Le nombre de planètes extra-solaires confirmées a augmenté à pas de géant ces dernières années. À chaque nouvelle découverte, la question de savoir quand nous pourrions explorer directement ces planètes se pose naturellement. Il y a eu jusqu'à présent plusieurs suggestions, allant de la nanocraft pilotée par voile laser qui se rendrait à Alpha Centauri en seulement 20 ans (Breakthrough Starshot) à la microcraft à déplacement plus lent équipée d'un laboratoire de gènes (The Genesis Project).
Mais quand il s'agit de freiner ces vaisseaux afin qu'ils puissent ralentir et étudier des étoiles lointaines et des planètes en orbite, les choses deviennent un peu plus compliquées. Selon une étude récente de l'homme même qui a conçu le projet Genesis - le professeur Claudius Gros de l'Institut de physique théorique de l'Université Goethe de Francfort - des voiles spéciales qui reposent sur des supraconducteurs pour générer des champs magnétiques pourraient être utilisées à cette fin.
Starshot et Genesis sont similaires en ce sens que les deux concepts cherchent à tirer parti des progrès récents de la miniaturisation. Aujourd'hui, les ingénieurs sont capables de créer des capteurs, des propulseurs et des caméras capables d'effectuer des calculs et d'autres fonctions, mais qui représentent une fraction de la taille des instruments plus anciens. Et en ce qui concerne la propulsion, il existe de nombreuses options, allant des fusées conventionnelles et des entraînements ioniques aux voiles légères à laser.
Le ralentissement d'une mission interstellaire est cependant resté un défi plus important car un tel engin ne peut pas être équipé de propulseurs de freinage et de carburant sans augmenter son poids. Pour y remédier, le professeur Gros suggère d'utiliser des voiles magnétiques, qui présenteraient de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes disponibles. Comme le professeur Gros l'a expliqué à Space Magazine par e-mail:
«Classiquement, vous équiperiez le vaisseau spatial de moteurs-fusées. Les moteurs-fusées normaux, tels que nous les utilisons pour lancer des satellites, ne peuvent modifier la vitesse que de 5 à 15 km / s. Et même cela uniquement lors de l'utilisation de plusieurs étapes. Cela ne suffit pas pour ralentir un engin volant à 1000 km / s (0,3% c) ou 100000 km / s (c / 3). Les lecteurs de fusion ou d'antimatière seraient un peu utiles, mais pas substantiels. »
La voile qu'il envisage consisterait en une boucle supraconductrice massive qui mesure environ 50 kilomètres de diamètre, ce qui créerait un champ magnétique une fois qu'un courant sans perte serait induit. Une fois activé, l'hydrogène ionisé dans le milieu interstellaire serait réfléchi par le champ magnétique de la voile. Cela aurait pour effet de transférer l'élan de l'engin spatial au gaz interstellaire, le ralentissant progressivement.
Selon les calculs de Gros, cela fonctionnerait pour les voiles à déplacement lent malgré la très faible densité de particules de l'espace interstellaire, qui équivaut à 0,005 à 0,1 particules par centimètre cube. "Une voile magnétique échange la consommation d'énergie avec le temps", a déclaré Gros. "Si vous éteignez le moteur de votre voiture et la laissez tourner au ralenti, elle ralentira en raison de la friction (air, pneus). La voile magnétique fait de même, où le frottement provient du gaz interstellaire. »
L'un des avantages de cette méthode est qu'elle peut être construite à l'aide de la technologie existante. La technologie clé derrière la voile magnétique est une boucle de Biot Savart qui, lorsqu'elle est associée au même type de bobines supraconductrices utilisées en physique des hautes énergies, créerait un champ magnétique puissant. En utilisant une telle voile, des engins spatiaux encore plus lourds - ceux qui pèsent jusqu'à 1 500 kilogrammes (1,5 tonne métrique; 3 307 livres) - pourraient être décélérés d'un voyage interstellaire.
Le seul gros inconvénient est le temps qu'une telle mission prendrait. Sur la base des propres calculs de Gros, un transit à grande vitesse vers Proxima Centauri qui reposait sur le freinage à impulsion magnétique nécessiterait un navire pesant environ 1 million de kg (1000 tonnes métriques; 1102 tonnes). Cependant, une mission interstellaire impliquant un navire de 1,5 tonne pourrait atteindre TRAPPIST-1 dans environ 12 000 ans. Comme le conclut Gros:
«Cela prend beaucoup de temps (à cause de la très faible densité des milieux interstellaires). C'est mauvais si vous voulez voir un retour (données scientifiques, photos passionnantes) dans votre vie. Les voiles magnétiques fonctionnent, mais seulement lorsque vous êtes heureux de prendre la (très) longue perspective. »
En d'autres termes, un tel système ne fonctionnerait pas pour une nanocraft comme celle envisagée par Breakthrough Starshot. Comme l’a expliqué le Dr Abraham Loeb, de Starshot, le principal objectif du projet est de réaliser le rêve du voyage interstellaire dans une génération avant le départ du navire. En plus d'être le professeur Frank B. Baird Jr. des sciences à l'Université Harvard, le Dr Loeb est également président du Breakthrough Starshot Advisory Committee.
Comme il l'a expliqué à Space Magazine par e-mail:
«[Gros] conclut que la rupture du gaz interstellaire n'est possible qu'à basse vitesse (moins d'une fraction de pour cent de la vitesse de la lumière) et même alors, il faut une voile de dizaines de milles de large, pesant des tonnes. Le problème est qu'avec une vitesse aussi basse, le voyage vers les étoiles les plus proches prendra plus de mille ans.
«L'initiative Breakthrough Starshot vise à lancer un vaisseau spatial à un cinquième de la vitesse de la lumière afin qu'il atteigne les étoiles les plus proches au cours d'une vie humaine. Il est difficile d'inciter les gens à un voyage dont ils ne verront pas l'achèvement. Mais il y a une mise en garde. Si la longévité des gens pouvait être étendue à des millénaires par le génie génétique, alors les conceptions du type considéré par Gros seraient certainement plus attrayantes. »
Mais pour des missions comme The Genesis Project, que Gros avait initialement proposé en 2016, le temps n'est pas un facteur. Une telle sonde, qui porterait des organismes unicellulaires - soit codés dans une usine de gènes ou stockés sous forme de spores cryogéniquement congelées - pourrait prendre des milliers d'années pour atteindre un système stellaire voisin. Une fois sur place, il commencerait à ensemencer des planètes qui avaient été identifiées comme «transitoirement habitables» avec des organismes unicellulaires.
Pour une telle mission, le temps de déplacement n'est pas le facteur le plus important. Ce qui compte, c'est la capacité de ralentir et d'établir une orbite autour d'une planète. De cette façon, le vaisseau spatial pourrait ensemencer ces mondes voisins avec des organismes terrestres, ce qui pourrait avoir pour effet de le terraformer lentement avant les explorateurs humains ou les colons.
Étant donné le temps qu'il faudrait aux humains pour atteindre même les planètes extrasolaires les plus proches, une mission qui dure quelques centaines ou quelques milliers d'années n'est pas si grave. En fin de compte, la méthode que nous choisirons pour mener une mission interstellaire dépendra du temps que nous sommes prêts à investir. Pour l'exploration, l'opportunisme est le facteur clé, ce qui signifie des embarcations légères et des vitesses incroyablement élevées.
Mais en ce qui concerne les objectifs à long terme - tels que semer la vie dans d'autres mondes et même les terraformer pour les établissements humains -, l'approche lente et régulière est la meilleure. Une chose est sûre: lorsque ces types de missions passeront de la phase de conception à la réalisation, ce sera certainement passionnant à voir!
