L'humanité a les moyens de lancer des sondes en orbite autour d'étoiles proches. Mais avons-nous la patience nécessaire?
Les voyages interstellaires, qui sont un aliment de base de la science-fiction depuis de nombreuses années, pourraient devenir une réalité aujourd'hui - s'il y avait de l'argent. Pour aussi peu que 100 millions de dollars environ, un client peut acheter la dernière fusée commerciale et voyager en dehors du système solaire. La patience est la clé ici. Si une telle fusée est lancée demain vers le port de destination le plus proche - l'exoplanète potentiellement habitable Proxima b, récemment découverte dans le système à trois étoiles Alpha Centauri à une distance de 4 années-lumière de la Terre - le vol durera 80000 ans.
Au lieu de dépenser 100 millions de dollars pour un transport aussi lent, l'entrepreneur milliardaire Yuri Milner a déclaré en avril dernier qu'il dépenserait le même argent pour trouver un autre moyen d'accéder au système Alpha Centauri dans un délai ne dépassant pas la limite de la vie humaine. Le projet, appelé Breakthrough Starshot, cherche à s'éloigner des fusées à l'échelle mondiale au profit d'une voile légère - la surface miroir la plus fine propulsée par des faisceaux laser pour accélérer dans l'espace. Les plans préliminaires de ce projet prévoient l'utilisation de fusées conventionnelles, à travers lesquelles, déjà au début des années 2040, des milliers de voiles légères de quatre mètres ne pesant qu'un gramme chacune devraient être installées sur l'orbite terrestre. Les voiles contiendront des puces centimétriques avec caméras intégrées, capteurs, moteurs à réaction et batteries. Chaque vaisseau spatial ultraléger sera dirigé de l'orbite terrestre vers le système Alpha Centauri à l'aide d'un laser au sol de 100 gigawatts à 20% de la vitesse de la lumière. Dans ce cas, le vol interstellaire ne prendrait que 20 ans et les sondes auraient atteint Alpha Centauri dans les années 2060.
Mais ces vitesses élevées coûtent beaucoup d'argent. Même les estimations les plus modestes du projet Starshot dépassent de loin les 100 millions de dollars initiaux de Milner - le projet pourrait nécessiter 10 milliards de dollars sur des décennies, voire plus, principalement en raison des coûts énormes de construction d'une installation laser au sol. Très probablement, il ne sera pas possible de se passer de l’aide gouvernementale et de la coopération internationale. De plus, les voiles légères, qui survivront au voyage de 20 ans, balayeront le système Centauri si rapidement qu'elles n'auront que quelques secondes pour obtenir des photos macro et d'autres données sur Proxima b et toutes les autres planètes à proximité. Et tandis que les sondes s'éloignent dans l'obscurité interstellaire, les voiles de lumière tenteront de transmettre des informations précieuses à la Terre à l'aide de faisceaux laser,dont la puissance ne dépasse pas la puissance du signal d'un téléphone portable conventionnel.
Un lent voyage vers les étoiles
Certains critiques considèrent cette poursuite difficile d'Alpha Centauri comme un mauvais investissement. «Après avoir pris connaissance du projet Starshot, nous avons trouvé inutile de dépenser ce genre d’argent pour une mission de survol qui prendrait plusieurs décennies et prendrait quelques secondes pour prendre des photos», déclare le chercheur indépendant Michael Hippke de l’Allemagne. En collaboration avec René Heller, astrophysicien à l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire à Göttingen, Hippke a développé un programme de vol alternatif qui, selon lui, apporterait plus d'avantages scientifiques et coûterait moins cher. Au lieu de construire un système laser de plusieurs milliards de dollars pour accélérer de minuscules voiles légères à une vitesse proche de la lumière et les faire voler une fois, Heller et Hippke suggèrent d'utiliser la lumière des étoiles seule pour envoyer des voiles plus grandes à une vitesse inférieure aux trois étoiles du système Alpha Centauri, avec la possibilité de se «garer» sur des orbites. Leurs conclusions seront publiées dans le numéro du 1er février de l'Astrophysical Journal Letters.
L'essence de leurs propositions est d'utiliser non seulement la lumière du soleil pour accélérer les voiles légères quittant notre système, mais aussi la lumière et la gravité des trois étoiles du système Alpha Centauri à la fin du vol. Heller et Hippke ont calculé qu'un tel voyage pourrait être fait sur une voile ahurissante de faible densité, pesant environ 100 grammes et couvrant une superficie de 100 000 mètres carrés (soit environ 15 terrains de football!). Cette conception de voile semble réalisable compte tenu du développement rapide de la science des matériaux. En ajustant progressivement l'angle à mesure qu'elle s'approche des étoiles pour capter plus de pression de ces dernières, une telle voile peut développer une vitesse suffisante pour s'ancrer dans n'importe quelle orbite du système.
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Pour atteindre la planète potentiellement habitable Proxima b, de tels systèmes auxiliaires "photogravitationnels", assez curieusement, nécessiteraient d'envoyer d'abord une voile légère vers les étoiles lumineuses semblables au soleil Alpha Centauri A et Alpha Centauri B, malgré le fait qu'elles sont situées deux mille milliards de kilomètres plus loin loin de nous que l'étoile mère plus petite et plus faible de la planète Proxima b - Proxima Centauri. Cela est dû à la décélération causée par la pression de rayonnement élevée des étoiles Alpha Centauri A et B et, par conséquent, à une approche plus rapide d'un système de voile léger de toute taille. Mais le rayonnement des étoiles jumelles a une limite; si l'énorme voile de Heller et Hippke atteint une vitesse supérieure à 4,6 pour cent de la vitesse de la lumière, elle sautera simplement le système. Ils estiment que le vol vers Alpha Centauri A et B prendra près d'un siècle.suivi de 50 autres années de voyage jusqu'à sa destination finale - une orbite stable autour de Proxima.
«Votre voyage prendrait 7 fois plus de temps qu'une mission Starshot de 20 ans, mais vous pourriez passer des années, voire des décennies, à des recherches approfondies, plutôt que quelques secondes», déclare Heller. En comparant le rapport entre le temps de recherche et le temps de trajet dans les deux cas, Heller ajoute: "Starshot ne pourrait utiliser que cent millionième de la mission entière pour la recherche sur place, alors que nous pourrions en utiliser environ un centième, ou un million de fois plus." De plus, en utilisant la lumière du soleil pour lancer la voile, cette option élimine le besoin de construire une unité laser de plusieurs milliards de dollars.
Et pourtant, leur projet de 150 ans ne peut pas commencer demain. La proposition de Heller et Hippke, entre autres, prévoit une configuration rare d'étoiles dans le système Alpha Centauri, qui ne se produit qu'une fois tous les 80 ans, lorsque toutes leurs orbites sont dans le même plan, traversant la trajectoire de n'importe quelle sonde de notre système solaire. La prochaine fois que cela se produira en 2035, mais dans un laps de temps aussi court, aucune voile ne peut même s'approcher du système. Heller et Hippke suggèrent d'attendre le prochain "alignement" de ce type en 2115.
Envoyer leurs voiles directement à Proxima Centauri, a déclaré Heller, exigerait des vitesses cosmiques beaucoup plus faibles en raison de la faible pression de rayonnement et de la puissance d'arrêt de la plus petite des deux étoiles, ce qui porterait le temps de vol total à un millénaire complet.
Patience s'il vous plaît
Hippke voit une mission multigénérationnelle avec un point final en orbite autour d'Alpha Centauri qui vaut la peine d'attendre, même s'il ne la voit jamais revenir. «Nos enfants et petits-enfants recevront de superbes photos de ces sondes spatiales. Imaginez juste des rivières extraterrestres, des volcans et peut-être même une vie exotique! Choisir une mission d'un siècle ouvre également la possibilité d'étudier d'autres étoiles brillantes à proximité, dit Hippke. La grande étoile Sirius, par exemple, n'est que deux fois plus éloignée qu'Alpha Centauri - mais comme elle brille environ 25 fois plus brillamment que le Soleil, son effet inhibiteur de la pression des radiations est plus fort, ce qui garantira une approche plus rapide des voiles légères. Cependant,La capacité d'envoyer des voiles légères en orbite autour de nombreuses étoiles proches suggère une conclusion naturelle des prochaines générations à long terme aux objectifs immédiats de la mission Starshot.
Malgré tous ces avantages, Avi Loeb, astronome à l'Université de Harvard et président du comité consultatif scientifique du projet Breakthrough Starshot, n'est pas convaincu que cette proposition alternative offre de réels avantages par rapport au projet de Starshot d'utiliser un laser de classe gigawatt pour envoyer de petites voiles vers les étoiles. … «Une voile très fine est nécessaire pour atteindre une vitesse proche de la lumière en utilisant la lumière des étoiles», explique Loeb, notant que plus la pression de la lumière du soleil est faible, plus la densité de la voile légère devrait être faible. Hippke et Heller disent qu'en théorie, leurs voiles pourraient être fabriquées à partir de matériaux ultra-légers et à haute résistance comme le graphène, mais Loeb doute que la création d'une feuille de graphène de quelques atomes d'épaisseur et de 100 en surface pour une sonde interstellaire.000 mètres carrés seront plus faciles que de construire une installation laser massive. «Une telle surface est d'un ordre de grandeur plus mince que la longueur d'onde de la lumière qu'elle devrait réfléchir, et par conséquent sa réflectivité sera faible», explique Loeb. "Il n'est pas possible de réduire le poids de plusieurs ordres de grandeur tout en maintenant la rigidité et le coefficient de réflexion du matériau de la voile." En d'autres termes, une voile en graphène de 100 000 mètres carrés peut être trop fragile pour un voyage spatial réel. De plus, les plans du projet Starshot prévoient de lancer non pas une, mais des milliers de voiles, et même si chaque sonde ayant réussi à traverser l'espace interstellaire ne reçoit que quelques secondes pour des images panoramiques, leur nombre dépassera ce qui pourrait être obtenu au cours de plusieurs vols successifs."Une telle surface est d'un ordre de grandeur plus mince que la longueur d'onde de la lumière qu'elle devrait réfléchir, et par conséquent sa réflectivité sera faible", dit Loeb. "Il n'est pas possible de réduire le poids de plusieurs ordres de grandeur tout en maintenant la rigidité et le coefficient de réflexion du matériau de la voile." En d'autres termes, une voile en graphène de 100 000 mètres carrés peut être trop fragile pour un voyage spatial réel. De plus, les plans du projet Starshot prévoient le lancement non pas d'une, mais de milliers de voiles, et même si chaque sonde traversant avec succès l'espace interstellaire ne reçoit que quelques secondes pour des images panoramiques, leur nombre dépassera ce qui pourrait être obtenu au cours de plusieurs vols successifs."Une telle surface est d'un ordre de grandeur plus mince que la longueur d'onde de la lumière qu'elle devrait réfléchir, et par conséquent sa réflectivité sera faible", dit Loeb. "Il n'est pas possible de réduire le poids de plusieurs ordres de grandeur tout en maintenant la rigidité et le coefficient de réflexion du matériau de la voile." En d'autres termes, une voile en graphène de 100 000 mètres carrés peut être trop fragile pour un voyage spatial réel. De plus, les plans du projet Starshot prévoient le lancement non pas d'une, mais de milliers de voiles, et même si chaque sonde traversant avec succès l'espace interstellaire ne reçoit que quelques secondes pour des images panoramiques, leur nombre dépassera ce qui pourrait être obtenu au cours de plusieurs vols successifs.et donc sa réflectivité sera faible », dit Loeb. "Il n'est pas possible de réduire le poids de plusieurs ordres de grandeur tout en maintenant la rigidité et le coefficient de réflexion du matériau de la voile." En d'autres termes, une voile en graphène de 100 000 mètres carrés peut être trop fragile pour un voyage spatial réel. De plus, les plans du projet Starshot prévoient de lancer non pas une, mais des milliers de voiles, et même si chaque sonde ayant réussi à traverser l'espace interstellaire ne reçoit que quelques secondes pour des images panoramiques, leur nombre dépassera ce qui pourrait être obtenu au cours de plusieurs vols successifs.et donc sa réflectivité sera faible », dit Loeb. "Il n'est pas possible de réduire le poids de plusieurs ordres de grandeur tout en maintenant la rigidité et le coefficient de réflexion du matériau de la voile." En d'autres termes, une voile en graphène de 100 000 mètres carrés peut être trop fragile pour un voyage spatial réel. De plus, les plans du projet Starshot prévoient de lancer non pas une, mais des milliers de voiles, et même si chaque sonde ayant réussi à traverser l'espace interstellaire ne reçoit que quelques secondes pour des images panoramiques, leur nombre dépassera ce qui pourrait être obtenu au cours de plusieurs vols successifs.000 mètres carrés peuvent être trop fragiles pour un voyage spatial réel. De plus, les plans du projet Starshot prévoient de lancer non pas une, mais des milliers de voiles, et même si chaque sonde ayant réussi à traverser l'espace interstellaire ne reçoit que quelques secondes pour des images panoramiques, leur nombre dépassera ce qui pourrait être obtenu au cours de plusieurs vols successifs.000 mètres carrés peuvent être trop fragiles pour un voyage spatial réel. De plus, les plans du projet Starshot prévoient de lancer non pas une, mais des milliers de voiles, et même si chaque sonde ayant réussi à traverser l'espace interstellaire ne reçoit que quelques secondes pour des images panoramiques, leur nombre dépassera ce qui pourrait être obtenu au cours de plusieurs vols successifs.
Le plus grand défi, selon Loeb, est de savoir si les plans ambitieux de projets multigénérationnels survivront à la rencontre inévitable avec la fragilité de la vie humaine. «Si vous ignorez la durée du voyage, vous pouvez toujours utiliser des fusées conventionnelles et accéder au système Alpha Centauri avec de faibles pertes en 80 000 ans», dit-il. «Mais les personnes qui travaillent sur le projet Starshot sont plus ambitieuses. Nous voulons y arriver de notre vivant."
Lee Billings