Depuis le début de l'ère spatiale, les humains se sont appuyés sur des fusées chimiques pour entrer dans l'espace. Bien que cette méthode soit certainement efficace, il est également très coûteux et nécessite une quantité considérable de ressources. Alors que nous cherchons des moyens plus efficaces d'aller dans l'espace, on doit se demander si des espèces aussi avancées sur d'autres planètes (où les conditions seraient différentes) s'appuieraient sur des méthodes similaires.

Le professeur de Harvard Abraham Loeb et Michael Hippke, un chercheur indépendant affilié à l'Observatoire de Sonneberg, tous deux ont abordé cette question dans deux articles récemment publiés. Alors que le professeur Loeb examine les défis auxquels les extraterrestres seraient confrontés en lançant des fusées depuis Proxima b, Hippke se demande si les extraterrestres vivant sur une Super-Terre seraient capables d'entrer dans l'espace.

Les papiers, les mosaïques "Interstellar Escape from Proxima b is Barely Possible with Chemical Rockets" et "Spaceflight from Super-Earths is difficile" sont récemment apparues en ligne, et ont été rédigés par le professeur Loeb et Hippke, respectivement. Alors que Loeb relève les défis des fusées chimiques s'échappant de Proxima b, Hippke se demande si les mêmes fusées pourraient ou non atteindre une vitesse de fuite.

Pour le bien de son étude, Loeb a réfléchi à la façon dont nous, les humains, avons la chance de vivre sur une planète bien adaptée aux lancements spatiaux. Essentiellement, si une fusée doit s'échapper de la surface de la Terre et atteindre l'espace, il doit atteindre une vitesse d'échappement de 11,186 km/s (40, 270 km/h; 25, 020 mph). De la même manière, 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 le professeur Loeb l'a dit à Universe Today par e-mail :

« La propulsion chimique nécessite une masse de carburant qui augmente 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 dans, 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 d'échappement s'échelonne comme la racine carrée de la masse stellaire sur la distance de l'étoile, ce qui implique que la vitesse d'échappement de la zone habitable s'échelonne inversement avec la masse stellaire à la puissance d'un quart. Pour des planètes comme la Terre, en orbite dans la zone habitable d'une étoile de type G (naine jaune) comme notre soleil, cela marche assez longtemps.

Malheureusement, cela ne fonctionne pas bien pour les planètes telluriques qui orbitent autour d'étoiles de type M (naines rouges) de masse inférieure. Ces étoiles sont le type le plus commun dans l'univers, représentant 75 pour cent des étoiles de la Voie lactée à elle seule. En outre, de récents relevés d'exoplanètes ont découvert une pléthore de planètes rocheuses en orbite autour de systèmes d'étoiles naines rouges, avec certains scientifiques s'aventurant qu'ils sont l'endroit le plus probable pour trouver des planètes rocheuses potentiellement habitables.

En prenant comme exemple l'étoile la plus proche de la nôtre (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 pour une étoile faible avec seulement 12 pour cent de la masse du soleil, " dit-il. " 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. A cet endroit, la vitesse d'échappement est 50 pour cent plus grande que de l'orbite de la Terre autour du soleil. Une civilisation sur Proxima b aura du mal à s'échapper de son emplacement vers l'espace interstellaire avec des fusées chimiques."

le papier d'Hippke, d'autre part, commence par considérer que la Terre n'est peut-être pas le type de planète le plus habitable de notre univers. Par exemple, les planètes plus massives que la Terre auraient une gravité de surface plus élevée, ce qui signifie qu'ils seraient capables de s'accrocher à une atmosphère plus épaisse, qui fournirait une meilleure protection 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 des archipels au lieu de continents et des 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 de fuite plus élevée. Comme Hippke l'a indiqué dans son étude :

"Les fusées souffrent de l'équation de Tsiolkovski (1903) :si une fusée transporte son propre carburant, le rapport entre la masse totale de la fusée et la vitesse finale est une fonction exponentielle, rendant les vitesses élevées (ou les charges utiles lourdes) de plus en plus chères."

En comparaison, Hippke utilise Kepler-20b, une Super-Terre située à 950 années-lumière, soit 1,6 fois le rayon de la Terre et 9,7 fois sa masse. Alors que la vitesse d'échappement 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 d'environ 27,1 km/s. Par conséquent, une fusée à un étage sur Kepler-20 b devrait brûler 104 fois plus de carburant qu'une fusée sur Terre pour se mettre en orbite.

Pour le mettre en perspective, Hippke considère que des charges utiles spécifiques sont lancées depuis la Terre. "Pour soulever 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 passerait à 55, 000 t, sur la masse des plus grands cuirassés océaniques, " écrit-il. " Pour une mission lunaire Apollo classique (45 t), la fusée devrait être considérablement plus grosse, ~400, 000 tonnes."

Alors que l'analyse d'Hippke conclut que les fusées chimiques permettraient toujours des vitesses de fuite 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, " dit-il. " D'autres civilisations, s'ils existent, peut-être pas aussi chanceux. Sur des planètes plus massives, le vol spatial serait exponentiellement plus cher. De telles civilisations n'auraient pas de télévision par satellite, une mission lunaire, ou un 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 d'intelligence extraterrestre (SETI). Pour commencer, cela signifie que les civilisations sur des planètes en orbite autour d'étoiles naines rouges ou de super-terres sont moins susceptibles d'être spatiales, ce qui rendrait leur détection plus difficile. Cela indique également que lorsqu'il s'agit des types de propulsion que l'humanité connaît, nous sommes peut-être en minorité.

"Les résultats ci-dessus impliquent que la propulsion chimique a une utilité limitée, il serait donc logique de rechercher des signaux associés aux voiles lumineuses ou aux moteurs nucléaires, surtout près des étoiles naines, " a déclaré Loeb. " Mais il y a aussi des implications intéressantes pour l'avenir de notre propre civilisation. "

"Une conséquence de l'article 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, ils seraient (dans une certaine mesure) "arrêtés" sur leur planète natale, et par ex. 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. À la fin, la propulsion chimique est peut-être quelque chose que peu d'espèces technologiquement avancées adopteraient parce que ce n'est tout simplement pas pratique pour elles. Comme Loeb l'a expliqué :

"Une civilisation extraterrestre avancée pourrait utiliser d'autres méthodes de propulsion, tels que les moteurs nucléaires ou les voiles légères qui ne sont pas contraints par les mêmes limitations que la propulsion chimique et peuvent atteindre des vitesses aussi élevées qu'un dixième de la vitesse de la lumière. Notre civilisation développe actuellement ces technologies de propulsion alternatives, mais ces efforts n'en sont encore 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 lumineuse à laser pour accélérer un nanocraft jusqu'à des vitesses de 20 pour cent de la vitesse de la lumière, ce qui lui permettra de se rendre à Proxima Centauri dans seulement 20 ans.

Hippke considère également les fusées nucléaires comme une possibilité viable, car l'augmentation de la gravité en surface signifierait également que les ascenseurs 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 essaieront de coloniser l'univers connu :

"Quand le soleil se réchauffera suffisamment pour faire bouillir toute l'eau de la surface de la Terre, nous pourrions déménager dans une nouvelle maison d'ici là. 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 % de la masse solaire et abrite sept planètes de la taille de la Terre. Une fois arrivé dans la zone habitable de TRAPPIST-1, cependant, il n'y aurait 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 longue que la durée de vie du soleil."

Mais en attendant, nous pouvons être tranquilles en sachant que nous vivons sur une planète habitable autour d'une étoile naine jaune, qui nous donne non seulement la vie, mais la capacité de sortir dans l'espace et d'explorer. Comme toujours, lorsqu'il s'agit de rechercher des signes de vie extraterrestre dans notre univers, nous, les humains, sommes obligés d'adopter "l'approche des fruits à portée de main".

Essentiellement, la seule planète que nous connaissons qui supporte la vie est la Terre, et les seuls moyens d'exploration spatiale que nous sachions 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 de l'eau liquide, atmosphères d'oxygène et d'azote, etc.) ou des technosignatures (i.e. transmissions radio, fusées chimiques, etc.).

À mesure que notre compréhension des conditions dans lesquelles la vie peut émerger augmente, et nos propres avancées technologiques, nous aurons plus à surveiller. Et, espérons, malgré les défis supplémentaires auxquels il peut être confronté, la vie extraterrestre nous cherchera !

L'essai du professeur Loeb a également été récemment publié dans Scientific American.