Il y a quelques mois, des astronomes ont révélé qu’il y avait une planète de la taille de la Terre en orbite dans la zone habitable de Proxima Centauri, l’étoile la plus proche du Soleil. Très récemment, une équipe d’astrophysiciens pense qu’il y a un moyen de longuement visiter cette exoplanète qui, si elle disposait d’une fine atmosphère pourrait être recouverte d’océans.

La méthode implique des techniques similaires au projet Breakthrough Starshot Initiative, un projet dévoilé l’année dernière qui consisterait à envoyer une flotte de petits vaisseaux spatiaux vers les trois étoiles du système Alpha Centauri, comprenant Proxima. Propulsés par un laser géant, ces minuscules vaisseaux spatiaux traverseraient sans moyen de s’arrêter le système en quelques minutes, prenant à la volée des photos, récupérant des données pour ensuite transmettre ces informations vers la Terre.

Les “astro-entrepreneurs” (Stephen Hawking, Yuri Miller, Mark Zuckerberg…) ont développé le projet Breakthrough Starshot Initiative car le trio d’étoiles d’Alpha Centauri est le système le plus proche du nôtre et cela avant même l’annonce de la découverte de l’exoplanète de la taille de la Terre autour de Proxima. Cette planète est appelée Proxima b et elle se trouve à 4.24 années-lumière d’ici, ce qui en fait une cible de choix pour avoir l’occasion de visiter une exoplanète potentiellement habitable et ceci en l’espace d’une vie humaine.

Ci-dessous : représentation de Proxima Centauri b, en orbite autour d’une naine rouge, qui tourne elle-même autour de l’étoile binaire Alpha Centauri. (ESO/ M. Kornmesser)

Mais le Breakthrough Starshot ne laisse pas beaucoup de temps pour l’exploration. Comme prévu, ces petites sondes spatiales, de la taille d’un téléphone portable, utiliseraient des voiles hautement réfléchissantes pour exploiter la puissance d’un énorme laser qui reste à construire. Le mouvement des photons du laser serait transféré aux voiles pour finalement propulser les sondes à travers l’espace à environ 20 % de la vitesse de la lumière.

Représentation du projet Breakthrough Starshot (breakthroughinitiatives.org)

Présentation du projet Breakthrough Starshot par Yuri Miller lors d’une conférence de presse :

Représentation artistique d’une approche de Proxima b à 20 % de la vitesse de la lumière :

Même à ce rythme, il faudra jusqu’à 20 ans pour atteindre le trio d’étoile Centauri et sans un moyen de ralentir, les sondes traverseraient le système en quelques minutes. Mais l’astrophysicien Michael Hippke et son collègue René Heller de l’Institut allemand Max Planck pour la recherche sur le système solaire pensent qu’ils ont trouvé un moyen d’utiliser la lumière des étoiles pour non seulement ralentir les sondes, mais aussi pour les aider à s’insérer dans l’orbite de Proxima

Selon Michael Hippke :

Le temps de quelques instantanés n’est que de quelques secondes, et si vous ratez la cible, c’est pour rien. En revanche, si vous parvenez à vous insérer dans l’orbite autour de votre cible, vous pouvez y rester aussi longtemps que votre sonde fonctionne.

L’idée de l’équipe modifie le plan Breakthrough Starshot Initiative de façon significative, et même si ce dernier a déjà suscité un certain scepticisme, c’est un concept intrigant.

Selon Heller :

L’énergie nécessaire pour envoyer une sonde interstellaire à destination de Proxima b représente l’énergie nécessaire pour placer une voile en orbite autour de la Terre à l’aide d’une fusée conventionnelle.

Ainsi, cela réduirait les besoins technologiques et énergétiques pour une mission interstellaire, mais au prix d’être 5 fois plus lente.

L’utilisation de la lumière des étoiles comme un frein est un concept né de l’idée que la lumière des étoiles peut propulser les vaisseaux spatiaux à travers le vide, ce pour quoi sont censé être utilisées les voiles solaires. Ces grandes feuilles, extrêmement brillantes et ultraminces, capturent l’énergie des photons du soleil de la même manière qu’un bateau à voile capte le vent. L’idée est que si les photons peuvent être utilisés pour pousser un vaisseau spatial par derrière, ils peuvent également être utilisés pour ralentir une sonde, tout comme le vent peut à la fois accélérer et décélérer un voilier.

Dans leur étude publiée cette semaine (lien plus bas), Heller et Hippke expliquent comment cela pourrait fonctionner. Ils commencent par considérer un engin spatial pesant à peu près autant qu’une savonnette, pourvue de voiles mesurant plus de 90 000 m2. Propulsée par la lumière du soleil frappant ces voiles, la sonde pourrait être placée sur une trajectoire pour le système Centauri. Puis, en réorientant sa voile, l’engin pourrait être freiné par les photons entrants d’Alpha Centauri.

Une fois là-bas, il pourrait rester en orbite autour des deux étoiles d’Alpha Centauri où, après une série de manœuvres impliquant ces étoiles, il pourrait utiliser la gravité de la paire pour atteindre Proxima, où il pourrait finalement se mettre en orbite. Pendant son séjour autour de Proxima Centauri, la sonde pourrait recueillir des données et des photos à loisir et les renvoyer sur Terre.

La trajectoire que pourrait emprunter la mission vers Alpha Centauri lui permettant de rejoindre Proxima Centauri. (PHL @ UPR Arecibo)

C’est une idée convaincante, mais cela prendrait un peu plus d’une vie. Poussé par la lumière du soleil, le vaisseau spatial quitterait le système solaire pour voyager à seulement 4,6 % de la vitesse de la lumière. À ce rythme, il faudrait environ 95 ans pour se blottir dans le système Centauri. Après avoir été ralenti par la lumière des étoiles d’Alpha Centauri, l’engin prendrait encore 46 ans pour atteindre Proxima. Cela signifie que toutes les données scientifiques seraient transmises aux générations futures.

Avi Loeb, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et président du comité consultatif du  Breakthrough Starshot Initiative, craint que les grandes voiles ultralégères d’Hippke et Heller s’appuient sur des matériaux qui n’ont pas encore été développés. Pourtant, des progrès plausibles dans la science des matériaux pourraient aider à produire ces voiles qui rendraient le vaisseau spatial plus léger et plus rapide.

Selon Hippke :

Si vous pouvez produire en masse de grandes quantités de graphène et de les revêtir avec un métamatériau, vous y êtes presque. À cela, vous ajoutez des capteurs, un laser de communication et quelques autres éléments, comme dans un smartphone… et voilà !

Et les retours scientifiques d’une mission qui pourrait prolonger son séjour chez d’éventuels voisins pourraient bien valoir la peine d’attendre.

L’étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters : Deceleration of high-velocity interstellar photon sails into bound orbits at α Centauri et présentée sur le site de l’Institut Max-Planck de recherche sur le Système solaire : Full braking at Alpha Centauri.