En avril de l'année dernière, le milliardaire Yuri Milner a annoncé la Breakthrough Starshot Initiative. Il prévoit d'investir 100 millions de dollars américains dans le développement d'une voile ultralégère pouvant être accélérée à 20 % de la vitesse de la lumière pour atteindre le système stellaire Alpha Centauri d'ici 20 ans. Le problème de savoir comment ralentir ce projectile une fois qu'il atteint sa cible reste un défi. René Heller de l'Institut Max Planck de recherche sur le système solaire à Göttingen et son collègue Michael Hippke proposent d'utiliser le rayonnement et la gravité des étoiles Alpha Centauri pour décélérer l'engin. Il pourrait même être redirigé vers l'étoile naine rouge Proxima Centauri et sa planète semblable à la Terre Proxima b.

Dans le récent film de science-fiction Passagers , un énorme vaisseau spatial vole à la moitié de la vitesse de la lumière lors d'un voyage de 120 ans vers la lointaine planète Homestead II, où ses 5000 passagers vont s'installer dans un nouveau foyer. Ce rêve est impossible à réaliser dans l'état actuel de la technologie. "Avec la technologie d'aujourd'hui, même une petite sonde devrait parcourir près de 100, 000 ans pour atteindre sa destination, ", dit René Heller.

Malgré les défis techniques, Heller et son collègue Michael Hippke se sont demandé :« Comment optimiser le rendement scientifique de ce type de mission ? Une sonde aussi rapide couvrirait la distance de la Terre à la Lune en seulement six secondes. Il passerait donc en un éclair devant les étoiles et les planètes du système Alpha Centauri.

La solution consiste à redéployer la voile de la sonde à son arrivée afin que le vaisseau spatial soit décéléré de manière optimale par le rayonnement entrant des étoiles dans le système Alpha Centauri. René Heller, un astrophysicien un astrophysicien travaillant sur les préparatifs de la prochaine mission Exoplanète PLATO, a trouvé un esprit sympathique chez le spécialiste informatique Michael Hippke, qui a mis en place les simulations informatiques.

Les deux scientifiques ont basé leurs calculs sur une sonde spatiale pesant moins de 100 grammes au total, qui est monté sur un 100, Voile de 000 mètres carrés, équivalent à la superficie de 14 terrains de soccer. Lors de l'approche d'Alpha Centauri, la force de freinage augmenterait. Plus la force de freinage est forte, plus efficacement la vitesse du vaisseau spatial peut être réduite à l'arrivée. Vice versa, la même physique pourrait être utilisée pour accélérer la voile au départ du système solaire, utilisant le soleil comme canon à photons.

Le minuscule vaisseau spatial devrait d'abord s'approcher de l'étoile Alpha Centauri A à environ quatre millions de kilomètres, correspondant à cinq rayons stellaires, à une vitesse maximale de 13, 800 kilomètres par seconde (4,6% de la vitesse de la lumière). A des vitesses encore plus élevées, la sonde dépasserait simplement l'étoile.

Au cours de sa rencontre stellaire, la sonde ne serait pas seulement repoussée par le rayonnement stellaire, mais il serait aussi attiré par le champ gravitationnel de l'étoile. Cet effet pourrait être utilisé pour le dévier autour de l'étoile. Ces swing-by-manoeuvres ont été exécutés de nombreuses fois par des sondes spatiales dans notre système solaire. "Dans notre scénario de mission nominale, la sonde prendrait un peu moins de 100 ans – soit environ deux fois plus longtemps que les sondes Voyager voyagent maintenant. Et ces machines des années 1970 sont toujours opérationnelles, " dit Michael Hippke.

Théoriquement, l'autonome, La voile légère active proposée par Heller et Hippke pourrait s'installer sur une orbite liée autour d'Alpha Centauri A et éventuellement explorer ses planètes. Cependant, les deux scientifiques pensent encore plus grand. Alpha Centauri est un système d'étoiles triples. Les deux étoiles binaires A et B tournent autour de leur centre de masse commun sur une orbite relativement proche, tandis que la troisième étoile, Proxima Centauri, est à 0,22 années-lumière, plus de 12, 500 fois la distance entre le Soleil et la Terre.

La voile pourrait être configurée pour que la pression stellaire de l'étoile A freine et dévie la sonde vers Alpha Centauri B, où il arriverait au bout de quelques jours seulement. La voile serait alors à nouveau ralentie et catapultée vers Proxima Centauri, où il arriverait après 46 ans supplémentaires - environ 140 ans après son lancement depuis la Terre.

Proxima Centauri a fait sensation en août 2016 lorsque des astronomes de l'Observatoire européen austral (ESO) ont découvert une exoplanète compagne aussi massive que la Terre et qui orbite autour de l'étoile dans sa zone dite habitable. Cela rend théoriquement possible l'existence d'eau liquide à sa surface – l'eau étant une condition préalable essentielle à la vie sur Terre.

"Cette découverte nous a incités à réfléchir à la possibilité d'arrêter une voile lumineuse interstellaire à grande vitesse à Proxima Centauri et sa planète, " dit René Heller. Le chercheur de Max Planck et son collègue proposent un autre changement de stratégie pour le projet Starshot :au lieu d'un énorme laser énergivore, le rayonnement solaire pourrait être utilisé pour accélérer une nanosonde au-delà du système solaire. "Il devrait s'approcher du Soleil à environ cinq rayons solaires pour acquérir l'élan nécessaire, " dit Heller.

Les deux astronomes discutent maintenant de leur concept avec les membres de la Breakthrough Starshot Initiative, à qui ils doivent l'inspiration pour leur étude. « Notre nouveau concept de mission pourrait générer un rendement scientifique élevé, mais seuls les petits-enfants de nos petits-enfants le recevraient. Starshot, d'autre part, fonctionne sur une échelle de temps de plusieurs décennies et pourrait être réalisé en une génération. Nous aurions donc pu identifier un long terme, concept de suivi pour Starshot, " dit Heller.

Bien que le nouveau scénario soit basé sur une étude mathématique et des simulations informatiques, le matériel proposé de la voile est déjà développé dans les laboratoires aujourd'hui :« La voile pourrait être en graphène, un film de carbone extrêmement fin et léger mais méga-résistant, " dit René Heller. Le film devrait être recouvert d'une couverture hautement réfléchissante pour supporter les conditions difficiles de l'espace lointain et la chaleur près de l'étoile de destination.

Les systèmes optiques et électroniques devraient être minuscules. Mais si vous deviez supprimer tous les composants inutiles d'un smartphone moderne, "seulement quelques grammes de technologie fonctionnelle resteraient." De plus, le vaisseau spatial léger devrait naviguer indépendamment et transmettre ses données à la Terre par laser. Faire cela, il faudrait de l'énergie, qu'il pourrait exploiter du rayonnement stellaire.

Breakthrough Starshot pose donc des défis de taille qui n'ont jusqu'à présent été résolus que théoriquement. Néanmoins, "beaucoup de grandes visions dans l'histoire de l'humanité ont dû lutter contre des obstacles apparemment insurmontables, " dit Heller. " Nous pourrions bientôt entrer dans une ère dans laquelle les humains peuvent quitter leur propre système stellaire pour explorer les exoplanètes en utilisant des missions de survol. "