Depuis le début de l'ère spatiale, les humains se sont appuyés sur des fusées chimiques pour pénétrer dans l'espace. Bien que cette méthode soit certainement efficace, elle est également très coûteuse et nécessite une quantité considérable de ressources. Alors que nous cherchons des moyens plus efficaces de sortir dans l'espace, il faut se demander si des espèces de même avancée sur d'autres planètes (où les conditions seraient différentes) s'appuieraient sur des méthodes similaires.
Le professeur Harvard Abraham Loeb et Michael Hippke, un chercheur indépendant affilié à l'Observatoire de Sonneberg, ont tous deux abordé cette question dans deux articles récemment publiés. Alors que le professeur Loeb examine les défis auxquels les extra-terrestres seraient confrontés pour lancer des fusées depuis Proxima b, Hippke se demande si les extraterrestres vivant sur une Super-Terre pourraient entrer dans l'espace.
Les articles, intitulés «Interstellar Escape from Proxima b is Barely Possible with Chemical Rockets» et «Spaceflight from Super-Earths is difficult» ont récemment été publiés en ligne et ont été rédigés respectivement par le professeur Loeb et Hippke. Alors que Loeb relève les défis des fusées chimiques s'échappant de Proxima b, Hippke se demande si les mêmes fusées pourraient atteindre la vitesse de fuite.
Dans le cadre de son étude, Loeb a examiné comment nous, les humains, avons la chance de vivre sur une planète qui est bien adaptée aux lancements spatiaux. Essentiellement, si une fusée doit s'échapper de la surface de la Terre et atteindre l'espace, elle doit atteindre une vitesse de fuite de 11,186 km / s (40 270 km / h; 25 020 mph). De même, la vitesse de fuite nécessaire pour s'éloigner de l'emplacement de la Terre autour du Soleil est d'environ 42 km / s (151 200 km / h; 93 951 mph).
Comme l'a déclaré le professeur Loeb à Space Magazine par e-mail:
«La propulsion chimique nécessite une masse de carburant qui croît de façon exponentielle avec la vitesse terminale. Par une heureuse coïncidence, la vitesse de fuite de l'orbite de la Terre autour du Soleil est à la limite de la vitesse atteignable par les fusées chimiques. Mais la zone habitable autour des étoiles plus faibles est plus proche, ce qui rend beaucoup plus difficile pour les fusées chimiques de s'échapper de la fosse gravitationnelle plus profonde là-bas. »
Comme Loeb l'indique dans son essai, la vitesse de fuite s'échelonne comme la racine carrée de la masse stellaire sur la distance de l'étoile, ce qui implique que la vitesse de fuite de la zone habitable évolue inversement avec la masse stellaire à la puissance d'un quart. Pour les planètes comme la Terre, en orbite autour de la zone habitable d'une étoile de type G (naine jaune) comme notre Soleil, cela fonctionne assez longtemps.
Malheureusement, cela ne fonctionne pas bien pour les planètes terrestres qui orbitent autour d'étoiles de type M de masse inférieure (naine rouge). Ces étoiles sont le type le plus commun dans l'Univers, représentant 75% des étoiles dans la seule galaxie de la Voie lactée. En outre, de récentes enquêtes sur les exoplanètes ont découvert une pléthore de planètes rocheuses en orbite autour des systèmes d'étoiles naines rouges, certains scientifiques s'aventurant qu'ils sont l'endroit le plus probable pour trouver des planètes rocheuses potentiellement habitables.
En utilisant l'étoile la plus proche de la nôtre comme exemple (Proxima Centauri), Loeb explique comment une fusée utilisant un propulseur chimique aurait beaucoup plus de mal à atteindre la vitesse de fuite d'une planète située dans sa zone habitable.
"L'étoile la plus proche du Soleil, Proxima Centauri, est un exemple d'étoile faible avec seulement 12% de la masse du Soleil", a-t-il déclaré. «Il y a quelques années, on a découvert que cette étoile a une planète de la taille de la Terre, Proxima b, dans sa zone habitable, qui est 20 fois plus proche que la séparation de la Terre du Soleil. À cet endroit, la vitesse de fuite est 50% plus grande que celle de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Une civilisation sur Proxima b aura du mal à s'échapper de leur emplacement vers l'espace interstellaire avec des roquettes chimiques. »
Le document d'Hippke, en revanche, commence par considérer que la Terre n'est peut-être pas en fait le type de planète le plus habitable de notre Univers. Par exemple, les planètes qui sont plus massives que la Terre auraient une gravité de surface plus élevée, ce qui signifie qu'elles pourraient s'accrocher à une atmosphère plus épaisse, ce qui fournirait un plus grand blindage contre les rayons cosmiques nocifs et le rayonnement solaire.
En outre, une planète avec une gravité plus élevée aurait une topographie plus plate, résultant en archipels au lieu de continents et d'océans moins profonds - une situation idéale en matière de biodiversité. Cependant, en ce qui concerne les lancements de fusées, une gravité de surface accrue signifierait également une vitesse d'échappement plus élevée. Comme Hippke l'a indiqué dans son étude:
"Les fusées souffrent de l'équation de Tsiolkovsky (1903): si une fusée transporte son propre carburant, le rapport de la masse totale de la fusée à la vitesse finale est une fonction exponentielle, rendant les vitesses élevées (ou les charges utiles lourdes) de plus en plus chères."
À titre de comparaison, Hippke utilise Kepler-20 b, une Super-Terre située à 950 années-lumière de distance, soit 1,6 fois le rayon de la Terre et 9,7 fois sa masse. Alors que la vitesse de fuite de la Terre est d'environ 11 km / s, une fusée tentant de quitter une Super-Terre similaire à Kepler-20 b devrait atteindre une vitesse de fuite de ~ 27,1 km / s. En conséquence, une fusée à un étage sur Kepler-20 b devrait brûler 104 fois plus de carburant qu'une fusée sur Terre pour entrer en orbite.
Pour mettre les choses en perspective, Hippke envisage de lancer des charges utiles spécifiques depuis la Terre. «Pour lever une charge utile plus utile de 6,2 t, comme requis pour le télescope spatial James Webb sur Kepler-20 b, la masse de carburant augmenterait à 55 000 t, soit la masse des plus grands cuirassés océaniques», écrit-il. "Pour une mission classique Apollo sur la lune (45 t), la fusée devrait être considérablement plus grande, ~ 400 000 t."
Alors que l'analyse d'Hippke conclut que les fusées chimiques permettraient toujours des vitesses d'échappement sur les Super-Terres jusqu'à 10 masses terrestres, la quantité de propulseur nécessaire rend cette méthode peu pratique. Comme Hippke l'a souligné, cela pourrait avoir un effet sérieux sur le développement d'une civilisation extraterrestre.
"Je suis surpris de voir à quel point nous, humains, sommes proches de nous retrouver sur une planète qui est encore raisonnablement légère pour effectuer des vols spatiaux", a-t-il déclaré. «D'autres civilisations, si elles existent, pourraient ne pas avoir autant de chance. Sur des planètes plus massives, le vol spatial serait exponentiellement plus cher. De telles civilisations n'auraient ni télévision par satellite, ni mission lunaire, ni télescope spatial Hubble. Cela devrait modifier leur mode de développement de certaines manières que nous pouvons maintenant analyser plus en détail. »
Ces deux articles présentent des implications claires en ce qui concerne la recherche de l'intelligence extraterrestre (SETI). Pour commencer, cela signifie que les civilisations sur des planètes qui orbitent autour d'étoiles naines rouges ou de Super-Terre sont moins susceptibles d'être dans l'espace, ce qui rendrait leur détection plus difficile. Cela indique également qu'en ce qui concerne les types de propulsion que l'humanité connaît, nous pouvons être minoritaires.
«Ces résultats ci-dessus impliquent que la propulsion chimique a une utilité limitée, il serait donc logique de rechercher des signaux associés aux voiles lumineux ou aux moteurs nucléaires, en particulier près des étoiles naines», a déclaré Loeb. "Mais il y a aussi des implications intéressantes pour l'avenir de notre propre civilisation."
"L'une des conséquences du document est pour la colonisation spatiale et SETI", a ajouté Hippke. «Les Civs des Super-Terres sont beaucoup moins susceptibles d'explorer les étoiles. Au lieu de cela, ils seraient (dans une certaine mesure) «arrêtés» sur leur planète d'origine, et par exemple utiliser davantage les lasers ou les radiotélescopes pour la communication interstellaire au lieu d'envoyer des sondes ou des vaisseaux spatiaux. »
Cependant, Loeb et Hippke notent également que les civilisations extraterrestres pourraient relever ces défis en adoptant d'autres méthodes de propulsion. En fin de compte, la propulsion chimique peut être quelque chose que peu d'espèces technologiquement avancées adopteraient parce qu'elle n'est tout simplement pas pratique pour elles. Comme l'a expliqué Loeb:
«Une civilisation extraterrestre avancée pourrait utiliser d'autres méthodes de propulsion, telles que les moteurs nucléaires ou les voiles lumineux qui ne sont pas contraintes par les mêmes limitations que la propulsion chimique et peuvent atteindre des vitesses aussi élevées que le dixième de la vitesse de la lumière. Notre civilisation développe actuellement ces technologies de propulsion alternatives mais ces efforts n'en sont qu'à leurs balbutiements. »
Un tel exemple est Breakthrough Starshot, qui est actuellement développé par la Breakthrough Prize Foundation (dont Loeb est le président du comité consultatif). Cette initiative vise à utiliser une voile laser pour accélérer une nanocraft jusqu'à 20% de la vitesse de la lumière, ce qui lui permettra de se rendre à Proxima Centauri en seulement 20 ans.
Hippke considère également les fusées nucléaires comme une possibilité viable, car une augmentation de la gravité de surface signifierait également que les élévateurs spatiaux seraient impraticables. Loeb a également indiqué que les limitations imposées par les planètes autour des étoiles de faible masse pourraient avoir des répercussions lorsque les humains essaient de coloniser l'Univers connu:
«Lorsque le soleil se réchauffera suffisamment pour faire bouillir toute l'eau de la surface de la Terre, nous pourrions alors déménager dans une nouvelle maison. Certaines des destinations les plus souhaitables seraient des systèmes de planètes multiples autour d'étoiles de faible masse, comme l'étoile naine voisine TRAPPIST-1 qui pèse 9% d'une masse solaire et héberge sept planètes de la taille de la Terre. Une fois que nous arrivons à la zone habitable de TRAPPIST-1, cependant, il n'y aura pas de précipitation pour s'échapper. De telles étoiles brûlent l'hydrogène si lentement qu'elles pourraient nous garder au chaud pendant dix mille milliards d'années, environ mille fois plus longtemps que la durée de vie du soleil. »
Mais en attendant, nous pouvons rester tranquilles en sachant que nous vivons sur une planète habitable autour d'une étoile naine jaune, qui nous offre non seulement la vie, mais la capacité de sortir dans l'espace et d'explorer. Comme toujours, quand il s'agit de rechercher des signes de vie extraterrestre dans notre Univers, nous, les humains, sommes obligés d'adopter «l'approche des fruits bas».
Fondamentalement, la seule planète que nous connaissons qui supporte la vie est la Terre, et les seuls moyens d'exploration spatiale que nous savons rechercher sont ceux que nous avons nous-mêmes essayés et testés. Par conséquent, nous sommes quelque peu limités lorsqu'il s'agit de rechercher des biosignatures (c'est-à-dire des planètes avec des atmosphères d'eau liquide, d'oxygène et d'azote, etc.) ou des technosignatures (c'est-à-dire des transmissions radio, des fusées chimiques, etc.).
Au fur et à mesure que notre compréhension des conditions dans lesquelles la vie peut émerger augmente et que notre propre technologie progresse, nous devrons être plus à l'affût. Et j'espère que, malgré les défis supplémentaires auxquels elle peut être confrontée, la vie extraterrestre nous cherchera!
L’essai du professeur Loeb a également été récemment publié dans Scientific American.
