La possibilité d’un voyage interstellaire n’est plus seulement du domaine de la science-fiction, mais apparaît à l’horizon, de façon alléchante. Bien que nous ne le verrons peut-être pas de notre vivant – du moins pas une version réelle du genre fictionnel de la vitesse de distorsion, de l’hyperconduite et du pliage de l’espace – nous avons les premières conversations sur la façon dont la vie pourrait échapper à l’attache de notre système solaire, en utilisant une technologie qui est à portée de main.
Pour les professeurs de l’UC Santa Barbara, Philip Lubin et Joel Rothman, c’est le moment idéal pour être en vie. Issus d’une génération qui a vu des avancées époustouflantes dans l’exploration spatiale, ils portent en eux l’optimisme débridé et l’étincelle créative des débuts de l’ère spatiale, lorsque les humains ont découvert qu’ils pouvaient quitter la Terre.
“Les voyages Apollo sur la lune ont été parmi les événements les plus marquants de ma vie, et les contempler m’épate toujours”, a déclaré Rothman, professeur distingué au département de biologie moléculaire, cellulaire et du développement, et “geek de l’espace” avoué.
Une cinquantaine d’années seulement se sont écoulées depuis cette époque charnière, mais la connaissance de l’espace par l’humanité et la technologie permettant de l’explorer se sont considérablement améliorées, à tel point que Rothman a rejoint le cosmologiste expérimental Lubin pour réfléchir à ce qu’il faudrait à des êtres vivants pour entreprendre un voyage à travers la vaste distance qui nous sépare de notre voisin le plus proche dans la galaxie. Le résultat de leur collaboration a été publié dans le journal Acta Astronautica.
“Je pense que c’est notre destin de continuer à explorer”, a déclaré Rothman. “Regardez l’histoire de l’espèce humaine. Nous explorons à des niveaux de plus en plus petits, jusqu’aux niveaux subatomiques, et nous explorons également à des échelles de plus en plus grandes. Cette volonté d’exploration incessante est au cœur de ce que nous sommes en tant qu’espèce.”
Penser grand, commencer petit
Le plus grand défi au voyage interstellaire à l’échelle humaine est l’énorme distance entre la Terre et les étoiles les plus proches. Le site Voyager ont prouvé que nous pouvions envoyer des objets à travers les 12 milliards de kilomètres nécessaires pour sortir de la bulle qui entoure notre système solaire, l’héliosphère. Mais les sondes de la taille d’une voiture, qui se déplacent à une vitesse de plus de 35 000 miles par heure, ont mis 40 ans pour y parvenir et la distance qui les sépare de la Terre n’est qu’une infime partie de celle qui les sépare de la prochaine étoile. Si elles se dirigeaient vers l’étoile la plus proche, il leur faudrait plus de 80 000 ans pour l’atteindre.
Joel Rothman
Ce défi constitue l’un des principaux axes du travail de M. Lubin, qui réimagine la technologie nécessaire pour atteindre le prochain système solaire en termes humains. La propulsion chimique traditionnelle embarquée (c’est-à-dire le carburant pour fusée) est exclue ; elle ne peut fournir suffisamment d’énergie pour déplacer le vaisseau assez rapidement, et son poids ainsi que les systèmes actuels nécessaires pour propulser le vaisseau ne sont pas viables pour les vitesses relativistes que le vaisseau doit atteindre. De nouvelles technologies de propulsion sont nécessaires – et c’est là qu’intervient le programme de recherche sur l’énergie dirigée de l’UCSB, qui utilise la lumière comme “agent propulseur”.
“Cela n’a jamais été fait auparavant, pour pousser des objets macroscopiques à des vitesses proches de celle de la lumière”, a déclaré Lubin, professeur au département de physique. La masse est un obstacle si important qu’elle exclut toute mission humaine dans un avenir prévisible.
Par conséquent, son équipe s’est tournée vers les robots et la photonique. De petites sondes dotées d’instruments embarqués qui détectent, collectent et transmettent des données à la Terre seront propulsées à 20-30 % de la vitesse de la lumière par la lumière elle-même, à l’aide d’un réseau de lasers stationné sur la Terre, ou éventuellement sur la Lune. “Nous ne partons pas avec”, comme l’a expliqué M. Lubin, ce qui signifie que le système de propulsion principal reste “à la maison” tandis que les engins spatiaux sont “tirés” à des vitesses relativistes. Le laser de propulsion principal est allumé pendant une courte période de temps, puis la sonde suivante est prête à être lancée.
“Elle ressemblerait probablement à une plaquette de semi-conducteurs avec un bord pour la protéger du bombardement de radiations et de poussières lorsqu’elle traverse le milieu interstellaire”, a déclaré Lubin. “Il serait probablement de la taille de votre main pour commencer”. Au fur et à mesure de l’évolution du programme, le vaisseau spatial deviendra plus grand et disposera de capacités accrues. La technologie de base peut également être utilisée dans un mode modifié pour propulser des engins spatiaux beaucoup plus grands dans notre système solaire à des vitesses plus lentes, ce qui pourrait permettre à des missions humaines de Mars en aussi peu qu’un mois, arrêt compris. Il s’agit de une autre façon de répandre la vie, mais dans notre système solaire.
A ces vitesses relativistes – environ 100 millions de miles par heure – l’engin atteindrait.le prochain système solaire, Proxima Centauri, dans environ 20 ans. Pour parvenir à ce niveau de technologie, il faudra innover et améliorer en permanence la plaquette spatiale ainsi que la photonique, domaine dans lequel M. Lubin entrevoit une “croissance exponentielle”. Le projet de base visant à élaborer une feuille de route pour parvenir à un vol relativiste par le biais de la propulsion à énergie dirigée est soutenu par les organismes suivants NASA et des fondations privées comme le programme Starlight et par les Breakthrough Initiatives comme le programme Starshot.
“Lorsque j’ai appris que la masse de ces vaisseaux pouvait atteindre le gramme ou plus, il est devenu évident qu’ils pouvaient accueillir des animaux vivants”, a déclaré Rothman, qui a réalisé que les créatures qu’il étudiait depuis des décennies, appelées C. elegans, pourraient être les premiers Terriens à voyager entre les étoiles. Ces vers ronds étudiés intensivement sont peut-être petits et ordinaires, mais ce sont des créatures expérimentalement accomplies, a déclaré Rothman.
“La recherche sur ce petit animal a permis de décerner des prix Nobel à six chercheurs jusqu’à présent”, a-t-il noté.
Philip Lubin
Les C. elegans sont déjà des vétérans des voyages spatiaux, puisqu’ils ont fait l’objet d’expériences menées sur la Station spatiale internationale et à bord de la navette spatiale, et ont même survécu à la désintégration tragique de la navette Columbia. Parmi leurs pouvoirs spéciaux, qu’ils partagent avec d’autres voyageurs interstellaires potentiels étudiés par Rothman, les tardigrades (ou, plus affectueusement, les ours d’eau) peuvent être placés en animation suspendue dans laquelle pratiquement toutes les fonctions métaboliques sont arrêtées. Des milliers de ces minuscules créatures peuvent être placées sur une plaquette.et voler dans cet état jusqu’à ce qu’elles atteignent la destination souhaitée. Elles pourraient alors être réveillées dans leur minuscule vaisseau et surveillées avec précision pour détecter tout effet détectable du voyage interstellaire sur leur biologie, les observations étant relayées sur Terre par communication photonique.
“Nous pouvons nous demander dans quelle mesure ils se souviennent du comportement formé lorsqu’ils s’envolent loin de leur origine terrestre à une vitesse proche de celle de la lumière, et examiner leur métabolisme, leur physiologie, leur fonction neurologique, leur reproduction et leur vieillissement”, ajoute Rothman. “La plupart des expériences qui peuvent être menées sur ces animaux dans un laboratoire peuvent être réalisées à bord des StarChips alors qu’ils filent à toute allure dans le cosmos.” Les effets de ces longues odyssées sur la biologie animale pourraient permettre aux scientifiques d’extrapoler aux effets potentiels sur les humains.
“Nous pourrions commencer à réfléchir à la conception de transporteurs interstellaires, quels qu’ils soient, de manière à améliorer les problèmes détectés chez ces petits animaux”, a déclaré Rothman.
Bien sûr, être capable d’envoyer des humains dans l’espace interstellaire est formidable pour les films, mais dans la réalité, c’est encore un rêve lointain. D’ici là, nous aurons peut-être créé des formes de vie plus adaptées ou des machines humaines hybrides plus résistantes, a déclaré Lubin.
“C’est un programme générationnel”, a-t-il ajouté. Les scientifiques des générations à venir contribueront idéalement à notre connaissance de l’espace interstellaire et de ses défis, et amélioreront la conception de l’engin au fur et à mesure des progrès technologiques. Le système de propulsion primaire étant léger, la technologie sous-jacente suit une courbe de croissance exponentielle, un peu comme l’électronique dont les capacités s’accroissent selon la “loi de Moore”.
Protection planétaire et propagation extraterrestre
Nous sommes liés à notre système solaire dans un avenir prévisible ; les humains sont fragiles et délicats loin de leur planète. Mais cela n’a pas empêché Lubin, Rothman, leurs équipes de recherche et leurs divers collaborateurs, dont un spécialiste des radiations et un théologien formé aux sciences, d’envisager les aspects physiologiques et éthiques de l’envoi de la vie dans l’espace – et peut-être même de la propagation de la vie dans l’espace.
“Il y a l’éthique”, a expliqué Lubin, “de la protection planétaire”, dans laquelle on réfléchit sérieusement à la possibilité d’une contamination, que ce soit de notre planète vers d’autres ou vice versa. “Je pense que si l’on commence à parler de propagation dirigée de la vie, ce que l’on appelle parfois la panspermie – cette idée que la vie est venue d’ailleurs et a atterri sur la terre par des comètes et d’autres débris, ou même intentionnellement par une autre civilisation – l’idée que nous enverrions volontairement la vie soulève de grandes questions.”
Jusqu’à présent, les auteurs affirment qu’il n’y a aucun risque de contamination vers l’avant, car les sondes qui s’approchent d’une autre planète brûleraient dans leur atmosphère ou seraient détruites lors de la collision avec la surface. Étant donné que les sondes effectuent un voyage à sens unique, il n’y a aucun risque que des microbes extraterrestres reviennent sur Terre.
Bien qu’elle soit encore quelque peu marginale, la théorie de la panspermie semble être la suivanteLa découverte de plusieurs exoplanètes et d’autres corps célestes qui ont pu, ou pourraient, favoriser la vie telle que nous la connaissons, a suscité une attention sérieuse, bien que limitée, étant donné la facilité avec laquelle la vie peut se propager lorsque les conditions sont réunies.
Certaines personnes ont réfléchi et publié sur des idées telles que “l’univers est-il une expérience de laboratoire d’une civilisation avancée”, a déclaré Lubin. “Les gens sont donc certainement prêts à penser à des civilisations avancées. Les questions sont bonnes, mais les réponses sont meilleures. Pour l’instant, nous nous contentons de réfléchir à ces questions sans avoir encore de réponses.”
Une autre question actuellement envisagée dans la communauté plus large de l’exploration spatiale : Quelle est l’éthique de l’envoi d’humains sur Mars et dans d’autres endroits éloignés, sachant qu’ils ne reviendront peut-être jamais chez eux ? Qu’en est-il de l’envoi de petits micro-organismes ou d’êtres humains dans l’espace ? ADN? Ces questions existentielles sont aussi anciennes que les premières migrations humaines et les premiers voyages en mer, et les réponses à ces questions nous parviendront probablement au moment où nous serons prêts à entreprendre ces voyages.
“Je pense que nous ne devrions pas supprimer le désir d’exploration qui est intrinsèque à notre nature, et que nous ne le ferons pas”, a déclaré Rothman.
Référence : “Biologie spatiale interstellaire via le projet Starlight” par Stephen Lantin, Sophie Mendell, Ghassan Akkad, Alexander N. Cohen, Xander Apicella, Emma McCoy, Eliana Beltran-Pardo, Michael Waltemathe, Prasanna Srinivasan, Pradeep M. Joshi, Joel H. Rothman et Philip Lubin, 15 octobre 2021, Acta Astronautica.
DOI: 10.1016/j.actaastro.2021.10.009
