Étoiles doubles
Christian Mayer (1719 - 1783)
Christian Mayer est né le 20 août 1719 à Mederitz, près de Brno en Moravie, aujourd'hui en République tchèque. Il est éduqué dans les collèges jésuites d'Olomouc, de Tyrnau et de Vienne et étudie les langues anciennes, la philosophie, les mathématiques et la théologie dans les universités de Brno, Vienne et Rome. Cette large formation dans différentes matières est courante à l'époque.
En 1741, il obtient une maîtrise de philosophie à l'université de Würzburg et poursuit ses études de théologie. Après avoir obtenu son doctorat, il rejoint l'ordre des jésuites en septembre 1745 et enseigne les langues anciennes et les mathématiques à Aschaffenburg. Le jeune novice passe ses nuits à observer les étoiles. Il est probable que Christian, réputé pour sa curiosité, ait acquis ses premières connaissances en astronomie dès sa scolarité à Tyrnau, où les jésuites possédaient un observatoire.
Après avoir prononcé ses vœux religieux, Mayer est ordonné prêtre en 1750. A partir de 1751, il est professeur de philosophie à l'université de Heidelberg. Un an plus tard seulement, sur proposition du confesseur de la cour, il accède à la première chaire de physique expérimentale créée par le prince électeur Carl Theodor.
A l'époque de Carl Theodor , l'approvisionnement en eau potable à Mannheim est totalement insuffisant, pour ne pas dire catastrophique. Le prince électeur charge donc le professeur Mayer d'aller voir l'approvisionnement en eau exemplaire de Paris. En septembre 1757, Mayer se rend à Paris et se fait montrer les usines hydrauliques et les réseaux de canalisations. La mise en œuvre du mémoire qu'il a rédigé, accompagné de descriptions et de dessins, pour améliorer l'approvisionnement en eau potable échoue cependant en raison des réserves de l'architecte de la cour, Pigage, et les habitants de Mannheim doivent attendre encore de nombreuses années avant d'avoir une conduite d'eau.
Néanmoins, son séjour à Paris aura une grande importance, car il y rencontre les grands astronomes César François Cassini de Thury, Nicolas-Louis de Lacaille et Joseph Jerôme de Lalande et apprend à utiliser des instruments astronomiques et géodésiques. C'est au plus tard à ce moment-là que sa passion pour l'astronomie s'éveille.
Au lieu de poursuivre son voyage vers Marseille comme prévu, Mayer préfère acheter une pendule avec le reste de son argent de voyage et commander au fabricant d'instruments Canivet un rapporteur permettant de mesurer les passages au méridien et les hauteurs de culmination des astres. En automne 1758, le quadrant arrive à Heidelberg et Mayer peut observer avec lui, l'année suivante, le retour de la "Grande Comète" annoncé par Edmond Halley.
Le prince électeur, qui aime non seulement les arts mais aussi les sciences, est ravi de ce nouveau carré et se déclare prêt à installer une plate-forme d'observation pour Mayer sur le toit de sa résidence d'été à Schwetzingen. Au petit matin du 6 juin 1761, Mayer et le prince électeur veulent observer le transit de Vénus tant attendu dans le jardin du château de Schwetzingen. Malheureusement, le temps est plutôt brumeux et cet événement céleste rare leur échappe.
Ce n'est qu'un mois plus tard que le "bâtiment d'observation" sur le toit du château est achevé. La coupole d'environ 3,25 m de diamètre abrite le quadrant et l'horloge à pendule. Avec ses observations sur ce mini-observatoire, Mayer obtient des résultats remarquables qu'il publie dans toute l'Europe. Il se fait ainsi rapidement connaître et jouit d'une excellente réputation dans le monde scientifique. En reconnaissance de ses performances scientifiques, le prince électeur le nomme astronome de la cour en août 1763. Depuis la petite plate-forme d'observation, Mayer et le prince électeur observent l'éclipse partielle de soleil du 16 août 1765.
Un autre transit de Vénus est prévu pour juin 1769. Celui-ci n'est toutefois visible depuis l'ouest de l'Europe centrale que quelques minutes avant le coucher du soleil. Mayer accepte donc volontiers l'invitation de l'Académie impériale russe des sciences à venir observer à Saint-Pétersbourg en tant qu'"observator principalis". Il part pour Amsterdam, traverse le nord de l'Allemagne jusqu'à Lübeck et arrive à Saint-Pétersbourg fin mai, après un voyage de dix semaines. Mayer publie un long écrit sur le transit de Vénus du 3 juin 1769.
Le père reste encore un an à Saint-Pétersbourg et peut également observer en août une comète découverte peu de temps auparavant par l'astronome français Charles Messier. Au cours de son voyage de retour, Mayer passe par Helsinki, Stockholm, Copenhague, Lübeck, Hambourg et Göttingen, où il visite les observatoires.
De retour à Schwetzingen, il trouve l'étroite et petite plate-forme d'observation très insatisfaisante. Le pavillon du château de Mannheim se révèle tout aussi inadapté à l'installation d'une station d'observation digne de ce nom que la tour du collège des jésuites. En 1771, Mayer rédige un volumineux mémoire dans lequel il plaide pour la construction d'un observatoire à Mannheim. En raison de ses nombreuses publications, Mayer jouit d'une grande réputation dans le monde scientifique et compte bientôt parmi les astronomes les plus connus. Le succès de son professeur remplit Carl Theodor de fierté, car il accroît également sa renommée électorale. C'est pourquoi il donne son accord pour la construction de l'observatoire, ce qui lui est d'autant plus facile que l'ordre des jésuites prend en charge une partie importante des coûts de construction.
Le lieutenant d'artillerie Johann Lacher réalise le projet, dont l'original est encore conservé aujourd'hui. La direction des travaux est confiée à l'architecte de la cour Franz Wilhelm Rabaliatti, qui avait déjà participé à la construction de l'église des Jésuites. En collaboration avec Rabaliatti, l'ambitieux Mayer peaufine les plans. Son observatoire doit être plus parfait et plus beau que tous les autres. Le 1er octobre 1722, la première pierre du bâtiment octogonal de la tour est posée sur le rempart de la forteresse, juste à côté du terrain des jésuites.
Mayer ne se consacre pas seulement à la construction de l'observatoire et à l'astronomie, mais utilise également son quadrant de Canivet pour cartographier avec précision le Palatinat. Les cartes géographiques de l'époque sont certes proprement gravées et joliment colorées, mais elles sont très imprécises. Elles ne correspondent que très peu à la réalité. Mayer commence alors à établir une carte exacte du Palatinat à l'aide de la "triangulation", la mesure des triangles, qu'il a apprise auprès de son ami Cassini de Thury. Cette méthode, encore utilisée aujourd'hui, consiste à diviser la zone à mesurer en un réseau de triangles. Une fois la longueur d'un côté du triangle, la base, connue et les angles mesurés avec le quadrant, toutes les autres distances peuvent être calculées.
Comme base, Mayer mesure, à l'aide d'un "bâton de toison", une unité de mesure de l'ancien français, également acheté chez Canivet, le tronçon de 12.363,5 m de long qui commence près de Ketsch, passe par l'allée principale du jardin du château de Schwetzingen et se termine peu avant Heidelberg. Après plusieurs années de mesures, Mayer peut remettre au prince électeur la carte non palatine en janvier 1773. Un an plus tard suit la grande carte palatine, la fameuse "Charta Palatina".
En décembre 1774, la tour de l'observatoire, haute de 33 mètres, est achevée après deux ans de travaux et des coûts de construction largement dépassés. (Les cinq étages reposant sur des plafonds voûtés maçonnés abritent deux salles d'instruments, une bibliothèque, l'appartement de Mayer et une chambre d'amis. Dans l'annexe rectangulaire, un escalier en colimaçon en grès mène au toit plat, au milieu duquel se trouve une petite maison avec une coupole. Les trois portes d'entrée sont en chêne massif.
Il va de soi que l'observatoire est équipé des meilleurs instruments disponibles à l'époque. Parmi eux, un quadrant mural d'un poids d'environ 9 quintaux et d'un rayon de 2,5 m, que Mayer commande en février 1774 au mécanicien John Bird à Londres. En janvier 1775, Mayer s'installe dans son appartement de l'observatoire. Mais malheureusement, il manque encore beaucoup d'instruments, de sorte que Mayer doit encore observer l'occultation de Saturne par la Lune en février 1775 depuis Schwetzingen.  ;
Jusqu'au 26 janvier 1776, le quadrant du mur du deuxième étage, orienté exactement sur le méridien vers le sud, est monté verticalement sur le mur. Mayer peut désormais mesurer la hauteur exacte de la culmination et la position des astres sur le méridien, ainsi que leur heure de passage. Quelques jours plus tard, Mayer observe déjà l'occultation de l'étoile Aldébaran par la lune.
Malheureusement, la plupart des livres précieux de la bibliothèque ainsi que les notes manuscrites du voyage de Mayer en Russie et nombre de ses observations célestes sont détruits lors d'un incendie qui se déclare au quatrième étage de l'observatoire lors d'une fête organisée en l'honneur du fondateur de l'ordre, Loyola, le 31 juillet .  ;
Mais Mayer ne se laisse pas décourager et poursuit ses mesures avec le quadrant du mur. Il est de plus en plus convaincu que de nombreuses paires d'étoiles ne sont pas seulement visuellement proches dans le ciel, mais qu'elles sont réellement voisines dans l'espace et qu'elles se tournent autour. La Terre et la Lune ne se déplacent-elles pas également l'une autour de l'autre sous l'influence de leur attraction mutuelle ?
Grâce au quadrant du mur, Mayer peut mesurer les minuscules déplacements mutuels des "satellites d'étoiles fixes", comme il les appelle, et découvrir ainsi plus de 100 paires d'étoiles doubles et déterminer leur position en seulement un an et demi. Il est le premier astronome à reconnaître que les étoiles doubles sont des systèmes stellaires physiquement associés, qui se déplacent sur des orbites elliptiques autour de leur centre de gravité commun sous l'influence de l'attraction mutuelle des masses. Il fait ainsi l'une des premières découvertes importantes de l'astronomie stellaire.
En octobre 1777, le journal Mannheimer Zeitung rapporte une conférence donnée par Mayer devant l'Académie des sciences du prince électeur à propos de sa découverte : "L'astronome de la cour du prince électeur, le professeur Mayer, a donc lu un traité en latin sur 100 nouveaux satellites de différentes étoiles fixes, qui ont été découverts ici par lui et son maître adjoint, Johann Mezger, depuis le 30 janvier de l'année passée jusqu'au 14 du mois d'automne qui vient de s'écouler. Par l'exemple d'Arcturus et de son satellite, ainsi que par d'autres raisons irréfutables, il a été prouvé en même temps que, pour éclaircir la connaissance encore si obscure du mouvement propre des étoiles fixes, on peut, au moyen de telles observations, aller plus loin en dix ans que par d'autres tentatives faites jusqu'ici depuis cent ans".
Le catalogue publié par Mayer en 1778, avec ses découvertes fondamentales sur l'existence d'étoiles doubles physiques, n'est pas seulement reconnu, il se heurte aussi à des objections. Mayer y répond en 1879 avec sa publication "Gründliche Vertheidigung neuer Beobachtungen von Fixsterntrabanten" et publie en 1780 un tableau de 72 étoiles doubles. Ce n'est qu'en 1804 que Friedrich Wilhelm Herschel apporte la preuve indubitable. Aujourd'hui, nous savons qu'environ la moitié des étoiles de notre galaxie appartiennent à un système d'étoiles doubles, voire multiples.
Au fil du temps, l'observatoire de Mayer est devenu une curiosité et attire de nombreux visiteurs. En témoigne le livre d'or qui existe encore aujourd'hui et dans lequel figurent de nombreux noms célèbres. Le 16 novembre 1778, Wolfgang Amadeus Mozart s'y inscrit en tant que maître de musique. Mayer aime conduire lui-même ses invités sur le toit de son observatoire. Il sait également intéresser la population aux phénomènes astronomiques en annonçant les événements célestes à venir dans les journaux quotidiens.
L'observation en novembre 1781 de la planète Uranus, découverte quelques mois plus tôt par Herschel, est un événement important pour le grand savant. Mayer meurt le 16 avril 1783 à l'âge de 63 ans seulement. Il trouve sa dernière demeure sous la nef de l'église des Jésuites, comme l'indique une simple inscription sur le mur. Le prince électeur Carl Theodor, qui a dû prendre possession de son héritage bavarois à Munich en 1778, fait réaliser une médaille commémorative pour son professeur très respecté. Elle montre la seule image de Mayer qui nous soit parvenue.
La mort de Mayer marque la fin de la courte période de gloire de l'observatoire. Son successeur doit partir peu de temps après, car il "rend les filles trop heureuses". En 1880, l'observatoire est finalement abandonné et Karlsruhe devient le siège de l'observatoire de la cour grand-ducale. En 1898, il est réuni avec l'observatoire privé de Max Wolf à Heidelberg pour former l'observatoire national sur le Königstuhl. Avec l'Institut Max-Planck pour l'astronomie, le centre de calcul astronomique et l'Institut d'astrophysique théorique, elle est aujourd'hui l'un des centres d'astronomie les plus importants au monde.
Les instruments de Mayer ainsi que ses livres d'observation et ses notes datant de 1776 à 1779, peuvent être admirés au Technoseum ; son livre d'or est conservé à l'Observatoire national de Heidelberg.
