L'année dernière, le célèbre physicien théoricien Stephen Hawking et le milliardaire russe Yuri Milner ont annoncé un plan ambitieux pour lancer un petit vaisseau spatial sur le système Alpha Centauri. Bien entendu, un plan aussi ambitieux nécessite la recherche de solutions non moins ambitieuses. Par exemple, l'un des problèmes non résolus concerne la façon dont un vaisseau spatial se déplaçant à un cinquième de la vitesse de la lumière peut s'arrêter après avoir atteint sa destination. Sera-t-il capable d'une telle manœuvre du tout?
Quelques scientifiques européens semblent avoir trouvé la bonne réponse à cette question. Dans un article publié dans The Astrophysical Journal Letters, le physicien René Heller de l'Institut Max Planck et l'informaticien Michael Hippke discutent de la façon dont le rayonnement et la gravité des étoiles Alpha Centauri pourraient être utilisés pour ralentir un vaisseau spatial. Selon les scientifiques, au lieu de simplement passer, un minuscule vaisseau spatial équipé d'une voile légère peut ralentir suffisamment pour étudier en détail le système à trois étoiles et, éventuellement, même la planète semblable à la Terre Proxima b située près de l'une des étoiles de ce système.
Rappelons que dans le cadre de l'Initiative Breakthrough Starshot, Milner prévoit d'investir 100 millions de dollars dans le développement d'un vaisseau spatial ultra-léger autonome à voile légère, qui pourra accélérer à 1/5 de la vitesse de la lumière (environ 60000 km / s). Grâce à cela, la sonde robotique pourra atteindre Alpha Centauri - le système stellaire le plus proche de la Terre - en seulement 20 ans, et non pas en 100 000, comme c'est le cas avec les accélérateurs chimiques traditionnels.
Selon le plan original de Milner et Hawking, la minuscule sonde serait attachée à un compact, de quelques mètres, une voile de lumière contrôlée par un réseau phasé de lasers. L'énergie générée par ces lasers serait théoriquement suffisante pour accélérer la minuscule sonde à des vitesses beaucoup plus élevées que ce que le vaisseau spatial le plus rapide aujourd'hui peut montrer.
Rendu de la technologie de voile légère proposée
Cependant, ce n'est pas le seul schéma de mise en œuvre de ce projet proposé. Selon la version de Heller et Hippke, l'utilisation d'une voile "photon" plus grande éliminerait le besoin d'utiliser un réseau laser. Dans ce cas, la sonde elle-même ne mesurera que quelques centimètres et ne pèsera que quelques grammes. Pour accélérer et pénétrer dans l'espace interstellaire, l'engin sera équipé de plusieurs voiles larges, mais en même temps très légères, fines et solides. Selon le scénario proposé par des scientifiques européens, la sonde poussera le rayonnement de notre Soleil vers Alpha Centauri. Lorsqu'il atteint le niveau d'inertie requis, l'appareil rabat les voiles et poursuit son voyage vers le système stellaire voisin.
Les scientifiques pensent que dans ce cas, la sonde sera en mesure de développer 4,6% de la vitesse de la lumière et dans environ 95 ans, elle atteindra Alpha Centauri. Oui, c'est presque cinq fois plus long que dans le plan original de Milner et Hawking, mais en théorie, cela simplifiera grandement la tâche d'arrêter la sonde au bon endroit.
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«Le voyage interstellaire vers le système Alpha Centauri se déroulera vraisemblablement à des vitesses qui réduiront le temps de trajet à moins de mille, et idéalement à moins de cent ans. À cette vitesse, le vaisseau spatial aura besoin d'une quantité d'énergie incroyablement importante pour ralentir et atteindre les orbites souhaitées », explique Heller.
«Utiliser n'importe quel type de carburant ne fera que compliquer le projet dans son ensemble. Si le navire a besoin de carburant à bord, alors il sera lui-même trop lourd dans ce cas, ce qui, à son tour, ne fera qu'augmenter le besoin d'un approvisionnement en carburant encore plus important."
Compte tenu de ces limitations, ainsi que de l'absence de solution appropriée pour le moment, les scientifiques suggèrent que la sonde dans ce cas va simplement balayer Alpha Centauri, comme ce fut le cas avec le vaisseau spatial New Horizons, qui a survolé Pluton. Mais encore une fois, si l'on prend en compte la différence de vitesse, la sonde, contrairement aux "New Horizons", ne pourra pas fournir au moins des mesures plus ou moins précises de ce système stellaire. Heureusement, selon les deux scientifiques, il existe une option qui, en théorie, permettra non seulement au vaisseau spatial de ralentir à des vitesses acceptables au point souhaité, mais également de mener une étude détaillée du système Alpha Centauri.
«Nous avons trouvé une méthode pour ralentir le vaisseau spatial en utilisant l'énergie de l'étoile elle-même. Des particules légères peuvent être utilisées pour ralentir la voile légère. Dans ce cas, aucun carburant supplémentaire n'est requis à bord. Et le plan lui-même dans son ensemble s'inscrit dans le concept général proposé par l'Initiative Breakthrough Starshot."
Animation de "capture photogravitationnelle" par l'étoile Alpha Centauri A
Pour le succès de la mise en œuvre, il est nécessaire de trouver un moyen permettant au dispositif de redéployer ses voiles à son arrivée dans le système. Dans ce cas, le rayonnement émanant du système créera la pression nécessaire, ce qui ralentira la sonde. Grâce à des simulations informatiques, Heller et Hippke ont calculé qu'avec une sonde pesant 100 grammes, la surface de voile serait d'environ 100 000 mètres carrés (environ 14 terrains de football). À l'arrivée au système, la puissance de freinage du rayonnement d'Alpha Centauri sur la voile augmentera. Les simulations informatiques indiquent qu'il y aura une force suffisante pour ralentir efficacement l'engin. En d'autres termes, la même physique qui sera chargée de pousser la sonde vers le système voisin ralentira également le véhicule lors de son arrivée à l'endroit souhaité.
Lors de la manœuvre de décélération, la sonde devrait s'approcher d'Alpha Centauri A d'une distance de cinq rayons stellaires (soit une distance équivalente à cinq rayons de cette étoile), soit environ 4 millions de kilomètres, pour être capturée sur son orbite. À ce stade, le vaisseau spatial commencera à décélérer à environ 2,5% de la vitesse de la lumière. Cependant, il est important de noter ici que si la décélération échoue à la vitesse maximale (4,6% de la vitesse de la lumière), la sonde sera renvoyée dans l'espace interstellaire.
Tout voyage réussi commence par la création d'une carte. Dans ce cas, toutes les manœuvres d'un nano-vaisseau spatial autonome sont montrées lors de son voyage vers Alpha Centauri A, dont le chemin vers Alpha Centauri B ne prendra que quatre jours. La mission ultime de la sonde pourrait être un voyage de 46 ans vers l'étoile Proxima Centauri, l'adresse d'origine de la planète terrestre Proxima b
En atteignant Alpha Centauri A, la sonde spatiale sera capturée par sa gravité, dont la puissance pourra être utilisée pour d'autres manœuvres. Des manœuvres similaires, par exemple, ont été utilisées pour accélérer les sondes Voyager 1 et Voyager 2 alors qu'elles étaient encore à l'intérieur du système solaire. En théorie, la sonde autonome pourrait entrer sur l'orbite d'Alpha Centauri A et rechercher d'éventuelles exoplanètes. Heller et Hippke ont également élaboré un plan pour lancer une sonde sur des systèmes d'autres étoiles - Alpha Centauri B (l'étoile compagnon d'Alpha Centauri A) et Proxima Centauri (la troisième étoile distante du système, située à 0,22 année-lumière, soit 1,2 billion de kilomètres) depuis les centres de masse généralement acceptés des étoiles A et B. Selon ce plan, le vol vers Alpha Centauri A prendra environ un siècle, puis 4 jours supplémentaires seront nécessaires pour voler vers Alpha Centauri B,puis 46 ans de voyage vers Proxima Centauri.
Et pourtant, le temps supplémentaire passé, selon les scientifiques, peut porter ses fruits. L'une des découvertes les plus mémorables de 2016 a été la découverte par des astronomes d'une planète semblable à la Terre près de l'étoile Proxima Centauri. En fin de compte, l'opportunité de «fermer» pour explorer cette planète peut s'avérer être l'un des événements les plus (sinon les plus) importants de l'astronomie moderne. L'envoi des données collectées sur la planète, compte tenu de la distance à la Terre, prendra un peu plus de 4 ans. Cependant, jusqu'à présent, ce ne sont que des rêves, car pour le moment, nous ne disposons pas de systèmes qui seraient à la fois suffisamment compacts pour s'adapter sur une nanosonde et en même temps suffisamment de puissance pour transmettre des signaux sur de telles distances.
Le manque d'émetteur adapté est loin d'être le seul problème à résoudre par tous les moyens avant d'envoyer une sonde vers un système stellaire voisin. Il est tout aussi important de trouver une solution et de concevoir un système d'alimentation approprié pour la sonde. Néanmoins, les chercheurs ne perdront pas leur optimisme, car la science n'est pas en reste. Par exemple, c'est une bonne nouvelle que les laboratoires aient déjà développé certains des matériaux ultralégers qui seront nécessaires pour mettre en œuvre ce projet.
«La construction d'une telle voile solaire interstellaire pourrait prendre une à deux décennies», commente Heller.
Le scientifique ajoute également que la surface de la voile doit être conçue de manière à refléter les ondes des plages bleue et rouge du spectre visible, et éventuellement au-delà de celles-ci.
«Nous ne disposons pas encore de la technologie, mais encore une fois, au cours des dernières années, les laboratoires scientifiques ont fait de très grands progrès et les chercheurs ont trouvé des matériaux capables de réfléchir jusqu'à 99,9% du volume de lumière.»
Heller et Hippke sont sur le point de présenter leur vision détaillée à l'équipe de direction de l'Initiative Breakthrough Starshot lors du prochain Breakthrough Discuss qui se tiendra à Palo Alto, en Amérique, en avril.
«Nous sommes impatients de les entendre et d'entendre leurs points de vue sur notre proposition, car ce groupe comprend, entre autres, des experts mondiaux dans le domaine émergent de la recherche sur les voyages interstellaires utilisant des systèmes de voile légère», déclare Heller.
NIKOLAY KHIZHNYAK