2. Petit historique de la réfraction

Bien que Ptolémée ou Alhazen aient compris que la lumière provenant des astres devait éprouver une réfraction lors de sa traversée de l’atmosphère terrestre – c’est-à-dire une déviation de son trajet initial - aucun d’eux n’a entrepris de la déterminer quantitativement. Le premier à s’y frotter est l’astronome Danois Tycho Brahé. Pour cela il a recours à l’observation seule: il déduit la valeur de la réfraction - qui est toujours un petit angle ne dépassant jamais le degré – par la méthode des azimuts (Astronomiae instauratae progymnasmata, 1602). Pour le Soleil, il donne une réfraction à l’horizon de 34ʹ ; elle est nulle à partir de 45° de hauteur au-dessus de l’horizon. Pour les étoiles, elle cesse à partir de 20° de hauteur. Cette erreur subsistera longtemps si bien qu’en 1665, Riccioli supposait encore les réfractions nulles au-dessus de 26° de hauteur. En outre, d’après Tycho Brahé, la réfraction est différente selon le corps considéré, Soleil ou étoile. Tycho Brahé ne reconnait pas le Soleil comme une étoile parmi d’autres ; ceci n’est pas étonnant car sa conception du monde est solidement aristotélicienne,  elle vise à enfermer l’univers connu - Soleil et planètes - au sein d’une « sphère des fixes », aussi grande fut-elle, sur laquelle est accrochée chaque étoile.

L’explication correcte de la réfraction atmosphérique, sous la forme d’une déviation continue du trajet suivi par un rayon lumineux sous l'effet de la densité croissante à mesure qu'il pénètre l'atmosphère terrestre, est officiellement datée de 1665 et est attribuée à Robert Hooke (1635-1703) lors de la publication de son ouvrage Micrographia. Sa connaissance est fondamentale en astronomie de position : elle a pour effet de surélever les positions apparentes des astres dans le ciel et ce d’autant plus qu’ils sont visibles près de l’horizon (Fig.1).

Fig.1 : Effet de la réfraction atmosphérique sur la position apparente d’une étoile. Celle-ci est toujours perçue plus haut dans le ciel qu’elle n’est en réalité.