Dernière mise à jour: 2016/04/11.
Mercure, la planète la plus proche du soleil, est soumise à l'énorme influence de cette étoile mais aussi aux influences de toutes autres planètes, qui sont beaucoup plus massive qu'elle. Son orbite ne peut donc pas être régulière. L'influence des autres planètes conduit en effet l'ellipse que décrit Mercure à ne plus se refermer sur elle-même. Cela se caractérise par la lente rotation de cette ellipse, ce que les scientifiques appellent, l'avance au périhélie.
La mécanique classique permettait déjà de comprendre ces déformations, puisqu'en fait, il ne s'agissait que du même problème que lors de la découverte de Neptune, peu avant le milieu du 19ème siècle. Cependant, il restait une anomalie, une avance de 43.11 secondes d'arc par siècle, 0.45 seconde près. C'était peu comparé aux corrections apportée par l'influence des autres planètes, mais ce n'était absolument négligeable devant la précision des mesures. La Relativité Générale a merveilleusement corrigé ce problème : concrètement, c'est la composante transversale du champ gravitationnel créé par le soleil qui produit cette avance au périhélie. Le calcul théorique donne un résultat extrêmement proche de la mesure expérimentale, 43.03 secondes d'arc par siècle. Un léger problème subsiste tout de même : pour faire ce calcul, on suppose le soleil à symétrie sphérique. Or, du fait de sa rotation, celui-ci est légèrement aplati aux pôles. Cependant, la qualité du résultat obtenu est déjà grandement satisfaisante, étant donnée la précision des mesures.
L'avance au périhélie est ici très faible mais on a depuis pu appliquer le même calcul à des objets beaucoup plus massifs : par exemple, dans le cas du pulsar binaire PSR1913+16, on mesure une avance de 4.225 degrés par an (gigantesque par rapport à l'avance de Mercure) tandis que la Relativité Générale prévoit 4.2 degrés par an à 0.3 près. Ce genre de système est cependant très difficile a étudier et cela a valu d'obtenir le prix Nobel 1993.
La Mécanique Classique permettait de décrire l'effet Doppler longitudinal qui caractérise l'augmentation de la longueur d'onde d'un signal lorsque son émetteur s'éloigne. Le Relativité Restreinte a complété ce phénomène en introduisant l'effet Doppler transversal. La Relativité Générale va encore plus loin en généralisant ce phénomène au passage d'un signal dans un champ gravitationnel. Ainsi, lorsqu'un signal est émis d'un corps très massif immobile, le champ gravitationnel dont il va devoir s'extraire produit un décalage vers le rouge. De la même façon, lorsque le signal approche d'un corps massif, il va subir un léger décalage vers le bleu. C'est ce qu'on appelle le Décalage Gravitationnel vers le Rouge.
Cependant, ce n'est pas le seul effet des champs gravitationnels sur les signaux. En effet, on peut également montrer que le passage d'un signal au voisinage d'un corps massif va ralentir ce signal. C'est l'effet Shapiro. Cet effet pourrait sembler difficile à mesurer étant données les faibles valeurs des autres effets relativistes mais il n'en est rien. La Relativité Générale prévoit en effet un retard de 200 ms pour un signal rasant le soleil. Sa mesure est donc tout à fait faisable. Les scientifiques se sont donc livrés à la mesure de la distance entre la Terre et Mars par la mesure de la durée du trajet aller-retour d'une onde. Et ils ont constaté une brusque augmentation de cette distance lorsque les deux planètes s'alignaient de plus en plus avec le soleil. Ce phénomène a donc été parfaitement confirmé.
Le retard observé peut être également considéré comme un ralentissement du temps dû à la présence du soleil, corps très massif. La Relativité Générale prévoit en effet que le temps défile moins vite au voisinage d'une masse. Cet effet a pu être observé sur Terre. En effet, chaque année, il s'écoule 16 millisecondes de plus en haut de l'Everest qu'au niveau de l'eau, ce qui est logique puisque l'attraction gravitationnelle diminue avec l'altitude.
En mécanique classique, la gravitation s'applique uniquement aux objets massifs. Ainsi, au voisinage d'un astre lourd, seuls les trajectoires des corps dont la masse est non nulle, sont déformées par l'attraction. C'est ce phénomène qui crée les orbites hyperboliques de certaines comètes, et lorsque les vitesses sont plus faibles, les orbites paraboliques et elliptiques.
En relativité générale, tous les corps, du moment qu'ils possèdent une énergie non nulle, sont attirés par les astres massifs. Une des grandes différences concrètes entre la relativité générale et la théorie de Newton, réside dans le fait que la lumière est déviée par la masse des corps dans le premier cas mais pas dans le deuxième.
Ce phénomène a mis longtemps avant d'être observé car il nécessite un astre très massif. Les astrophysiciens ont donc voulu l'observer au voisinage du soleil mais ce dernier noie complètement les rayons déflectés dans son énorme rayonnement. Par contre, en cas d'eclipse totale, le soleil étant masqué, on peut observer les rayons passant à proximité. C'est ce qui a été observé pendant l'eclipse totale de 1919 lorsqu'on Eddington a mesuré un décalage des étoiles de 1,7 secondes d'arc au voisinage de la couronne solaire, ce qui était parfaitement conforme aux prévisions théoriques et donc a confirmé la valeur de la relativité générale. Depuis, on a eu des confirmations très précises (à 0.05s près) par interférométrie radio, ce qui permet de s'affranchir des éclipses. Le satellite Hypparcos a également confirmé les calculs d'Einstein dans le cas où le rayon lumineux passe loin du soleil.
La déflexion des rayons lumineux au voisinage du soleil a conduit les scientifiques à imaginer le cas où ce phénomène se produirait autour d'un objet beaucoup plus massif, comme une galaxie ou un trou noir : la lumière pourrait contourner l'objet des deux côtés et se focaliser ensuite. C'est ce qu'on appelle une lentille gravitationnelle.
Ce phénomène engendre donc des multiples images d'une source lumineuse tout autour d'un objet très massif, même si la source est cachée par cette objet massif. Dans le cas où l'observateur, la source et la masse sont alignés, on obtient des images formant, en se superposant, des anneaux d'Einstein. S'il ne sont pas alignés, on obtient simplement des morceaux d'anneaux, nommés arcs gravitationnels.
Le problème est cependant que ce phénomène nécessite une masse colossale pour dévier suffisamment les rayons lumineux. La source lumineuse doit être très lointaine puisque les galaxies sont très loin de nous, ce qui implique qu'elle soit également extrêmement lumineuse pour pouvoir être distinguée à des distances considérables. Ceci est possible avec les Quasars, des objets extrêmement lumineux étant en fait constitués par le centre de galaxies actives très lointaines.
Il existe également des microlentilles gravitationnelles : Ce phénomène se produit lorsque de petits objets, comme Jupiter par exemple, passent devant une étoile. La focalisation de la lumière émise par cette étoile autour de cet objet conduit à une amplification de l'intensité lumineuse pendant une période d'autant plus longue que l'objet déflectant est massif. Cela conduit donc a une variation momentanée de la luminosité d'une étoile, ce qui peut permettre de détecter des planètes extra-solaires.
Le mouvement des objets massifs déforme l'espace-temps. Quand des objets très proches tournent rapidement autour de l'autre, l'espace-temps peut vibrer en émettant des ondes gravitationnelles, comme la chûte d'un caillou dans une mare qui crée des ondes circulaires.
L'existence de ces ondes a pour la première fois été confirmée en 1974 par l'observation du pulsar binaire PSR B1913+16. Ce système est a priori composé d'un pulsar et d'une étoile à neutron qui tournent très rapidement l'un autour de l'autre. Cette déformation rapide de l'espace-temps émet des ondes gravitationnelles, qui emportent avec elles une partie de l'énergie du système. Les orbites des deux composantes du système se raccourcissent donc peu à peu, ce qui a été observé en 1974, conformément aux prédicitons de la relativité générale.
En septembre 2015, l'expérience LIGO a observé directement les ondes gravitationnelles sur terre en détectant la déformation des distances parcourues par deux faisceaux lasers. Les ondes avaient été émises par deux trous noirs tournant très rapidement l'un autour de l'autre juste avant de fusionner.
Une des confirmations de la Relativité Générale est venue par l'infirmation d'un des effets prédits par ses théories concurrentes et pas par elle. En effet d'autres théories prévoyaient la brisure du principe d'équivalence entre la masse inertielle et la masse gravitationnelle (le principe de base de la Relativité Générale) lorsque le système serait composé de plusieurs corps liés gravitationnellement. Ceci aurait donc dû se caractériser par des anomalies dans l'orbite de la Lune : c'est l'effet Nordvedt. Entre 1969 et 1976, les missions Apollo se sont attachées à permettre de mesurer la distance entre la terre et la Lune, de façon très précise (avec des lasers). Et il est apparu qu'aucune anomalie n'existait. L'Effet Nordvedt et par la même les théories qui le prévoyaient étaient donc fausses.