Faute d'horloges fiables, l'observation des satellites de Jupiter était l'une des méthodes qui permettaient de déterminer les longitudes indispensables au développement des échanges maritimes. Dès la fondation de l'Observatoire de Paris en 1667, un programme d'observations systématiques de ces satellites fut donc mis en place.

Passage d'Io et de son ombre sur le disque de Jupiter. Cassini fut le premier à comprendre et expliquer ce phénomène. ©NASA

Les astronomes de l'Observatoire, notamment Jean-Dominique Cassini et Ole Rømer, purent ainsi constater des écarts entre les observations et les prédictions des tables de Cassini qui donnaient le mouvement du premier satellite galiléen de Jupiter, Io. Pour expliquer ces écarts, ils postulèrent en 1676 qu'ils provenaient du temps que mettait la lumière à nous parvenir, temps variable en fonction de la distance plus ou moins grande entre Jupiter et la Terre.

D'après un dessin de Rømer, ce schéma montre comment la terre se déplace de F à G (ou de L à K) entre les immersions (ou les émersions) successives du satellite Io dans le cône d'ombre de Jupiter. © Bibliothèque de l’Observatoire de Paris

Ils en déduisirent que la lumière mettait 10 à 11 minutes pour parcourir le rayon de l'orbite terrestre (soit la distance de la Terre au Soleil) mais ne tentèrent pas de calculer sa vitesse. Si Rømer fit sienne cette hypothèse, Cassini, suivi par l'Académie des sciences, ne se décida pas à écarter d'autres hypothèses concurrentes, comme l'excentricité du satellite ou l'irrégularité de son mouvement. Christian Huygens se rallia à Rømer et fit à Paris, où il travailla jusqu'en 1681, le premier calcul de la vitesse de la lumière. Il l'évalua à plus de 600 000 fois celle de la vitesse du son (soit en unités modernes 230 000 kilomètres par seconde), résultat qu'il publia en 1690 dans son Traité de la lumière.

En observant g du Dragon, James Bradley découvrit le phénomène de l'aberration qui résulte de la composition de la vitesse orbitale de la Terre avec celle de la lumière provenant de l'étoile. Cela lui permit de donner en 1728 une valeur tout à fait remarquable de la vitesse de la lumière, à 2% près celle admise aujourd'hui.