œuvres de Laplace, Nathaniel Bowditchⁱ. Les activités d’observations et de calculs n’ont aucunement besoin d’être localisées au même endroit.

Figure 11 : Amiral Charles-Henry Davis (1807-1877)

La question du choix d’un méridien de référence alimente les débats entre le Congrès et le House Committee on Naval Affairs. Finalement, les institutions impliquées décident d’adopter le méridien de Washington pour l’astronomie et la géographie et de conserver le méridien de Greenwich pour la partie navale de l’almanach. En conséquence, le premier volume de The American Ephemeris and Nautical Almanac (AE par la suite) publié en 1852 « by authority of the secretary of the Navy » pour l’année 1855 est divisée en deux parties bien distinctes. La première partie « Astronomical Ephemeris for the use of Navigators for the meridian of Greenwich », comporte 222 pages donnant : 1°. Les éphémérides mensuelles et les distances lunaires avec 16 pages par mois (sur un plan similaire à celui du NA anglais) ; 2°. Les éphémérides des planètes de Vénus à Saturne (194 à 218) ; 3°. Les coordonnées rectangulaires du Soleil tous les jours de l’année à midi temps moyen de Greenwich. La seconde partie est réservée aux astronomes : « Astronomical ephemeris for the meridian of Washington » comporte 252 pages donnant comme d’habitude : l’obliquité de l’écliptique, un catalogue d’étoiles fixes, les éphémérides du Soleil, les données lunaires (Culminations, demi–diamètre, parallaxe horizontale, phases), les éphémérides des planètes jusqu’à Neptune, les coordonnées héliocentriques des planètes, les éclipses, les occultations, les éclipses des satellites de Jupiter (très utiles pour les astronomes américains et la géographie américaine en pleine exploration des Terres de l’Ouest), etc.

Les éphémérides de la Lune sont calculées sur les tables de Plana combinées avec les derniers arrangements de Hansen et adaptées par des corrections empiriques sur la longitude de la Lune proposées par un certain Miles Longstreth de Philadelphia. Les éphémérides des Mercure sont construites sur les tables de Le Verrier empruntées à la CDT pour 1848 et d’autres tables (Vénus, Mars, Jupiter et Saturne) sont des emprunts variés à la CDT de 1841 à 1849. Enfin, les Appendix sont constitués de six notices (faisant 78 pages), parmi lesquelles on note, des informations sur la construction des tables de cet almanach ; un mémoire intitulé « Chauvenet’s tables for correcting Lunar distances with directions for using the tables and explanation of their construction » présentant une méthode réduisant les calculs de trigonométrie sphérique à une méthode tabulaire de traitement des distances lunaires ; et enfin des éphémérides de Neptune pour l’année 1853 sur quatre pages ( !). Le volume complet fait 552 pages environ. Notons que dès le premier volume, les noms des contributeurs au volume sont donnés à la fin de la rubrique ou de l’appendice concernant la « construction of the Almanac » où figure le détail de toutes les tables astronomiques employées : la transparence est totaleⁱⁱ. On note la présence d’une astronome réputéeⁱⁱⁱ, Miss Maria Mitchell (1818-1889), responsable des éphémérides de Vénus.

Intéressons-nous à la réception que fait la R.A.S. à ce nouvel almanach en mars 1853^iv. La parution de ce volume est introduite par une appréciation sur les qualités pratiques des « cousins » américains :

« A fresh proof of the interest felt by our Transatlantic brethren in the advancement of astronomical science, and of their ability in carrying out views of practical utility, has recently been afforded by the publication of the handsome volume [of The American Ephemeris […] »^v.

Puis après avoir détaillé comme ci-dessus le contenu de la nouvelle éphéméride, l’auteur de la revue conclut avec enthousiasme :

« […] It may be remarked, in conclusion, that the work is beautifully got up. The ordre of arrangement is neat and lucid; the printing is in a clear bold type, and the paper of superior quality. The modern style of numerals is used throughout, apparently without any disadvantage »^vi.

Bref, pour la revue phare de la R.A.S., la parution de cette éphéméride est un succès.

Davis considère la publication de cet almanach comme une contribution à l’astronomie et au développement de la science américaine, et non plus comme une garantie de sauvegarde des équipages : « An astronomical ephemeris was something more than a book of mere results of calculations based upon rules furnished elsewhere ; it should itself help to investigate the theories it is obliged to employ »^viii. En 1857, Davis publiera la traduction du classique de Karl Friedrich Gauss, sous le titre de Theory of the motion of the Heavenly Bodies Moving Around The Sun in Conic Sections.

Mais la préparation du premier volume de ce nouvel almanach a exigé des astronomes américains et de Davis qu’une jeune équipe de calculateurs soit entraînée à un travail qui n’avait jamais été fait sur ce territoire : former des calculateurs à des procédures de calculs sur les tables de la Lune de Hansen et aux tables planétaires de Le Verrier mises récemment à leur disposition ! Ces travaux préparatoires permettent à Davis et son équipe de réduire d’un tiers les erreurs moyennes des lieux de la Lune du NA anglais. Ces nouvelles données américaines sont testées lors de l’éclipse de Soleil du 28 juillet 1851 : à Washington, le NA anglais est erroné de 78 secondes au début de l’éclipse pour 13 secondes d’erreur seulement pour le AE américain. Il est évident pour Davis désormais que le travail du U.S. NA Office sert l’avancement des sciences et la diffusion des connaissances sur le sol des États-Unis et que les standards européens ne pourront satisfaire les besoins et les demandes des Américains.

Le premier volume est tiré à 1000 exemplaires et s’écoule très vite ; en 1860, AE tire à 6000 exemplaires et bientôt le tirage et les ventes annuelles s’établissent à 10 000 exemplaires.

En 1852, Davis fournit les comptes du calcul de l’Almanach pour 1857 tel qu’il doit être envisagé pour l’année 1854 (pour le respect du délai de 3 ans à l’avance) : $16,200 pour le salaire des calculateurs, $2,200 pour le papier et l’impression, $1000 en frais divers (secrétaire, garçon de bureau, location etc.) soit au total $19,400 pour la réalisation des premiers volumes de l’AE, loin des $6,000 estimés par Mason en 1848 ! 23 personnes sont mobilisées pour le calcul des premiers volumes, pour des salaires allant de $300 à $1,500 (prof. Pierce), le salaire moyen d’un calculateur avancé étant de $600, celui d’un débutant d’environ $300^ix. Simon Newcomb arrivé à Cambridge en 1857 se souvient dans ses Réminiscences, comment il est entré dans la « joyeuse ambiance » du jeune NA Office et de sa « belle » vie de jeune calculateur payé $30 par mois…^x

Le document 10 donne la liste des superintendents qui se succèdent jusqu’en 1920 environ. Winlock assure la publication régulière et désormais routinière de l’AE Avec la fin de la Guerre de Sécession, le U.S. NA Office entre dans une nouvelle ère.

Document 10 : Liste des Superintendents du U.S. Nautical Almanac Office. Source : Dick, S.J., 1999, 19i.

Le document 11 montre une comparaison des nombres de pages entre les quatre principales éphémérides (CDT, NA, AE et BAJ) sur la période 1850-1920. On voit assez bien combien AE suit le volume du NA qui lui sert de modèle. Ce n’est que vers les années 1910 que l’AE prend son indépendance en s’écartant de son modèle.

Si les trois éphémérides NA, AE et BAJ respectent un format relativement stable, excepté pour le NA et AE qui introduisent régulièrement de longs appendices, — le BAJ ne le fait que tardivement —, on voit nettement comment la CDT explose, doublant son nombre de pages sur la période 1880-1900 avec de longues additions et une augmentation des tables qui sont développées dans d’autres expositions sur ce site ; nous invitons le lecteur à visiter ces expositions virtuelles.

Document 11 : Comparaison du nombre de pages entre les quatre principales éphémérides, 1850-1920 (volumes complets, tables et additions ou appendices compris). © - G. Boistel, 2019-2021.

4.2.- L’ère Newcomb, 1866-1897 : les constantes astronomiques fondamentales

John Coffin succède à Winlock en 1866. Responsable du Département de mathématiques de l’Académie navale en 1855, Coffin devient en 1860 directeur du Département de Navigation et d’Astronomie de l’Académie. Newcomb n’a alors que 30 ans et ne peut prétendre à s’occuper de l’AE. Sa carrière se déroule à l’Observatoire naval pour le moment. Coffin hérite du travail de Davis et de Winlock mais n’apporte rien de plus aux éphémérides ; il assure la routine. Son seul mérite est d’avoir fait revenir le NA Office à Washington en juillet 1866. Davis assure la direction de l’U.S.N.O. et voit d’un très bon œil le retour du NA Office dans ses quartiers.

C’est l’opportunité rêvée pour Simon Newcomb de postuler à la succession de Coffin qui part à la retraite ; Newcomb est chargé du U.S. Nautical Almanac le 15 septembre 1877 : « This change was one of the happiest in my life », écrit Newcomb^xi.

Joli parcours que celui de Newcomb : à l’origine maître d’école dans le Maryland, Newcomb a pu trouver un poste proche de Washington D.C., où il fréquenta la bibliothèque de la Smithsonian Institution. Auto-didacte en mathématiques et en astronomie, il rencontra son secrétaire Joseph Henry qui le recommanda au Coast Survey Office, dont le directeur le renvoya peu après vers J. Winlock au NA Office à Cambridge où Newcomb arriva en janvier 1857. Il suivi les cours de B. Pierce en 1857-58 mais garda son caractère autodidacte toute sa vie, ce qui fait finalement toute sa force. Avec la défection de plusieurs professeurs de mathématiques et d’officiers comme Maury partis défendre la cause sudiste en 1861, Newcomb obtient sa titularisation à l’U.S.N.O. en octobre 1861. En 1858, par exemple, il est crédité du calcul des éphémérides de Mercure et de Mars^xii.

Il visite Paris au cours de l’année 1870. Il est en contact avec le Bureau des longitudes et tente de travailler sur les observations de la Lune qui sont archivées à l’Observatoire. Mais les évènements de la guerre franco-prussienne puis de la Commune, l’empêchent de travailler de manière plus approfondie sur ces données^xiii.

Figure 12 : Simon Newcomb (1835-1909).[Prints and Photographs division de la Bibliothèque du Congrès des États-Unis].

En 1877, les bureaux du U.S. NA sont constitués d’une petite maison presque délabrée, à la limite de la respectabilité, en bordure de l’observatoire. Son premier travail fut de transférer les locaux en haut du nouvel Corcoran Art building de Washington, près de la Maison Blanche. Newcomb peut laisser sa créativité s’épanouir :

« I was now in position of recognized responsibility […] where I could make plans with the assurance of being able to carry them out […] Practically, I had complete control of the work of the Office, and was thus, metaphorically speaking, able to work with untied hands.  »^xiv

Son fil rouge pendant les 30 années de sa direction à la tête du U.S. NA : dans la lignée du 3^e volume du Traité de Mécanique Céleste de Laplace, remettre en ordre les mouvements des satellites et des planètes dans un système uniforme et porter les études sur le système solaire et la théorie de la gravitation à un niveau supérieur ! C’est-à-dire refondre complètement les bases théoriques sur lesquelles The American Ephemeris était construit. Ainsi les travaux de Newcomb, apparemment disparates, peuvent être lus dans ce schéma directeur : les passages de Vénus et de Mercure (donc la parallaxe solaire), la vitesse de la lumière, les constantes astronomiques fondamentales, les mouvements de la Lune. Newcomb sut rassembler les talents, ceux de Winlock, ceux de son assistant et ami Georges W. Hill (« the greatest master of mathematical astronomy during the last quarter of the nineteenth century ») par exemple. Hill fut chargé de reprendre les théories de Jupiter et de Saturne et de réviser toutes les perturbations dues aux masses énormes de ces planètes. Pour le suivi de ce travail titanesque, ils disposent d’une équipe de 8 à 12 calculateurs. Newcomb créé aussi en 1882 une nouvelle collection, les Astronomical Papers Prepared for the use of The American Ephemeris, publiés par le Navy’s Bureau of Navigation,où à l’instar des « Additions » de la CDT ou des Annales du Bureau des longitudes sont publiés tous les travaux théoriques importants de révisions des bases théoriques et des constantes fondamentales sur lesquelles les éphémérides sont désormais calculées. Dans le 1^er volume, les six mémoires sont rédigés par Newcomb lui-même : les éclipses de Soleil et les passages de Mercure ; une comparaison des tables de la Lune de Hansen et de Delaunay ; un catalogue de 1098 étoiles de référence. Michelson discute de ses déterminations de la vitesse de la lumière et Hill calcule les perturbations de Vénus sur Mercure. À la mort de Newcomb, sept volumes auront été publiés que certains de ses nécrologues regardent comme un trésor de l’astronomie.

En 1894, le U.S. NA Office est rattaché à l’Observatoire naval et le département de l’almanach devient une branche de cet observatoire, tout en gardant sa direction et ses prérogatives distinctes de l’établissement naval.

Toujours en 1894, (Sir) David Gill suggère qu’une conférence réunissant tous les directeurs d’éphémérides se tienne pour envisager la coopération. Cette proposition est soutenue par Downing directeur du NA anglais et le Bureau des longitudes répond favorablement en organisant la réunion qui se tient en mai 1896 à Paris. Il est décidé qu’à partir de 1901, le système de constantes de Newcomb serait employé dans le calcul de toutes les éphémérides. Cette décision fut promptement attaquée par des astronomes américains comme Lewis Boss et Seth Chandler, le directeur du prestigieux Astronomical Journal ; les opposants firent valoir que les Bureaux des éphémérides ne pouvaient pas imposer des nouvelles constantes astronomiques si ces changements n’avaient pas été demandés par la communauté des astronomes.

4.3.- L’après Newcomb : Walter Eichelberger, 1910-1929, vers l’U.A.I.

Newcomb part à la retraite en 1897 et lui succèdent quatre professeurs de mathématiques en quatre années, ouvrant une période d’instabilité et de transition dans l’histoire de l’éphéméride. William Harkness, un ennemi de Newcomb, relaie les oppositions des astronomes américains concernant l’adoption des constantes décidée à Paris en 1896. Si les éphémérides européennes se mettent rapidement au diapason de Newcomb, il faut attendre le volume de 1912 pour voir The American Ephemeris adopter le système de constantes internationales voulu par Newcomb, ainsi que la suppression des distances lunaires que la CDT avait abandonnées en 1903 (CDT pour 1905) et le NA anglais en 1904 (NA pour 1907).

Enfin, c’est à Walter S. Eichelberger, entré à l’observatoire naval en 1896, officier de l’US Navy et directeur de l’almanach entre 1910 et 1929 que revient la tâche d’accompagner l’internationalisation de l’éphéméride américaine. Eichelberger est présent à Paris en 1911 pour la conférence des éphémérides où est décidé le partage de tâches. Les seules réserves des Américains est l’adoption universelle du méridien de Greenwich, la Navy souhaitant conserver le méridien de Washington pour certaines éphémérides. D’un autre côté, Eichelberger souligne que ce partage de tâches et de données, permet d’économiser le coût des calculs et de libérer du temps pour la recherche fondamentale. Les volumes de The American Ephemeris de 1914 (publié en 1911) et 1915 (publié en 1912) sont les premiers à utiliser des calculs effectués ailleurs qu’à Washington.

Enfin, Eichelberger introduit une modification de taille puisque la structure du NA Office est désormais indiquée avant la Préface, respectant la hiérarchie.

Après 1920, c’est à l’UAI, l’Union astronomique internationale fondée en 1919 que vont se jouer les décisions, Eichelberger devenant le Président de la Commission 4 des éphémérides en 1925. Mais ceci est une autre histoire.

Document 12 : Structure du U.S. NA Office en 1911 (AE pour 1913, Washington, 1911, 729)

La conservation d’un grand nombre de calculateurs au Département américain de l’almanach nautique est en contraste saisissant avec l’équipe réduite à 3 calculateurs chez les Anglais durant les mêmes années (voir supra). Mais la configuration américaine est en accord avec la structure adoptée au Bureau des longitudes qui stabilise 12 à 14 calculateurs titulaires à partir des années 1910.