Les cylindres de O’Neill, perspective la plus séduisante pour vivre en-dehors de la Terre

Les cylindres de O’Neill m’ont toujours semblé le vecteur le plus efficace pour vivre et nous déplacer loin dans l’espace profond. Les utiliserons nous un jour ? Les défis technologiques qu’ils posent ont été étudiés en détails dans les années 1970/80 sous l’impulsion de Gerard Kitchen O’Neill, professeur de physique à l’Université de Princeton (décédé en 1992). Il « n’avait pas froid aux yeux ».

La réalisation de ces cylindres qui était difficile alors, le serait sans doute un peu moins aujourd’hui compte tenu des progrès de la robotique et de l’informatique mais malheureusement la volonté semble ne plus être présente. Cependant les idées, tout comme les bactéries, ne meurent pas facilement. Si elles ne sont pas agitées donc nourries, elles dorment, tout simplement. Je tente, à ma modeste échelle, un réveil ou au moins un regain d’attention.

Plusieurs versions de cylindres ont été étudiées, sans ou avec le concours de la NASA. La plus spectaculaire et celle dont il faudrait disposer pour vivre « agréablement » sur une très longue période à l’intérieur du système solaire, est celle que O’Neill avait nommé « Island III ». Il s’agit en fait de deux cylindres reliés entre eux, chacun de 6,5 km de diamètre et de 32 km de longueur offrant donc une surface intérieure de 653 km2. Ils sont en rotation (contraire) pour créer une gravité artificielle sur leur surface intérieure.

Ils sont structurés par une armature de poutres métalliques. L’espace intérieur est isolé de l’extérieur par des plaques de métal ou de verre (50 cm de côté pour ces dernières) fixées à un treillis de ces poutres (comme les structures géodésiques) selon six bandes longitudinales d’égales dimensions. Les trois bandes de plaques de métal alternent avec les trois bandes de plaques de verre. Celles de plaques de métal vont servir de support au sol sur lequel évolueront les habitants (326 km2) ; celles de plaques de verre donneront accès à la lumière et à la chaleur du Soleil. Les deux extrémités du cylindre sont fermées, comme une bouteille de gaz, par des demi-sphères métalliques.

La surface intérieure des bandes de plaques de métal est couverte d’une couche de régolithe d’au moins deux mètres qui servira de sol et d’écran aux radiations. L’intérieur est pressurisé à 0,36 bars avec moitié oxygène (0,18 bars) et moitié azote (0,18 bars). De la glace d’eau est introduite en quantité suffisante pour l’eau liquide (et l’humidification de l’air) nécessaire. Il est prévu d’enrichir le sol des éléments chimiques permettant la vie (molécules azotées et plus généralement humus) et des insectes permettant de la maintenir. Le tout doit, bien entendu, être recyclable au maximum des possibilités. L’énergie est solaire. La construction a lieu dans l’espace à partir de matières premières brutes.

Dans la première phase, ces îles de l’espace seraient établies au point de Lagrange L5 du système Terre-Lune, l’une des régions où la force de gravité de la Terre s’exerçant sur une masse quelconque est exactement équilibrée par celle de la Lune, suivant une orbite presque stable (nuance introduite du fait de l’influence du  Soleil) définie par la force de Coriolis. Dans une seconde phase, Gerard O’Neill les aurait installées en L5 du système Soleil-Terre, sur une vaste orbite stable de 800.000 km. Plus tard, il envisageait de les installer au sein de la Ceinture d’Astéroïdes, puis au-delà de Pluton dans la Ceinture de Kuiper…Restons dans le cadre de la première phase.

Points de Lagrange du Système Terre-Lune. Crédit David A. Kring, LPI-JSC Center for Lunar Science & Exploration.

Les plus grands défis sont l’acheminement et la transformation industrielle des matières premières dans l’espace. Dans le plan de phase 1, la matière première serait essentiellement le régolithe lunaire. Ce régolithe serait extrait par des excavateurs robotiques, compacté, déposé dans des conteneurs qui circuleraient sur un rail utilisé comme une « catapulte électromagnétique ». L’accélération du conteneur magnétique (bobine mobile) étant causée par une succession d’électroaimants (bobines fixes). En fin de rail, la charge serait libérée et le conteneur freiné puis récupéré dans une boucle qui le replacerait à l’endroit qui lui permettrait de reprendre une nouvelle charge.

La matière (plusieurs dizaines de millions de tonnes par petits paquets expédiés très vite les uns après les autres) serait envoyée au point de Lagrange L2, parce qu’il est plus proche de la Lune et moins difficile d’accès compte tenu de la nécessaire précision quant à la direction (on peut envisager un guidage par laser) et à la vitesse du tir. A partir de L2, un convoyeur devrait prendre en charge les masses regroupées, pour les apporter en L5 (très peu d’énergie serait nécessaire puisqu’aucune force de gravité ne contrarierait le mouvement).

L’avantage de la Lune comme source de matière est la faiblesse relative de la vitesse de libération, 2,4 km/s. Il serait possible de l’atteindre avec la catapulte. Son autre avantage est la composition chimique de son régolithe puisque notre satellite est constitué de vastes pans de la croûte et du manteau terrestres qui lui ont été arrachés au début de notre histoire géologique (impact de la protoplanète Théia). Le régolithe fournirait donc de l’oxygène (à partir d’oxydes divers), du silicium (le verre et les panneaux solaires), de l’aluminium ou du titane (pour les poutres et les plaques métalliques), et toutes sortes d’autres éléments. A noter que le silicium, l’anorthosite (pour l’aluminium) et l’ilménite (pour le fer et le titane) sont très abondants dans ce régolithe.

L’azote et le carbone seraient fournis par la croûte terrestre, l’eau et l’hydrogène par notre Océan (aujourd’hui on pourrait envisager de la glace d’eau lunaire).

L’énergie utilisée sur la Lune devrait être nucléaire et non solaire compte tenu des nuits lunaires de 14 jours mais elle serait solaire en L2 et surtout en L5 compte tenu de l’ensoleillement permanent dont jouit l’espace profond. La transformation des matières premières serait faite dans l’espace plutôt que sur la Lune compte tenu de la disponibilité constante de cette énergie et compte tenu des contraintes de masse existant sur tout corp générant une gravité importante (on peut envisager dans l’espace de créer, si nécessaire, une certaine gravité par rotation dans les usines).

La lumière pénétrerait dans les cylindres par les bandes de surfaces vitrées mais ce ne serait qu’indirectement, afin de limiter la dureté des radiations. Les cylindres seraient pointés vers le Soleil et de grandes feuilles réfléchissantes d’une taille au moins égale aux bandes de ces surfaces renverraient la lumière reçue vers ces bandes après l’avoir filtrée (en ne réfléchissant que les rayonnements lumineux et infra-rouge). Fixés sur charnières à l’extrémité du cylindre opposée au Soleil, les miroirs s’ouvriraient et se fermeraient plus ou moins et progressivement sur une fraction variable de 24 heures pour restituer les heures, les jours, les nuits et les saisons terrestres.

Afin de maintenir l’orientation vers le Soleil malgré la rotation, les deux cylindres dont les axes longitudinaux seraient parallèles, tourneraient en sens contraire pour annuler l’effet gyroscopique. Une rotation toutes les deux minutes permettrait de restituer une gravité de type terrestre sur la surface intérieure (entre 1 et 0,7 g) sans désagrément (force de Coriolis) pour les habitants. Distants de 80 km, ils seraient liés entre eux à leurs extrémités par des tiges semi-rigides d’une dizaine de cm de diamètre de telle sorte qu’une cohérence soit donnée à l’ensemble (et que les miroirs puissent s’ouvrir). Profitant de leur vitesse de rotation (vitesse tangentielle extérieure de 650 km/h), des véhicules pourrait faire la liaison-passagers entre les deux cylindres en quelques minutes. Comme les cylindres pointeraient vers le Soleil, son image, à l’intérieur, resterait sur une trajectoire linéaire et on n’aurait pas la sensation visuelle de rotation.

La production alimentaire et textiles (fibres) pourrait se faire à l’intérieur des cylindres dans les vallées mais aussi et de préférence à l’extérieur. En direction du Soleil, une couronne de modules de culture serait établie sur un diamètre largement supérieur à celui du cylindre (la gravité pour les végétaux peut être plus faible que pour les êtres humains ou les animaux). Cela permettrait beaucoup plus de souplesse dans les cultures. La séparation des modules permettrait de régler différemment les conditions environnementales (quantité et couleurs de lumière, température, humidité, taux de gaz carbonique et d’oxygène, pression atmosphérique) afin d’avoir des produits aussi diversifiés que possible toute l’année (même si le stockage cryogénique des produits peut également être envisagé). Ils utiliseraient la lumière du Soleil captée par des réflecteurs coniques. Un écran flottant extérieur pourrait réguler l’arrivée de lumière sur les miroirs réflecteurs pour simuler les jours et les saisons. La pressurisation pourrait être moindre que dans l’habitat car les plantes pourraient très bien fonctionner avec une pression atmosphérique de 0,5 à 0,7 bars (altitude 3000 mètres sur Terre). Avec les techniques actuelles de production on peut envisager facilement de nourrir environ 130 personnes à l’hectare (surface donc mais on pourra étager les cultures sur plusieurs niveaux pour mieux profiter du volume). On utiliserait très peu de pesticide car en cas de contamination du cultivar d’un module on pourrait l’ouvrir à l’espace et le stériliser par le vide et la chaleur solaire (encore les miroirs !).

Les cylindres proprement dits seraient utilisés principalement pour la résidence des hommes, avec des maisons, des arbres fruitiers (des abeilles), des jardins.

D’une façon générale, comme je l’ai dit plus haut, l’énergie sera solaire.  A l’autre extrémité, opposée au Soleil, un vaste disque porteur de panneaux solaires procurera l’énergie électrique suffisante à la vie dans le cylindre. Et dans le prolongement de l’axe du cylindre on pourra avoir divers sites industriels (à commencer par ceux qui raffineront les matières premières brutes) utilisant cette énergie, 24h/24h, à l’aide de miroirs.

Les communications, antennes ainsi que les installations de dockings et de sas pour les véhicules venant de la Terre, se feraient à la pointe des cylindres. Les petits véhicules permettant de joindre un cylindre à son jumeau partiraient de panneaux s’ouvrant latéralement dans leur coque.

Comme vous le comprenez à la lecture de cet article, le gros avantage des cylindres est la possibilité qu’ils offrent de choisir, au sol, une gravité satisfaisante pour la vie humaine sans renoncer aux avantages de la microgravité si l’on se rapproche de l’axe de rotation, une température, un rythme de saisons, et d’une manière générale de pouvoir contrôler son environnement beaucoup moins difficilement que sur une planète. On peut aussi penser qu’ils pourraient servir de refuge en cas de catastrophe pouvant survenir sur Terre.

Comme dit plus haut, ces cylindres sont prévus pour évoluer dans l’espace proche mais on peut aussi les envisager pour des voyages lointains. Je vous en parlerai une autre fois.

Illustration de titre : Island-Three, vue d’artiste, Rick Guidice pour la NASA, credit NASA Ames Research Center.

Références :

Space Settlement, a design study, Editée par Richard Johnson, NASA Ames Research Center et Charles Horlow, Colgate University; publiée en 1977 par le Science and Technical Information Office de la NASA.

Les villes de l’Espace, par Gerard O’Neill, publié chez Robert Laffont (1976).

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gerard_K._O%27Neill

https://fr.wikipedia.org/wiki/Catapulte_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique

https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_driver

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 10 08

Lucy in the sky with diamonds

Ce 16 Octobre 2021, à 05h34 en Floride (11h34 chez nous), la NASA vient de commencer une Odyssée de 12 ans qui permettra à l’homme d’observer pour la première fois les astéroïdes Troyens de Jupiter.

Il s’agit d’étudier des astres qui sont les témoins de notre disque protoplanétaire, très peu modifiés par l’histoire complexe de notre système solaire du fait de leur localisation privilégiée. Aller voir les Troyens c’est un peu comme aller se promener dans la Ceinture de Kuiper, au-delà de Pluton, à une quarantaine d’unités astronomiques (UA, distance Soleil Terre) ou comme remonter dans le temps à quelques 4,56 milliards d’années…mais à seulement 6,4 UA (965 millions de km).

Les points de libration d’un système planétaire, qu’on appelle aussi « points de Lagrange » du nom du scientifique français (d’origine piémontaise) Joseph-Louis Lagrange, qui en a conçu l’existence en 1772, sont les points où les influences gravitationnelles des planètes et de leur Soleil s’équilibrent (plus généralement celle de deux gros corps sur une troisième masse relativement négligeable). Il y en a cinq, dénommés L1, L2, L3, L4, L5. Seuls les points L4 et L5 sont stables (si on en est écarté, on s’en rapproche). Les autres sont instables (si on en est écarté, on s’en éloigne). L1 et L2 sont situés dans l’axe du second corps au premier (ici le Soleil), l’un avant, l’autre au-delà, de part et d’autre du second corps et beaucoup plus près de ce dernier que du premier puisque la masse du second est beaucoup plus faible. L3 est situé sur l’orbite du second corps, diamétralement opposé au Soleil (« de l’autre côté »). L4 et L5 sont situés sur l’orbite du second corps, de part et d’autre de lui (l’un en avance, l’autre en retard) au sommet d’un triangle équilatéral dont l’un des côtés est formé par l’axe du second corps au Soleil.

Les planètes ont plus ou moins de Troyen(s). Les plus grosses masses en permettent davantage, Jupiter est la plus riche (5.879 en L4 et 3.448 en L5). Neptune vient en second avec 24 en L4 et 4 en L5, La Terre, Vénus et Mars en ont aussi (un seul pour la Terre en L4, « 2010TK », 300 m de diamètre). Seule Mercure semble ne pas en avoir.  L’histoire du système solaire a été très violente et peut-être beaucoup d’astéroïdes des planètes proches du Soleil ont-ils été décrochés de leur « nid » au cours des pluies d’astéroïdes qui ont parcouru l’espace proche dans les premiers temps.

A noter en effet que ces Troyens ne sont pas forcément tous « nés » sur place. Il se peut que certains proviennent de beaucoup plus loin à l’extérieur de l’orbite où ils se trouvent aujourd’hui. Mais si c’était le cas, ils résulteraient d’un accident (une rencontre avec un objet déjà sur place) dont l’occurrence a dû être très faible puisque la gravité générée par la masse d’un astéroïde est faible. La force d’impact aurait ainsi été de toute façon relativement faible (faible accélération des masses).

A noter que, comme la Ligne de glace du système solaire se situe à l’intérieur de la Ceinture d’Astéroïdes, et que les petits corps, glacés ou non, y ont été joyeusement mélangés, on est certain que les Troyens seront plus purs, c’est-à-dire qu’ils contiennent leurs « volatiles » d’origine. Ils ont donc un intérêt différent de ceux des astéroïdes que l’on peut rencontrer dans notre environnement (les géocroiseurs) et qui sont secs (sans glace d’eau).

Le nom de Lucy, celui du squelette de cette jeune australopithèque découvert en Ethiopie en 1974 qui a été donné à la sonde, veut exprimer le fait qu’en explorant cette zone où l’on a l’espoir de trouver des fossiles de notre histoire très ancienne, on va faire en quelque sorte de la paléontologie spatiale.

Le lanceur de la mission, parti de Cap Canaveral ce matin, est une fusée Atlas V (401) de l’ULA (United Launch Alliance) comme c’est le plus souvent le cas pour les missions scientifiques américaines. Elle est évidemment gérée par la NASA.

La trajectoire est étonnante par sa complexité (voir image de titre). Après son lancement, Lucy doit effectuer deux survols rapprochés de la Terre pour l’accélérer pour qu’elle puisse rencontrer ses cibles troyennes aussi vite que possible. Dans le nuage L4, de 2027 à 2028, Lucy survolera Eurybates (3548) et son satellite Polymele (15094), Leucus (11351) et Orus (21900). Après avoir à nouveau plongé vers la Terre, Lucy passera « de l’autre côté » et visitera le nuage L5. Elle rencontrera alors, en 2033, l’astéroïde double Patroclus-Menoetius (617). Mais, cerise sur le gâteau, en 2025, pour commencer ses observations, Lucy survolera sur le chemin du L4 un petit corps de la Ceinture d’astéroïdes, 52246, que l’on a nommé Donald-Johanson, en l’honneur du découvreur du fossile Lucy. Après avoir observé Patrocle-Ménoetius, Lucy restera sur sa trajectoire et continuera à parcourir les deux nuages ​​troyens tous les six ans. La mission active aura duré douze ans (et je serai malheureusement très, très vieux !).

La sonde a été construite chez Lockheed Martin. Les instruments sont nombreux :

L’LORRI, Lucy LOng Range Reconnaissance Imager, est une camera à haute résolution

L’Ralph est composé de deux instruments, MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera), un imageur en couleurs visibles et LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array), un spectromètre infrarouge qui recherchera les composés organiques, les glaces, les minéraux hydratés; d’une manière générale il permettra de connaître la composition des astéroïdes approchés.

L’TES, Lucy Thermal Emission Spectrometer, détectera en infrarouge les émissions thermiques des surfaces.

Lucy est équipée d’une antenne à grand gain de deux mètres de diamètre. L’antenne servira évidemment d’outil de communication avec la Terre mais aussi à mesurer l’effet Doppler généré par le déplacement des astéroïdes et en déduire leur masse.

Enfin, avec T2CAM, sa « terminal tracking camera » Lucy, pourra repérer les astéroïdes et, dans une certaine mesure, naviguer ou plutôt orienter ses appareils dans leur l’environnement.

Elle pèse 770 kg sans son carburant et 1500 kg avec (il y aura pas mal de manœuvres de modifications de trajectoires). L’énergie pour le fonctionnement interne et les transmissions sera solaire (panneaux de 7,3 mètres d’envergure qui doivent pouvoir fournir une puissance de 504 Watts au plus loin du Soleil).

Après la mise en orbite de parking, la prochaine étape et l’injection vers l’espace profond le 7 Novembre. Bon vol Lucy!

Illustration de titre, le périple de Lucy. Credit: Southwest Research Institute

référence:

https://www.nasa.gov/mission_pages/lucy/news/index

illustration ci-dessous: vue d’artiste de Lucy avec ses panneaux solaires déployés (crédit NASA):

PS: Pour ceux qui ne s’en souviendraient pas, je rappellerais que Lucy reçut son nom de Louis Leakey à cause de la chanson des Beatles qui tournait en boucle sur le site de fouille au moment de la découverte.

Le mouvement SETI, difficultés, beauté et espérance

L’origine

L’intuition que d’autres intelligences habitent le Cosmos est ancienne. Dans les temps modernes, Giordano Bruno, brûlé sur le bucher par l’Eglise catholique en 1600 pour en avoir proclamé sa conviction, en est peut-être l’expression la plus forte et la plus tragique. Mais longtemps on y a crû sans chercher à communiquer avec elles puisque c’était « hors de l’entendement ». Les rêveurs ont commencé à en envisager la possibilité quand Constantin Tsiolkovski a élaboré sa théorie des fusées à la charnière des XIXème et XXème siècles. Mais on était encore loin de mettre en place une organisation pour recueillir des signaux car on n’avait aucune idée de ce qu’ils pourraient être. La découverte, accidentelle, que les astres émettent des ondes radio ne date que de Karl Jansky en 1933 et personne n’a rien fait de ces « ondes cosmiques » jusqu’après la guerre et plus précisément le début des années 1950.

Pour SETI (« Search for Extra-Terrestrial Intelligence »), « tout » a commencé en 1959 par un article paru dans la revue scientifique Nature, dont les auteurs étaient Giuseppe Cocconi et Philip Morrison (Université de Cornell), « Searching for Interstellar Communications ». Cet article intervenait aux Etats-Unis dans un contexte particulier qui était celui des OVNI, les Américains étant traumatisés par la guerre froide, passionnés par le développement de la science-fiction (le film « La Guerre des mondes » d’après HG Wells date de 1953), et la radioastronomie mondiale étant entrée dans une phase de fort développement après une période de « gestation ». La réalisation des premiers grands radiotélescopes date de ces années : Arecibo (terminé en 1963), Green Bank (1958/59), Parkes (opérationnel en 1961), Jodrell Bank (opérationnel en 1957).

Résumant le problème qui était dans l’air du temps, l’interrogation d’Enrico Fermi, « Where are they ? » remonte à 1950 et l’équation de Frank Drake, à 1961. Il y avait, à l’époque, peu de doute (pour ne pas aller jusqu’à dire « aucun ») sur le fait qu’« ils » existassent, le seul problème était comment établir un contact.

Dans ce contexte psychologique, à défaut de pouvoir les rencontrer lorsqu’ils nous visitaient, puisqu’ils semblaient nous éviter, il paraissait logique de chercher à capter une manifestation de leur vie à sa source même, donc provenant de leur propre monde. Mais l’Univers est vaste. Il fallait donc réfléchir et s’organiser pour avoir le maximum de chances de réussir.

Les modalités du contact

Les télescopes exploitant la lumière visible n’étant pas assez puissants pour nous permettre de voir les planètes hors du système solaire, on se tourna vers les émissions-radio cosmiques, nouvellement découvertes, qui semblaient les seules susceptibles de transmettre beaucoup plus loin une information précise et chargée de sens ou, dans un premier temps, structurées de telle sorte qu’elles apparaissent artificielles. Il fallait ensuite que l’émission puisse arriver jusqu’au sol de la planète (la nôtre et la leur) en supposant que la leur avait a priori, comme la nôtre, une atmosphère qui faisait écran à une bonne partie du spectre électromagnétique. Il fallait ensuite envisager une bande de fréquences qui soient relativement faciles à émettre avec le minimum d’énergie, et qui soient susceptibles d’un maximum de cohésion sur les longues distances. Il fallait ensuite que la puissance de l’émission soit suffisamment forte pour être perçue ou les instruments suffisamment sensibles pour l’identifier.

Cela impliquait d’abord une distance qui ne fut pas trop grande. Les concepteurs du projet voulurent se limiter à une sphère de 1000 années-lumière, estimant que cela correspondrait à la plus lointaine possibilité de réaction à l’exploitation des mines d’argent d’Espagne par les Romains. Cette exploitation avait en effet occasionné une pollution au plomb sans précédent, qui n’aurait certainement pas pu échapper à des observateurs (ou des guetteurs) attentifs (qu’on supposait évidemment beaucoup plus capables technologiquement que nous). Ils auraient pu en prendre connaissance mille ans après le début de l’exploitation et leur réaction aurait mis mille ans additionnels à nous parvenir. Par ailleurs, il fallait que les fréquences ne puissent être confondues ou troublées ni avec celles de l’étoile dont dépendait la planète (impossible, à l’époque, à distinguer de l’étoile, même à courte distance) ni avec celles des zones les plus denses de la Galaxie. Enfin la bande ne pouvait être qu’étroite puisqu’on supposa que les extraterrestres devraient privilégier la puissance du signal avec une énergie disponible forcément limitée (une émission de la puissance de celles que pouvait émettre le radiotélescope d’Arecibo, 1013 watts, pourrait être captée par un récepteur d’une sensibilité de 10-26 watts à la distance de 1000 années-lumière). C’est pour cette raison qu’on choisit la bande qui englobe le « trou d’eau », c’est-à-dire les longueurs d’ondes qui dans le segment « UHF » (Ultra Hautes Fréquences) des micro-ondes se situent entre 18 et 21 cm (entre 1420 et 1666 mégahertz), 18 cm étant la longueur d’ondes du radical hydroxyle et 21 cm celle de l’hydrogène (les deux donnent de l’eau). En effet cette bande constitue une fenêtre « claire », moins polluée par le bruit galactique que le reste du spectre électromagnétique aisément captable.

L’historique

La progression depuis les années déjà lointaines du démarrage du mouvement SETI, malgré les vicissitudes qui expliquent en partie ses multiples formes, montre la difficulté de maintenir cette activité à la marge de la science mais aussi l’intérêt du public et des scientifiques, du moins aux Etats-Unis.

La première application fut le programme Ozma mené en 1960 (200 heures) par Frank Drake avec le télescope de Green Bank (partie du réseau National Radio Astronomy Observatory). Il était orienté vers Tau Ceti et Epsilon Eridani et focalisé sur une seule longueur d’onde : 1420 MHz. Elle ne donna aucun résultat mais fut l’occasion de la première réunion « SETI » en 1961 (celle au cours de laquelle Frank Drake, lança sa fameuse « équation »).

Dans la décennie qui suivit, aucune recherche nouvelle n’eut lieu aux Etats-Unis mais l’URSS leur « répondit », selon les habitudes de compétition alors « en vigueur » entre les deux blocs. Leurs recherches, sans résultat, furent exposées à un congrès animé par Nikolaï Kardachev, qui eut lieu en 1964 à l’Observatoire de Byurakan en Arménie (Kardachev est par ailleurs l’auteur d’une classification des types de civilisations extraterrestres supposées, cette supposition reposant, comme il était commun à l’époque, sur la croyance ferme qu’il existât de telles civilisations).

Puis, pendant les années 1971/72, vinrent les programme Ozpa (9 étoiles, 13 heures) et de 1972 à 1976 Ozma II (674 étoiles, 500 heures). Ces programmes furent également sans succès.

En 1974, on voulut pratiquer SETI « dans l’autre sens », pour dire « On est ici », et on envoya un message aux extraterrestres à partir d’Arecibo. Ce message est maintenant quelque part dans l’espace à 48 années-lumière de chez nous et nous n’avons obtenu aucune réaction.

Entre 1973 et 1995, l’Université d’Ohio, prit le relais avec son radiotélescope « Big Ears » (radiotélescope de 52 m de diamètre). Au cours de son programme, le 15 août 1977, l’astrophysicien Jerry Ehman, capta une émission baptisée ensuite « Wow ! ». Son signal était 30 fois plus fort que le bruit de fond galactique et il nous parvint sur une bande très étroite (moins de 10 kHz), précisément située sur la longueur d’ondes de 21 cm. Il semblait que ce fut exactement ce qu’on cherchait ! Malheureusement elle ne dura que 72 secondes, durée contrainte par la largeur de la fenêtre d’observation et la rotation de la Terre. Il fut impossible après d’en retrouver la suite, tout comme il fut impossible de localiser sa source car il n’y avait aucun objet notable dans la région d’émission. Wow ! est le regret éternel des astrophysiciens spécialisés. A tout hasard on a renvoyé une réponse en 2012 avec le radiotélescope d’Arecibo. Aujourd’hui on attend la réponse à la réponse !

Pendant cette période de la fin du XXème siècle la NASA marqua son intérêt pour le projet, avec Bruce Murray du JPL qui fondera la Planetary Society en 1980 avec Carl Sagan et Louis Friedman. Mais la relation entre les promoteurs de SETI et la NASA ne parvint pas à s’établir durablement, principalement à cause du Sénat américain. Finalement l’Institut Seti fut créé en 1984 comme association à but non lucratif (avec contribution NASA à partir de 1988 pour quelques petites années), par Thomas Pierson, ingénieur en astronautique. Thomas Pierson fut un directeur extraordinaire, portant et développant l’Institut par la force de son énergie, sa puissance de conviction et sa compétence en organisation pendant presque 30 ans (jusqu’en 2012). C’est lui qui trouva les soutiens financiers nécessaires quand les subsides de la NASA s’arrêtèrent en 1993. Mais l’Institut n’est pas le seul pôle de direction du mouvement. A côté, le « Centre de recherche SETI » de l’Université de Berkeley, le « BSRC », gère les programmes SERENDIP, SEVENDIP, NIROSETI ou [email protected] L’astronome Jill Tarter est, comme Pierson pour l’Institut, l’âme du BSRC. C’est elle qui a inspiré l’astrophysicien Carl Sagan pour l’héroïne de son très beau livre Contact, l’un des chefs-d’œuvre de la science-fiction.

SERENDIP, « Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations » a son origine dans le BSRC. Elle tire sa « matière première » dans les données recueillies, mais non utilisées, par toutes sortes d’autres programmes astronomiques.

SEVENDIP, « Search for Extraterrestrial Visible Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations » est un programme qui a « tourné » entre 1997 et 2007. Il a plus ou moins été remplacé par le suivant :

NIROSETI, « Near-InfraRed Optical Search for Extraterrestrial Intelligence ». Ce programme fonctionne avec le Nickel Telescope (Californie) opérationnel en 2015, en collaboration avec le Projet Breakthrough Listen. Il s’intéresse aux émissions provenant de la frontière du visible et de l’infra-rouge (l’infra-rouge est moins occulté que le visible par les nuages de gaz et les poussières).

[email protected], lancé en 1999, utilise la puissance de calcul des ordinateurs privés partout dans le monde qui, reliés entre eux, constituent un processeur virtuel de très grande capacité, pour analyser le flux de signaux radio que lui transmet le BSRC.

En 1998, l’Université Harvard (Paul Horowitz) rejoignit la recherche SETI et entreprit d’utiliser le rayonnement optique avec un télescope dédié. L’idée était de capter non pas une image mais un rayonnement laser qui pourrait effectivement transmettre beaucoup d’informations, jusqu’au sol. En 2006, le télescope OSETI (« Optical SETI) à Oak Ridge dans le Massachussetts lui fut affecté, avec le soutien financier de la Planetary Society et de l’Institut SETI.

En 2007 des fonds privés permirent à SETI l’utilisation d’un nouveau radiotélescope qui lui est propre. Riche de 42 antennes implantées en Californie, l’Allen Telescope Array, est financé par Paul Allen, le co-fondateur de Microsoft. L’opérateur est l’Université de Berkeley puis, à partir de 2014, Siri International.

En 2015, Youri Milner fondateur de Breakthrough Initiatives, a lancé Breakthrough Listen avec 100 millions de dollars. Il utilise les télescopes de Green Bank et Parkes, ainsi qu’une équipe de chercheurs de l’Université de Berkeley.

Aujourd’hui

Aujourd’hui SETI est un joyeux mélange d’institutions, de départements d’universités, de fondations privées orbitant autour de deux organes principaux, l’Institut SETI et le BSRC. Le mouvement utilise toutes sortes de radiotélescopes, télescopes, certains comme Arecibo ou l’Allen Telescope Array, intensément, d’autres sur des tranches horaires plus ou moins importantes, d’autres encore comme sources de données recueillies dans le cours d’autres observations. On a élargi aussi la bande de fréquences, allant de 1000 à 10.000 Mhz (la longueur d’ondes de la molécule d’eau) puis récemment à 15.000 Mhz. On travaille simultanément sur une multitude de fréquences et des mécanismes automatiques permettent de revenir automatiquement sur un signal anormal (leçon tirée de Wow !).

Les financements suivent cahin-caha. Ils proviennent aussi bien de généreux donateurs anonymes, que de personnalités (Carl Sagan, Paul Allen, Yuri Milner), que de programmes universitaires, notamment à Berkeley, que de sociétés évoluant autour de la NASA, de la National Science Foundation US, de sociétés, de « simples » particuliers. Mais il y a des « accidents ». En avril 2021 le financement de l’Allen Telescope Array (qui a besoin de 1,5 millions par an) a été interrompu, faute d’argent.

Par ailleurs les instruments vieillissent ! Dans la nuit du 30 novembre au 1er décembre 2020, à Arecibo, la plateforme d’instruments dont le foyer vers lequel les ondes radio reçues étaient réfléchies, s’est effondrée sur la surface de l’antenne parabolique suite à une rupture de câble. Elle pesait 900 tonnes ! Les dégâts sont considérables (mais une collecte a aussitôt commencé pour les réparer).

Signe des temps, le radiotélescope chinois, FAST, est, lui, devenu opérationnel fin 2019. Son diamètre possible est de 500 mètres contre 300 pour Arecibo. Il occupe, comme ce dernier, une cuvette naturelle aménagée. Il est évidemment « très moderne ». Sa surface est déformable robotiquement pour corriger son aberration de sphéricité. Sa sensibilité est trois fois celle d’Arecibo. Sa plage de collecte va de 70 MHz à 3 GHz (la recherche SETI n’est qu’un de ses objets, parmi d’autres).

Le nouveau radiotélescope gigantesque en développement, SKA, Square Kilometer Array, qui doit représenter une surface de collecte de 1 km2 est évidemment un projet d’intérêt et certainement il comprendra des programmes SETI. A noter qu’à l’origine on avait surnommé l’Allen Telescope Array, le « One Hectare Telescope ». On voit le chemin parcouru ! Les développements de l’informatique et de la science des télécommunications sont passés par là.

L’espérance

La recherche SETI malgré les vicissitudes se porte toujours bien. Pas plus que le premier jour nous n’avons de résultat ; nous ne savons toujours pas « où ils sont » et « pourquoi ils ne communiquent pas avec nous » mais nous ne sommes pas découragés et nous persévérons.

Le contexte a évolué et on sait maintenant qu’il n’y a pas de petits hommes verts sur Mars. On sait aussi que leur existence « ailleurs » n’est pas si évidente ou normale qu’on le pensait en 1959. On a encore réalisé la difficulté de la recherche, car non seulement il faut regarder dans la bonne direction mais il faut regarder au bon moment dans la mesure où les émissions pourraient ne pas être en continu dans notre direction ou parce qu’elles auraient pu ne pas encore commencer ou se seraient déjà éteintes. Avec le temps, l’activité de la recherche SETI a débordé du cadre strict de la recherche de vie intelligente et s’intéresse aussi aux formes de vie élémentaires et aux conditions dans lesquelles Elle a pu apparaitre. Ce phénomène serait visible dans l’atmosphère des planètes observées mais leur détection est très difficile.

Il ne faut pas se moquer de cette persévérance. Il est normal que nous cherchions à savoir et que nous fassions tout ce que nous pouvons pour comprendre. L’interrogation, la poursuite de la recherche même en dépit de la déception, sont des qualités éminemment humaines. Il faut soutenir la recherche SETI.

Illustration de titre : vue de l’Allen Telescope Array. Photo : SETI Institute

SETI Institute: https://www.seti.org/

BSRC:  https://seti.berkeley.edu/FAQ.html

https://www.seti.org/thomas-pierson-1950-2014

https://spacenews.com/cutbacks-curtail-seti-institute-search-alien-radio-signals/

Rapport d’activités de l’Institut SETI (10 Septembre 2021) : https://www.seti.org/q2-2021-activity-report-seti-institute

https://fr.wikipedia.org/wiki/Search_for_Extra-Terrestrial_Intelligence

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Index L’appel de Mars 21 09 11

Sommes-nous seuls dans l’Univers ? Paradoxe de Fermi, Equation de Drake…et autres

Equation de Drake : si N>1, il y a au moins une autre vie intelligente et communicante que la nôtre dans l’Univers !

L’interrogation est ancienne. En 1950, le physicien Enrico Fermi partageait un repas avec des collègues physiciens et, dans le contexte des OVNI, la discussion porta sur les raisons pour lesquelles on ne parvenait pas à obtenir de preuve sérieuse de l’existence des « autres ». En 1961, l’astronome fondateur de SETI, Frank Drake, proposait une mise en équation de cette interrogation (image de titre). En 1975 l’astrophysicien Michael Hart présentait un peu différemment les hypothèses à prendre en compte.

Avec le temps et l’accroissement des connaissances, la prise de conscience évolue et la formulation de l’interrogation également, en se faisant plus pertinente. La réflexion actuellement la plus complète semble être celle de Stephen Webb avec son ouvrage « If the Universe is teaming with aliens, where is everybody? » (2002), la dernière proposition, « where is everybody ? » reprenant les termes de Fermi (mort en 1954) « where are they ? »…mais on reste toujours sur les mêmes problématiques dans la même incertitude.

Equation de Drake

Revenons sur la fameuse formule de Drake. Regardons les variables choisies par l’auteur mais notons tout d’abord qu’elle date d’une époque où l’on n’avait pas encore observé d’exoplanète (le haut fait de Michel Mayor et Didier Queloz date de 1995) et où l’on n’avait pas encore pris conscience de la variété de toutes les conditions à remplir pour passer de la matière inerte à la vie.

R*        nombre d’étoiles qui se forment annuellement dans notre galaxie ;

fp          fraction de ces étoiles dotées de planètes ;

ne         nombre de planètes potentiellement propices à la vie, par étoile ;

fl          fraction de ces planètes où la vie apparaît effectivement ;

fi          fraction de ces planètes où apparaît la vie intelligente ;

fc          fraction de ces planètes capables et désireuses de communiquer ;

L          durée de vie moyenne d’une civilisation, en années.

Pour moi cette liste n’a aucune utilité puisque nous n’avons absolument aucun moyen de répondre aux termes « fl » et « fi ». Mais reprenons le détail des différents termes :

« R* ». Le fait que des étoiles nouvelles se forment chaque année dans notre galaxie me semble sans rapport avec le sujet. Que des étoiles nouvelles se forment, prouve simplement que le creuset galactique continue son œuvre mais ne dit rien sur la probabilité que ces étoiles nouvelles soient porteuses de vie plus que les autres. Avec R* on est dans la croyance que le nombre apporte une solution à un problème. Je trouve cet argument extrêmement faible car il faut au moins deux éléments pour dire ou envisager sérieusement « plusieurs ». Comme l’écrivait mon lecteur « Martin » en commentaire d’un article précédent de ce blog (le 03/09/21), ce n’est pas parce qu’on a trouvé des kangourous en Australie qu’il devrait y en avoir au moins quelques-uns dans le reste du monde (à part dans les zoos, bien entendu !).

Le terme « fp » est du même ordre (la solution recherchée, par le nombre !). On sait évidemment aujourd’hui que les étoiles sont toutes entourées de planètes, du moins depuis plusieurs milliards d’années (c’était encore une spéculation à l’époque de Fermi et de Drake).

Le terme « ne » est plus sérieux. Il est pertinent mais il est beaucoup trop général. En tout cas la présence de la planète dans une zone habitable est une condition nécessaire même si elle n’est pas suffisante.

Le terme « fc » sort du sujet puisqu’on recherche des civilisations intelligentes et communicantes, pas des dauphins (même si, bien sûr, la vie intelligente mais non-communicante est un préalable à la vie intelligente et communicante).

Le terme « L » est une remarque pertinente sur la durée de vie d’une civilisation au regard des durées extrêmement longues dans le contexte desquelles elles se situent. Nous communiquons par radio depuis cent ans seulement et sans doute nos émissions antérieures à 1960 ne pourraient-elles être captables par une civilisation extraterrestre (jusque-là, elles ne sortaient pratiquement pas de l’atmosphère terrestre). Par ailleurs, nous ne savons pas si nous survivrons longtemps en gardant les capacités de communication que nous avons développées à ce jour.

Deux observations générales peuvent être faites après considération de ces différentes variables :

(1) Elles sont comme des poupées gigognes, une succession d’inconnues dont la suivante qualifie la précédente. Si bien que si l’on ne peut répondre à l’une, l’interrogation posée par la suivante n’a pas de sens. Au stade actuel, on ne peut s’avancer au-delà de « ne ».

(2) Le sous-jacent non exprimé mais présent de la formule de Drake semble être que, s’il y a des planètes bien situées par rapport à leur étoile, il doit y avoir de la vie et au bout d’une certaine évolution, de la vie intelligente et communicante. C’est l’application d’un principe dit « de médiocrité » qui repose sur beaucoup de simplification et sur un automatisme supposé du processus biologique.

Hypothèses de Hart

Les hypothèses de Hart prennent le problème « de l’autre côté », en fait celui d’Enrico Fermi (pourquoi ne les avons-nous pas encore rencontrés ?) :

(1) il se peut que la probabilité d’apparition d’une civilisation technologiquement avancée soit très faible, si bien qu’un univers de la taille du nôtre est nécessaire pour qu’elle ait une chance de se produire une fois (mais beaucoup moins probablement deux) ;

(2) il se peut que les extraterrestres existent mais que, pour une raison ou une autre, la communication et le voyage interstellaires soient impossibles ou ne soient pas jugés souhaitables ;

(3) il se peut que la vie existe ailleurs, mais en des lieux rendant sa détection difficile – par exemple dans des océans protégés par une couche de glace, organisée autour d’évents hydrothermaux ;

(4) il se peut enfin que les extraterrestres existent et nous rendent visite mais d’une manière indétectable avec les moyens techniques actuels.

Franchement, je préfère cette formulation (selon les termes de l’article de Wikipedia) plus « modeste », à celle de Drake même si je n’adhère absolument pas à la dernière hypothèse de Hart (4) qui me semble un peu « complotiste ». Quant à l’avant-dernière (3) je pense qu’elle ne peut permettre de préjuger qu’un jour ces êtres vivants seront capables de communiquer en dehors de leur milieu, même s’ils peuvent atteindre le niveau d’intelligence des baleines.

Comme vous l’avez compris je fais partie des sceptiques et suis partisan de l’hypothèse « Rare Earth » exposée en 2000 par le paléontologue Peter Ward et l’astrobiologiste Donald Brownlee et défendue encore en 2009, en Suisse, par André Maeder, professeur en astrophysique de l’Université de Genève, dans son livre dont je recommande vivement la lecture : « L’unique Terre habitée ? », publiée chez Favre (2012).

Pour moi la vie n’est possible que sur la base de l’atome de carbone et il a fallu un certain nombre de milliards d’années pour que des étoiles suffisamment massives en aient produit suffisamment par leur nucléosynthèse. Mais la complexité nécessaire de notre environnement chimique ne s’arrête pas au carbone car le corps des animaux vivants est un cocktail extraordinairement riche en éléments divers. Peut-être le Soleil et son système appartient-il à la première génération qui puisse satisfaire ce critère de variété.

Nous avons vu ces dernières semaines que ni les naines-rouges, ni les étoiles géantes ne peuvent avoir été des hôtes de l’aboutissement du processus de vie à la vie. Si l’on se réfère aux étoiles de type solaire ou proches, on doit probablement exclure les systèmes à étoiles multiples ou ceux des systèmes à étoile unique où s’est formé un jupiter-chaud. Il faut aussi compter sur la présence de beaucoup d’eau liquide. Or, du fait du rayonnement très fort des jeunes soleils, les planètes en zone habitable (en deça de la limite de glace du système) sont, par nature, pauvres en élément légers, dont la vapeur d’eau. Une bonne partie de cette eau doit donc résulter d’un apport extérieur, fourni par des astéroïdes provenant d’au-delà de la limite de glace du système, ce qui suppose un événement rare comme celui de notre rebroussement de Jupiter ou le passage déstabilisateur d’une autre étoile dans l’environnement très proche de la première.

Si l’on se situe ensuite sur une planète habitable d’un système comparable à celui du Soleil, il faut regarder en face la difficulté de reproduire le processus prébiotique puis biologique qui a conduit jusqu’à nous. A l’origine, les principaux obstacles ont été les suivants :

Passage de la matière inerte à la matière vivante. Pour le moment nous n’avons aucune indication que ce passage ait été facile. Il n’a pu se produire à une certaine époque, que dans des conditions environnementales qui ont vite disparu (eau, température entre la congélation et l’ébullition, pression atmosphérique moyenne, radiations « tamisées », pH de l’eau très différents du pH du sol au fond des océans, proximité d’un gros satellite permettant un balancement des marées très important).  N’oublions pas que tous les êtres vivants (par définition terrestres) on le même LUCA (Last Universal Common Ancestor). Ce LUCA a vécu il y a environ 4 milliards d’années et aucune autre souche n’est ensuite apparue pour venir ajouter ses gènes à sa descendance.

Passage des procaryotes aux eucaryotes. Il n’est survenu qu’après plus de deux milliards d’années. Il a été démontré qu’il est extrêmement improbable. Archées et bactéries devaient plutôt se détruire mutuellement que fusionner (tout comme aujourd’hui). Leur endosymbiose a eu lieu, une fois, parce qu’une archée a trouvé un moyen d’absorber dans son cytoplasme, sans la détruire, un type de bactérie capable de respirer l’oxygène, poison pour la quasi-totalité des êtres vivants à l’époque mais dont le pourcentage dans l’atmosphère avait considérablement augmenté du fait de la prolifération des cyanobactéries dont l’oxygène était le rejet métabolique. Cette endosymbiose effectuée, les chimères résultantes, nos ancêtres eucaryotes, ont eu un avantage considérable sur les formes de vie concurrentes puisque l’oxygène est le meilleur oxydant possible.

Passage des eucaryotes unicellulaires aux animaux. C’est uniquement du fait de cet accident permettant l’utilisation de l’oxygène, que des cellules ont pu se réunir pour former les organismes pluricellulaires. Cependant le passage ne s’est produit que plus d’un milliard d’années après les premiers eucaryotes, comme quoi il n’était pas évident. Là encore des assemblages de cellules indépendantes ont évolué pendant très longtemps pour acquérir des spécialisations qui très lentement sont devenues génétiquement reproductibles. Mais les premiers animaux, les vendobiotes, il y a quelques 600 millions d’années, n’étaient que des sortes de méduses.

Je ne continuerai pas l’histoire mais toute cette évolution a été difficile et lente et a résulté non seulement d’une adaptation à l’environnement mais aussi d’accidents planétaires et d’interactions multiples.

Enfin notre situation est précaire. Nous en avons bien pris conscience depuis quelques temps après avoir réalisé que notre vie même avait une action sur notre environnement, comme lui sur nous. Il en est de même des autres civilisations (éventuelles). Elles peuvent être apparues et avoir disparu, ne laissant derrière elles que l’équivalent de nos araignées et de nos rats au milieu d’amoncellements de débris de toutes sortes. Si nous ne sommes pas dans le créneau de temps où une émission partie pendant une période ou l’expression était possible chez eux et captable aujourd’hui par nous, nous ne saurons jamais rien de leur existence.

SETI, the Search of Extraterrestrial Intelligence, est la seule réaction que nous pouvons avoir pour systématiquement rechercher un message ou plutôt un signal émanant de manière évidente d’une autre civilisation. Les personnes qui y travaillent ne sont assurées d’aucun succès dans leur entreprise mais nous devons les soutenir. Je vous en reparlerai prochainement.

Illustration de titre : l’équation de Drake, crédit image, University of Rochester (N.Y.).

Liens:

https://www.journaldugeek.com/dossier/extraterrestre-contact-paradoxe-fermi/

https://www.amazon.fr/Universe-Teeming-Aliens-Where-Everybody/dp/0387955011

https://en.wikipedia.org/wiki/Fermi_paradox

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Index L’appel de Mars 21 09 11

De ce que, en tant qu’êtres humains, nous nous devons de faire

J’ai traité les semaines précédentes, de la situation de notre système solaire au sein d’un voisinage stellaire mouvant. Cet environnement par le simple fait qu’il est, nous présente un défi. Nous ne pouvons l’ignorer, détourner nos regards des étoiles et, si notre technologie nous le permet, refuser d’aller l’investir, sous des prétextes divers même s’ils semblent à courte vue justifiés (pollution atmosphérique non nulle ou utilisation de ressources rares). Nous devons au contraire, nous lancer avec enthousiasme vers l’espace profond. Nous le devons pour répondre à nos gènes qui, comme ceux de toutes formes de vie, nous poussent à réduire nos risques de mort, à survivre et à prospérer ; nous le devons à nos ancêtres qui nous ont transmis la Vie, la somme de leurs connaissances et leurs créations ; nous le devons à nos descendants à qui nous devons transmettre ces richesses reçues, accrues de ce que nous avons-nous-mêmes créé, et à qui nous devons ménager un avenir aussi ouvert que possible.

Que faire de cet héritage, de ce potentiel, de ce voisinage ?

Je pense qu’il faut étudier autant que nos télescopes et capteurs divers nous le permettent, le système d’Alpha-Centauri et plus particulièrement celui de son étoile « A ». Il faut imaginer et réaliser des vaisseaux qui puisse nous permettre d’aller physiquement sur place et tant pis si cela coûte de l’énergie et pollue un peu la planète ; il y a pire mal-usage. A défaut de pouvoir nous déplacer nous-mêmes, il faut étudier ce système avec des moyens robotiques. Il faut marquer notre passage par un repère durable dans le temps et porteur d’informations nous concernant. Enfin il nous faut aller sur Mars pour apprendre, nous donner confiance et envie d’aller plus loin.

Concernant le premier point, les astronomes de par le monde, font le nécessaire. Nous disposons de grands télescopes sur Terre et l’optique adaptative fait des progrès constants grâce à l’informatique afin de compenser les perturbations résultant de l’atmosphère. Pour court-circuiter ce problème, les télescopes spatiaux, malheureusement d’une surface de collecte moins grande que les terrestres, se développent de plus en plus. Citons au sol le VLT, le Keck et dans l’espace, bientôt le JWST en attendant peut-être un jour Darwin. Les techniques s’affinent, notamment celle des coronographes pour occulter la lumière de l’étoile dont on veut observer les planètes. A côté de l’observation directe qui permettra d’étudier l’atmosphère de ces voisines par spectrographie, la technique des vitesses radiales, du transit ou de la « microlentille gravitationnelle » (« microlensing ») fournissent beaucoup d’informations sur la masse, le volume (donc la nature rocheuse ou gazeuse), la distance à l’étoile.

Concernant le second point, nos moyens sont beaucoup plus réduits. Pour le moment nous ne disposons que de la propulsion chimique et cela est totalement insuffisant pour atteindre Alpha-Centauri. L’objet le plus rapide créé par l’homme, la sonde solaire Parker (PSP) atteint 175 km/s en approchant du périhélie grâce au « flyby » de Vénus. Il lui faudrait 6.711 ans pour atteindre Alpha Centauri à cette vitesse. La solution actuellement réaliste serait d’utiliser la propulsion nucléaire ou la propulsion photonique. Sans entrer ici dans les détails des différents projets, disons qu’on peut ainsi espérer des vitesses de l’ordre de 10 à 20% de la vitesse de la lumière, ce qu’on appelle des vitesses relativistes car à partir de ces grandeurs, on commence à ressentir la différence d’écoulement du temps que vit le voyageur par rapport à celui que vit la personne située au référentiel fixe. Mais la différence sera encore peu sensible à cette vitesse (elle commence à le devenir vers 0,4c où elle a un effet de réduction pour le voyageur d’environ 10%). Il faudra un peu plus de 19 ans au voyageur (et 20 ans à l’observateur terrestre) pour parvenir dans le domaine d’Alpha-Centauri. C’est bien le maximum que l’on peut envisager d’« infliger » à un être humain.

Une solution serait de construire des cylindres de O’Neill, au point de Lagrange L5, à partir du régolithe lunaire, avant de les envoyer vers Alpha-Centauri. Un tel vaisseau, une « Island 3 », pour reprendre le nom donné par Gerard O’Neill dans les années 1970, de 6,5 km de diamètre sur 32 km de longueur (650 km2 de surface interne), serait un moyen confortable de voyager pour un temps long, de plusieurs années voire dizaines d’années. Mais est-ce possible ? Le principal problème est de faire fonctionner les équipements nécessaires à la transformation des matières premières dans l’espace pour construire ces vaisseaux. Ce n’est pas gagné mais j’espère quand même qu’on y parviendra « un jour » !

Si l’on veut rester réaliste et actuel, il reste les sondes robotiques. C’est ce que veulent faire Youri Miller et Avi Loeb dans le cadre de leur projet Breakthrough Starshot dont j’ai parlé souvent dans ce blog. Ils veulent utiliser des voiles photoniques de très faible masse unitaire (2 grammes tout compris) pour pouvoir supporter l’accélération extraordinaire que leur impulserait une forêt de lasers rassemblant une puissance de 100 GW sur 10 minutes (au-delà, les voiles ayant acquis une vitesse de 0,2c seraient beaucoup trop éloignées de la source de lumière). Le problème après que l’on ait impulsé cette vitesse, c’est de ralentir une fois arrivé. Si l’on veut se contenter de prendre une ou deux photos « en passant » ce n’est pas grave mais si l’on veut observer davantage ou même rester dans le système, c’est plus difficile. Peut-être faudrait-il une double voile ? L’une recevrait l’impulsion initiale et la seconde, qui lui serait juxtaposée dos à dos, étant orientée vers l’étoile de destination, recevrait sa lumière, de plus en plus puissante en l’approchant, ce qui permettrait de ralentir la sonde jusqu’à ce qu’elle puisse se faire capturer par la force gravitationnelle de l’étoile voisine.

Il faut bien reconnaître que pour le moment, il n’y a pas de bonnes solutions à notre incursion dans ce système lointain malgré sa proximité relative, mais nous ne devons pas désespérer. Le passé nous a montré à de multiples reprises que l’impossible d’une époque devenait le possible d’une autre. Restons donc confiant dans l’avenir.

S’il se confirmait que nous ne puissions aller physiquement dans le domaine d’Alpha-Centauri en un nombre raisonnable d’années pour le voyageur, je pense qu’un jour nous devrions y envoyer des sondes qui y parviendront après un nombre acceptable de décennies. Et je voudrais, au-delà des observations que nous pourrons faire, que nous jetions dans ce nouveau monde « une bouteille à la mer ». Il s’agirait de faire plus que ce qu’a voulu Carl Sagan avec son disque d’or qu’il a confié en 1977 aux sondes Voyagers (« Voyager Golden record ») et qui se trouvent aujourd’hui à 153,7 UA (V-1) et à 126,7 UA (V-2). Ce pourrait être une stèle comme celles que les rois-des-rois assyriens ou perses faisaient sculpter avant notre ère au flanc des montagnes pour s’adresser aux générations futures et qui ont suscité l’admiration chez tous ceux qui se sont intéressés à notre passé lointain. On ne sculpterait plus dans la pierre, bien sûr, mais on pourrait construire des parallélépipèdes, bourrés d’information, équipés de « Pierre de Rosette » (autant que possible !) et d’outils de communication, comme les « monolithes » que l’on contemple avec crainte et respect dans « 2001 Odyssée de l’Espace » de Stanley Kubrick et Arthur Clarke. On les enverrait flotter dans l’espace à bonne distance de l’étoile de chacun des systèmes. Ces stèles des temps modernes conserveraient notre mémoire, ce que nous avons été, les hauts faits que nous avons accomplis, la quintessence de la beauté que nous avons créée à travers nos œuvres dans les divers domaines réceptifs à nos sens, l’expression des sentiments qui auront inspiré nos passions. Ils pourraient tout dire de ce dont nous avons été fiers à ceux qui éventuellement les trouveraient. Ainsi, dans cette espérance, quand nous mourrons nous ne serions pas totalement morts.

D’ailleurs nous pourrions envoyer d’autres monolithes dans les autres systèmes voisins, même s’ils ne sont centrés que sur des naines-rouges puisqu’elles pourraient elles aussi être explorées par « d’autres ». Comme chaque étoile que nous côtoyons aura sa propre route autour du centre galactique, elles porteraient notre message un peu partout dans la Galaxie, peut-être à personne, peut-être à quelqu’un. Nous pourrions même les laissez flotter en dehors de tout système stellaire, à la vitesse moyenne de rotation (LSR) comme cet ‘Oumouamoua qu’Avi Loeb a pensé être un objet artificiel servant au minimum de balise. Imaginez si nous trouvions un tel objet ? Quelle extraordinaire révélation ; que leurs auteurs aient disparu corps et bien depuis des millions d’années ou non et même s’ils nous étaient devenus totalement inaccessibles car distants de plusieurs centaines ou milliers d’années-lumière !

Dans un premier temps, j’ai eu presqu’envie de dire comme Guillaume le Taciturne, « il n’est pas nécessaire d’espérer pour entreprendre ni de réussir pour persévérer ». Mais je ne pense pas qu’il faille être aussi pessimiste car il y a « espoir » (même si celui-ci repose largement sur « souhait » et « désir ») porté par « volonté », et il y a « réussites » (même si les technologies nécessaires sont encore largement « brumeuses »). Et maintenant je dirais plutôt, « faisons sans attendre ce que nous pouvons, rien que ce que nous pouvons mais tout ce que nous pouvons ». Cela commence par aller sur Mars, dès demain. Si nous ne le faisons pas, nous renoncerions à l’espace. Si nous le faisons, nous nous engagerions à tenter d’aller plus loin un jour et nous nous entrainerions pour réussir. Nous aurions fait un « bout de chemin » et cela sera autant de moins à accomplir, pour les générations futures.

Illustration de titre: le monolithe de 2001 Odyssée de l’Espace, Capture d’écran du film de Stanley Kubrick…une de nos bouteilles à la mer possibles. Le monolithe est très sombre car il a besoin de toute l’énergie de son environnement.

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Dirigeable martien

Avec Claude Nicollier, j’ai accompagné l’année dernière un étudiant en master de l’EPFL, Roméo Tonasso, et deux jeunes femmes ingénieures spatiales, Laurène Delsupexhe et Alice Barthes, membres de l’organisation WoMars, pour étudier la faisabilité d’un dirigeable martien. Nos jeunes amis ont ensuite, en juin dernier, présenté leur travail au GLEX 2021 de Saint Petersbourg (conférence mondiale organisée par l’Institut Aéronautique Internationale et Roscosmos). L’EPFL Space Center, eSpace, a invité le petit groupe à faire une présentation actualisée de ce travail ce 27 Septembre, de 17h15 à 18h15. Compte tenu des circonstances sanitaires et parce que de ce fait les pratiques changent, la présentation aura lieu par ZOOM. N’hésitez pas à participer :

https://espace.epfl.ch/event/espace-webinar-can-an-airship-explore-mars-by-romeo-tonasso-alice-barthe-laurene-delsupexhe/

Inspiration4, premier vol d’un albatros dans l’espace

Ce 16 septembre*, la société d’Elon Musk, SpaceX, a lancé avec succès le premier voyage dans l’espace à objet purement touristique. C’est « une première » bien différente des petits sauts en altitude effectués par Richard Branson le 11 juillet puis de Jeff Bezos le 20 juillet. C’est aussi le début d’une entreprise de rentabilisation d’équipements qui doivent permettre d’aller pour moins cher à la surface de la Lune et surtout, aussitôt que possible, sur Mars.

*aux Etats-Unis le 15 septembre. NB: cet article a été également publié sur le site de contrepoints.org (journal libéral d’actualité en ligne) qui en avait fait la commande.

Richard Branson et Jeff Bezos n’ont « séjourné » en altitude, au-dessus de la maintenant fameuse « ligne de Karman » qui marque la limite entre le domaine de l’aviation et l’espace, que trois ou quatre minutes. Et encore, si l’on peut dire que c’est bien le cas pour Jeff Bezos, ce n’est pas tout à fait vrai pour Richard Branson qui a utilisé une définition ancienne et aujourd’hui un peu abusive de cette ligne. Toujours est-il que 50 miles (environ 80 km) pour le premier et 107 km pour le second, c’est vraiment un minimum. L’ingénieur et physicien hongro-américain Theodore Von Karman (décédé en 1963) estimait que la limite devait être déterminée par une densité de l’atmosphère ne pouvant plus permettre un contrôle aérodynamique des aéronefs. Cette limite est bien évidemment floue car largement dépendante de la technologie ; elle a fluctué entre 80 et 100 km. Aujourd’hui, une meilleure définition pourrait être 150 km, c’est-à-dire l’altitude à partir de laquelle un tour de la Terre n’est pas possible sans propulsion (en raison du freinage de l’atmosphère résiduelle).

Avec SpaceX, on entre dans la « cour des grands » puisqu’il s’agit de tourner autour de la Terre à 575 km d’altitude (apogée), c’est-à-dire bien au-dessus des 420 km de la Station Spatiale Internationale (ISS) et encore au-dessus des 540 km du télescope Hubble. Là-haut on est vraiment dans le domaine que les hommes de l’astronautique appellent LEO (Low Earth Orbit), celui où évoluent les vaisseaux qu’ensuite on envoie dans l’espace profond. Cette altitude a un gros avantage, elle permet une orbite stable. Une fois qu’il y est placé, un satellite peut sans problème tourner plusieurs jours sans propulsion autour de la Terre. C’est exactement ce que va faire la capsule Dragon « Resilience » de SpaceX qui va orbiter pendant 72 heures. Cela va en faire des « tours du monde » (avec levers et couchers de Soleil), puisqu’à cette altitude on parcourt une orbite en 90 minutes (à la vitesse de 28.000 km/h) ! Jules Verne n’aurait jamais imaginé une telle prouesse ! A leur retour, après tous ces km parcourus, les astronautes ne seront pas dépaysés car ils seront tout près de leur point de départ. En effet ils ont décollé de Cap Canaveral en empruntant la magnifique et futuriste tour d’accès utilisée par les passagers pour l’ISS et reviendront dans l’Océan, un peu au large de la côte du même état (Floride), donc peut-être un peu mouillés (les Américains parlent joliment de « splash down »).

Sur le plan technique rien de bien difficile pour SpaceX puisque trois capsules capsule Dragon (Resilience, Endeavour et CRS-23) sont déjà allées et revenues de l’ISS, les deux premières avec équipage. Resilience était en charge du premier vol, que l’on a appelé « Crew-1 ». Par ailleurs, il n’y aura pas de manœuvre de docking (arrimage) à l’ISS, ce qui est toujours « délicat » bien qu’on l’ait pratiquée de nombreuses fois (si on accélère on s’élève, si on freine on redescend !). Le lanceur était également une fusée qui n’a plus à faire ses preuves puisqu’il s’agissait d’un « Falcon-9 block-5 », lanceur de puissance moyenne (ce n’est pas le Falcon Heavy, ni bien sûr le Starship) composé de deux étages, le « B1062 », qui a déjà volé deux fois. Car, vous l’avez compris, la capsule et le lanceur sont réutilisables donc moins cher et…moins polluants que les fusées concurrentes (notamment hélas, les européennes d’Arianespace !). Bon ! Le carburant n’est pas très « propre » puisqu’il s’agit de kérosène (qui brule dans de l’oxygène) mais on ne fait pas (encore) de vols de ce type tous les jours et l’impact environnemental est, de ce fait, microscopique !

Que vont faire les quatre touristes pendant le vol (NB: SpaceX les qualifie de “civilians”). Certainement pas grand-chose (même si on leur a trouvé des occupations gadgets) mais ils vont bien profiter de la vue et du spectacle de la Terre, énorme bulle bleue et vivante de toutes les lumières de la civilisation, en contraste avec le disque lumineux et mort de la Lune, les deux se détachant avec une netteté inconnue au sol (puisque « coconnée » ou si l’on vent « adoucie » par notre atmosphère) sur le ciel noir parsemé de tous les petits brillants des étoiles. En effet, astucieusement, SpaceX a remplacé le système de docking placé dans le nez de la capsule (qui s’ouvre en pivotant sur une charnière), par un dôme de verre magnifique, d’une seule pièce, auquel les astronautes ont accès à deux ou trois à la fois (car bien que le plus grand de son genre, il ne fait que 80 cm de diamètre). Ce dôme complète donc les deux hublots latéraux qui ont bien sûr été maintenus. Car il faut bien noter que Resilience volera encore et sans doute retournera-t-il jusqu’à l’ISS ; il suffira de remplacer le dôme par l’équipement de docking qui a été soigneusement conservé.

Petit bémol pour le tourisme, les radiations. A cette altitude on est moins protégé que plus bas et mon ami l’astronaute suisse Claude Nicollier, qui est, comme chacun sait, celui qui a physiquement sauvé Hubble de sa myopie en venant lui poser « des lunettes » en 1993, m’a raconté que pendant qu’il travaillait en dehors de la Navette à cette réparation délicate, il a ressenti plusieurs fois une sensation d’éclair dans les yeux, effet du passage de ces radiations. J’espère que les passagers n’en garderont pas un mauvais souvenir. De toute façon sur une durée de trois jours ils n’ont aucun souci de santé à ce faire pour cette raison.

Avec ce premier séjour touristique dans l’espace on entre vraiment dans la marche vers la rentabilisation des vols annexes de SpaceX. J’emploie le terme « annexe » car le but d’Elon Musk est d’aller sur Mars. Ces vols (sans parler du séjour) vont coûter d’autant plus cher qu’ils seront rares car on ne peut partir vers Mars que pendant un mois tous les 26 mois (fenêtre de lancement résultant de l’évolution différente des planètes l’une par rapport à l’autre sur leur orbite) et que le retour ne pourra être achevé que 30 mois après (même type de contrainte au départ de Mars). Ceci veut dire que des vaisseaux partis au mois « n » ne pourront être réutilisés une deuxième fois pour un départ pendant la fenêtre suivante (n+26). Donc on devra pouvoir disposer de beaucoup de vaisseaux pour peu de vols et il faudra trouver des utilisations en période de non utilisation pour Mars. NB : je parle ici des futurs Starships, mais l’économie de SpaceX forme un tout. Ces utilisations seront évidemment la desserte de l’ISS (tant qu’elle existera !) mais ce pourra être aussi des voyages vers la Lune ou des voyages ultra-rapides pour aller d’un point du globe à une destination diamétralement opposée (New-York – Sydney), ou des vols touristiques du type d’Inspiration4. Un jour on pourra avoir une station spatiale établie autour d’un point de Lagrange terrestre (L5 ?), comme le magnifique double tore de 2001 Odyssée de l’Espace, où des personnes, forcément « aisées », viendront passer leurs vacances loin des tumultes de la Terre pour quelques dizaines de milliers de dollars par personne (avec sans doute des forfaits « famille » ou « lune de miel »). Les prix dépendront de l’offre et de la demande et j’espère que la société SpaceX pourra dégager une belle marge car elle en aura besoin !

A noter que pour ce vol inaugural le contributeur principal est Jared Isaacman, fondateur, actionnaire principal et CEO de « Shift4Payments » une société de traitement de paiements en ligne américaine, très prospère. C’est le commandant de bord car c’est le principal financier de la mission et un pilote très expérimenté. Sian Proctor est, elle, la pilote en titre. Il en faut car il y aura quand même quelques manœuvres à faire une fois en orbite, ne serait-ce que les corrections d’attitude mais aussi l’engagement dans la descente vers la surface de la Terre, le largage du module de service puis le déploiement des parachutes. Deux passagers sans aucune compétence « aéronautique » les accompagneront, une assistante médicale de l’hôpital pour enfants, Saint Jude, Hayley Arceneaux, et Chris Sembroski un vétéran de l’US Air Force, spécialiste du traitement de données informatiques. Ces deux-là sont des invités qui n’ont pas payé leur place. La présence de Hayley se justifie car elle est rescapée d’un cancer qu’elle a eu pendant son enfance et la mission va servir à lever des fonds pour son hôpital qui est spécialisé dans les cancers pédiatriques.

Le vol Inspiration4 me fait un peut penser à celui de l’Albatros, cet oiseau gigantesque et plus puissant que les autres qui parcoure des milliers de km sans jamais se poser. A côté de lui les petites incursions en altitude de Virgin Galactics ou de Blue Origin sont des vols de mouette.

Illustration de titre: Inspiration4 en orbite. Vue d’artiste de la capsule Resilience en orbite. Le nez est ouvert laissant voir le dôme qui permettra aux passagers d’admirer le spectacle du ciel. Crédit SpaceX.

Illustration ci-dessous: Mission terminée. Tout s’est bien passé. Le dernier passager, Jared Isaacman, est sorti de la capsule Resilience, ce 19 septembre à 01h55. Il est ici à bord du bateau envoyé en mer pour la récupération. Capture d’écran SpaceX.com.

L’apparente immobilité de notre environnement stellaire n’est qu’illusion. Tout évolue, continument

Notre environnement stellaire n’est pas statique. Il évolue continument en dépit des apparences car l’échelle de temps du mouvement des astres qui nous entourent est dans une autre dimension que celle de notre très courte vie. Les étoiles dont nous observons les lumières que l’on dit immuables dans le ciel, sont, comme notre Soleil, entrainées dans une ronde sans fin autour du centre de notre Voie Lactée distant de quelques 25.754 années-lumière, « AL » (mesure du télescope Gaïa). Et quoique prises dans un mouvement général irrésistible, elles ont chacune une variante de trajectoire en fonction de leur histoire.

Au sein de notre système-solaire, nous sommes ainsi à bord d’une sorte de vaisseau spatial qui « toutes voiles déployées » fonce sur son orbite à la vitesse de 239 +/- 9 km/s (mesure Gaïa) et se retrouvera à peu près au même endroit dans une année galactique, soit 230 millions de nos années terrestres. Nous aurons alors perdu de vue depuis très longtemps les systèmes stellaires aujourd’hui voisins. Ces autres vaisseaux, que nous commençons à connaître relativement bien puisque nous naviguons de concert, auront suivi leur propre route, chacun ayant sa vitesse propre (le Soleil va un peu plus vite que la moyenne que l’on appelle le « Local Standard of Rest », « LSR ») et sa trajectoire propre, plus ou moins sinusoïdale, en dessus, au milieu ou en dessous du très fin disque galactique (2.500 AL d’épaisseur sur, au moins, 100.000 AL de diamètre).

C’est dans cette perception dynamique que je veux vous entrainer cette semaine.

Actuellement nos plus proches voisines sont, dans l’ordre d’éloignement du Soleil : Proxima-Centauri (4,24 années-lumière, AL), naine-rouge ; Alpha-Centauri A et B (4,3 AL) naine-jaune et naine-rouge ; l’Etoile de Barnard (5,96 AL), naine-rouge ; Wolf 359 (7,79 AL), naine-rouge ; Lalande 21185 (8,3 AL), naine-rouge ; Luyten 726-8 (8,4 AL), naine-rouge ; Sirius A et B (8,6 AL), étoile-blanche-de-la-Séquence-principale et naine-blanche ; Ross 154 (9,4 AL), naine-rouge ; Ross 248 (10,33 AL), naine-rouge ; Epsilon-Eridani (10,8 AL), naine-jaune de type solaire, sans doute très jeune (disques de poussière, gaz, astéroïdes, abondants en orbite).

Regardez le graphe en illustration de titre. Pendant encore 33.000 ans, le triple système d’Alpha-Centauri restera le système stellaire le plus proche du nôtre et il continuera à se rapprocher. Dans 25.000 ans, au plus près, il sera à seulement 3,2 AL (mais on ne va pas attendre aussi longtemps pour y aller…du moins je l’espère !). Vous remarquerez la ligne horizontale en bas du graphe qui indique la distance du Soleil à l’extrémité de la sphère du Nuage de Oort extérieur, 1,6 AL. Le volume (et la masse !) de cette sphère étant supposé immuable jusqu’à ce qu’une étoile vienne le frôler et en arracher une partie (ce qui s’est sans doute déjà passé et se passera encore), cette ligne ne change pas sur toute la durée de la période considérée (100.000 ans). A noter que le graphe montre l’évolution des distances, non les trajectoires. Toutes ces dernières ont entre elles et avec la nôtre des angles d’incidence différents.

Ensuite, dans 33.000 ans, une autre étoile, Ross 248, s’approchera encore plus. Ce sera celle qui viendra au plus près de nous pendant cette période de 100.000 ans, jusqu’à 3,024 AL, avant de repartir au-delà de Proxima et d’Alpha du Centaure, qui auront commencé à s’éloigner et seront alors à quelques 3,5 AL. Nous serons en 40.000 après JC. Puis une autre étoile, Gliese 445, viendra nous faire une petite visite. Elle s’approchera à 3,4 AL et repartira très vite, un tout petit peu après l’an de grâce 50.000 après JC.

Vers 54.000 ans le système d’Alpha Centauri sera retourné un peu plus loin de nous, à la distance où il se trouve aujourd’hui, avant de nous quitter pour toujours. Mais pendant cette période, l’Etoile de Barnard, Ross 248 et Gliese 445 se seront approchées à moins de la distance actuelle de Proxima Centauri (4,24 AL) et Lalande 21185 n’en aura pas été loin (4,7 AL).

Ce n’est que dans 1,35 millions d’années qu’une naine-orangée ordinaire (0,6 MS), « Gliese 710 » (actuellement encore très loin, à 62 AL), nous apportera une perturbation extrême car elle s’approchera à seulement 13.365 unités astronomiques, « UA » (distance terre/Soleil), soit seulement 0,21 AL avec une incertitude (en plus ou en moins) de 6.250 UA. Elle pénétrera donc profondément à l’intérieur de notre Nuage de Oort, en traversant le Nuage-extérieur et en allant jusqu’au milieu du Nuage-intérieur (mais en passant encore très loin de la Ceinture de Kuiper qui, au-delà de Neptune, s’étend entre 30 et 55 UA). C’est la mission Gaïa qui nous a permis de confirmer et de préciser ce risque. Il n’y a pas de précédent « récent » (dans la dernière dizaine de millions d’années) à cet événement. On peut s’attendre à une pluie de comètes, et d’astéroïdes déstabilisés, dans le temps qui suivra ce passage, dans l’environnement de toutes les planètes du système et singulièrement des planètes du système-interne et de la Terre car les géantes-gazeuses ne nous protégeront pas totalement, loin de là. On estime que le nombre de passages de comètes dans notre environnement proche, sera d’une dizaine par an en moyenne et ce, pendant 3 à 4 millions d’années. Bien sûr toutes ne viendront pas percuter la surface de la Terre, ou de Mars. Mais nous serons dans une période de « roulette-russe » qui pourrait bien marquer la fin de notre civilisation…pour autant qu’elle existe encore bien entendu.

On peut faire beaucoup de chose en 1,35 millions d’années, notamment, au-delà d’une civilisation interplanétaire, tenter de créer une civilisation interstellaire. Pour mémoire, il y a 1,35 millions d’années, les ancêtres de l’homme (mais non encore l’homme) s’étaient séparés de ceux du singe depuis longtemps (divergence évaluée à -7 millions d’années). Nous étions en plein paléolithique et l’évolution des hominines n’avait pas encore abouti à Homo Sapiens (premiers fossiles entre -500.000 et -300.000), notre ancêtre étant alors Homo habilis (premier homme-vrai, il remonte à 2,4 millions d’années). Profitons de cet avertissement très en amont si nous ne voulons pas disparaître (sous notre forme actuelle ou plus vraisemblablement sous celles de nos descendants) !

Pour le « moment », soit les quelques dizaines de milliers d’années à venir, les étoiles qui sont donc les plus intéressantes sur le plan dynamique en fonction de leur proximité, actuelle ou prochaine, sont Proxima et Alpha-Centauri A et B, l’Etoile de Barnard, Ross-248, Gliese-445 et peut-être Lalande 21185 qui cependant ne nous approchera pas à plus de 4,5 AL.

Que peut-on dire de ces astres ?

Tous, à part Alpha-Centauri-A, sont des naines-rouges.

Ces naines rouges sont des étoiles à faible luminosité donc à zone habitable très proche, nettement inférieure à la distance Mercure/Soleil. Elles sont anciennes et elles ont donc une faible métallicité ce qui réduit considérablement les chances chimiques d’y trouver la vie ou de pouvoir y survivre. Ce sont des étoiles éruptives avec des explosions radiatives dans une gamme très ouverte de longueurs d’ondes électromagnétiques, y compris rayons X, et irrégulières dans le temps, ce qui est rédhibitoire pour une installation humaine. Nous n’avons observé à ce jour aucune planète intéressante, c’est à dire qui soit de masse terrestre et située dans la zone habitable. La seule exception, notable, est Proxima-Centauri-b. Mais cette planète est sans doute trop massive pour être une nouvelle-Terre (minimum de 1,3 MT).

Le système stellaire triple d’Alpha-Centauri comprend outre Proxima-Centauri, deux étoiles, Alpha-Centauri-A qui est une étoile de type solaire et Alpha-Centauri-B qui est une « grosse » naine-rouge (0,445 MS). Je vous les ai présentées la semaine dernière. « Laissons tomber » Alpha-Centauri-B et concentrons-nous sur Alpha-Centauri-A puisque que c’est la seule étoile qui est de la catégorie de notre Soleil. Par chance elle dispose d’une masse de matière en orbite dans sa zone habitable, « C1 », pour « Candidat-1 » que je préfère appeler « Polyphème » comme David Cameron dans son film Avatar car c’est une masse importante. Nous disposons de 54.000 ans pour accéder à ses éventuels satellites de masse terrestre ou martienne (« Pandora ») dans les conditions de distance d’aujourd’hui. Ne ratons pas cette opportunité !

Imaginez ! Nous pénétrons ce système, nous l’ensemençons de notre vie et de notre civilisation, et nous nous séparons le moment venu quand nos trajectoire divergent, chacun emportant nos richesses communes et les développant selon son génie propre une fois que les communications étirées par le temps ne seront plus possibles du tout, comme jadis les Polynésiens, génération après génération, quittaient une île pour aller en féconder une autre.

A noter, pour ceux qui sont soucieux de respecter les vies indigènes, que nous observons ces systèmes planétaires proches depuis des années et que nous n’en avons jamais reçu une émission électromagnétique maitrisée, radio ou autre.

Illustration de titre : « Near stars, past and future », https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Near-stars-past-future-fr.svg Evolution des distances entre le Soleil et ses étoiles les plus proches sur une période 100.000 ans (-20.000 à + 80.000).

Référence : perspective d’intrusion de Gliese 710 dans le système solaire : Gliese 710 aa29835-16.pdf

Avec cet article, je suis entré dans la septième année de ce blog. J’ai oublié d’en signaler l’anniversaire la semaine dernière! Le 4 septembre 2015, je publiais en effet mon “ouverture”. Je vous invite à la lire ou relire : https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2015/09/04/bonjour-tout-le-monde/

PS: En ce 11 septembre 2021 j’ai une pensée émue pour les victimes du 11 septembre 2001, date à laquelle notre siècle est entré dans l’environnement de la barbarie islamique. Vingt ans déjà!

N’oublions pas ces pauvres victimes innocentes et n’oublions pas que notre civilisation “occidentale” est précieuse et fragile. Il n’y a aucun “accommodement raisonnable” possible avec l’obscurantisme et la cruauté gratuite. Ne cédons rien de nos valeurs fondées sur la raison et l’humanisme…et ne soyons pas naïfs.

Les étoiles vraiment solaires ne sont pas si nombreuses et les nouvelles-Terres encore plus rares

Nous avons vu les semaines précédentes que dans notre environnement immédiat (moins de 12 AL puis moins de 5 AL) il y a très peu de possibilités de trouver de vraies « nouvelles-Terres » où nous pourrions éventuellement nous rendre et séjourner. Une autre approche, la recherche des étoiles de type solaire les plus proches, nous entraîne plus loin, jusqu’à 200 AL parce qu’à part Alpha-Centauri-A qui présente le gros problème d’avoir une étoile compagne, il n’y en a pas à moins de 12 AL (et qu’il en faut quand même quelques unes pour en discuter). A ces distances, dans l’état actuel de la Science, il n’est pas question de voyage physique, par vols robotiques pas plus que par vols habités. Il ne peut être question que d’observation par télescopes ou capteurs divers. Mais ce sont ces étoiles solaires les plus proches qui sont les plus intéressantes, simplement parce que ce sont les plus semblables à notre propre système et les moins difficiles à observer. Nous ne recherchons plus de Terre(s) sur lesquelles éventuellement nous établir mais de Terre(s) ou d’autres vies auraient pu apparaître et évoluer. N’allons pas plus loin que 200 AL pour avoir quelques chances de « voir quelque chose » qui ressemble à une planète de type terrestre dans l’environnement de ces astres une fois qu’on les aura sélectionnés.

Les étoiles sont classées (« classification de Harvard », 1912) selon leur température (ou plutôt leur type spectral associé à une température), O, B, A, F, G, K, M. Un chiffre arabe allant de 0 à 9 est ajouté pour préciser cette température dans chaque catégorie et enfin un chiffre romain allant de I à V (classification MKK de Yerkes), pour préciser la taille (à partir de la gravité de surface). Le Soleil est une étoile « G2V » (température de surface 5.778 K). La classification est évidemment évolutive en fonction des progrès de l’observation. Aujourd’hui on a ajouté les « LBV » (variables lumineuses bleues) et les « W » (Wolf-Rayet) avant les « O » et, de l’autre côté (après les naines-rouges « M »), « L », « T », « Y » pour les naines-brunes de plus en plus froides.

Le critère choisi dans cet article est celui des étoiles « GV » c’est-à-dire les étoiles proprement solaires. Bien entendu, j’écarte toujours les étoiles multiples (doubles ou triples) pour les raisons déjà exposées ainsi que les étoiles de métallicité (complexification des éléments chimiques) trop basse ou celles de métallicité trop élevée qui risquent chimiquement de ne pas permettre le processus de la vie et, pour commencer, la présence de suffisamment de poussière dans le disque protoplanétaire pour que des planètes aient pu s’y former. Un autre critère important est celui de l’activité chromosphérique car cette activité va évoluer tout au long de la vie de l’étoile et elle donnera donc une indication sur son âge (et sur le stade possible du développement de la vie, si bien sûr elle a pu commencer).

J’attire aussi l’attention du lecteur sur la synchronicité des évolutions. Notre civilisation « faber » (par référence à « homo faber ») et communicante est toute récente. Aucune émission radio n’est partie de la Terre avant Marconi en 1886 et la première émission radio régulière date du 28 mars 1914. C’est-à-dire que dans notre environnement spatial, aucune étoile située à plus de 135 AL ne peut savoir qu’une civilisation faber et communicante s’est développée sur Terre, tout simplement parce qu’elle n’a pas pu encore recevoir d’émission radio d’apparence artificielle. Par ailleurs, une planète de type terrestre dans la zone habitable d’une étoile de type solaire pourrait avoir dépassé le stade où elle pourrait émettre quoi que ce soit parce que la vie a disparu de sa surface. En l’absence de signal, on ne peut évidemment savoir non seulement si la vie va se développer si les conditions favorables sont remplies, mais encore si cette vie a déjà commencé sa phase communicante mais que la communication n’a pas eu le temps de parvenir jusqu’à nous, ni non plus si cette phase communicante ne s’est pas déjà terminée.

Certains signes observables par des moyens astrophysiques dans l’atmosphère d’une planète (présence d’oxygène libre par exemple), peuvent témoigner d’un processus semblable à celui qui chez nous à conduit à la vie intelligente mais la vie dont cet oxygène témoignerait peut très bien n’être que celle de l’équivalent de nos cyanobactéries, ou plus exceptionnellement de l’équivalent de nos méduses, ou plus exceptionnellement de nos dinosaures, ou plus exceptionnellement de nos chiens ou singes.

Quoi qu’il en soit, il n’y a, à ce jour, aucun signe qu’une éventuelle autre vie ait abouti ailleurs que sur Terre au stade de faber et communicante. C’est donc dans cet état d’esprit intéressé mais prudent que je vais vous parler de la géographie des possibles.

On a aujourd’hui trois listes d’étoiles candidates. Dans l’ordre croissant de ressemblance au Soleil, on parle d’« étoiles de type solaire », d’« étoiles analogues au Soleil » ou d’« étoiles jumelles du Soleil ». Ce sont évidemment ces dernières qui m’intéressent de prime abord. Elles peuvent être nées dans le même « cluster » que le Soleil ou non ; ce sont les similarités ou les différences avec le Soleil qui comptent.

Pour déterminer les « jumelles », les critères suivants sont retenus : (1) températures, avec une marge de 50 K de fluctuation par rapport à celle du Soleil ; (2) métallicité allant de 89 à 112% de celle du Soleil ; (3) absence d’étoile compagne ; (4) âge proche de celui du Soleil à un milliard d’années près.

Dans un rayon de 200 AL, il n’y a que deux étoiles, HD143436, qui se trouve à 141 AL, et YPB 1194, qui se trouve à 2.772 AL, qui satisfassent à toutes ces contraintes mais quatorze autres en sont assez proches (différences un peu plus grandes en métallicité et/ou en âge). La plus proche est 18 Scorpii qui se trouve à 45,1 AL. C’est une « G2V » d’une température de 5.433K et d’une métallicité de 0,03% inférieure à celle du Soleil. Son seul « problème », si l’on peut dire, est qu’elle est beaucoup plus jeune, seulement 2,9 milliards d’années contre 4,6 pour le Soleil. Nous avons 10 autres étoiles dans une sphère de ce même rayon (donc douze avec 18 Scorpii et HD143436).

Bien entendu nous ne savons toujours pas si l’une de ces étoiles contrôle une planète de la masse de la Terre dans sa zone habitable ou si l’existence de jupiter-chaud ou de superterre l’ont exclue.

Pour reprendre l’argument des 135 ans d’émissions radio parties de la Terre depuis Marconi, seulement 8 des jumelles solaires ont pu recevoir la première émission et une seule, 18 Scorpii, a eu le temps de réagir (45 ans) pour que nous puissions avoir reçu sa réponse (la jumelle suivante la plus proche est à 88 AL). A supposer bien sûr que les hypothétiques habitants de ce système aient disposé de l’équivalent de notre programme SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) il y a 45 ans et qu’ils aient pu capter l’émission de Marconi.

Les conclusions qu’on peut en tirer c’est que cet éloignement et cette rareté sont de bonnes raisons pour que nous n’ayons pas encore reçu de signaux extraterrestres. Comme dit plus haut, absence de signaux ne veut pas dire absence de vie, ni même de vie intelligente et communicante. Simplement cet état de fait met en évidence la faible probabilité de nouvelle-Terre et la très grande difficulté de capter des signaux qui en proviendraient. Continuons à observer bien entendu mais arrêtons de dire à chaque fois que l’on repère une exoplanète (plus de 4000 aujourd’hui) que l’on a « peut-être » trouvé une « nouvelle-Terre ». Jusqu’à présent cela est faut. La répétition est devenue très agaçante (de mon point de vue) et elle est totalement contre-productive sur le plan de la communication.

Illustration de titre : la Terre et le Soleil. Image et crédit NASA

PS :

J’ai peut-être été un peu trop prudent en limitant mon intérêt aux étoiles strictement « jumelles » du Soleil. On peut concevoir de l’étendre aux étoiles « analogues » ou même aux étoiles de « type » solaire, ce qui augmenterait la population d’une trentaine d’étoiles. La motivation du choix étroit est de se donner plus de chances de trouver une planète « vivable » dans l’environnement de l’étoile, étant données les contraintes très fortes à l’intérieur desquelles une évolution à partir de la matière inerte vers la vie semble possible. Mais on peut combiner ce premier choix avec une étude systématique des étoiles les plus proches de type F,G,K, centrée sur les « G », en éliminant quand même les étoiles de vie courte, de catégories « A » et au-dessus, ou les naines-rouges « M » et au-dessous pour les raisons évidentes déjà mentionnées.

De toute façon les « chasseurs d’exoplanètes » ne sont pas sectaires et l’astronomie ne se limite pas à la recherche de nouvelles-Terres mais vise à accroître l’étendue de notre Connaissance afin d’atteindre une meilleure compréhension de notre Univers !

A-t-on une chance de trouver une nouvelle-Terre dans notre environnement le plus proche ?

Les deux semaines précédentes j’ai évoqué les 33 systèmes stellaires qui évoluent dans le rayon d’une douzaine d’années-lumière de notre Soleil, c’est-à-dire les étoiles les plus proches de nous, celles que nous avons le plus de chance de mieux connaître et un jour peut-être d’atteindre.

Sur ces 33 systèmes j’ai éliminé les 2 centrés sur des étoiles blanches et les 26 centrés sur des étoiles naines-rouge. J’ai ensuite souligné les particularités défavorables des étoiles doubles, des jupiters-chauds et des super-terres. Ces éliminations ont été faites dans le but de focaliser notre intérêt sur les systèmes les plus susceptibles de pouvoir comprendre une « nouvelle-Terre ». Je voudrais cette semaine réfléchir sur eux avec vous.

Après exclusions, il nous reste donc à examiner de plus près les étoiles de type solaire ou d’une masse légèrement inférieure, les « naines-orangées », également intéressantes car plus stables que les naines-rouges et d’une masse permettant à leur zone habitable de se situer assez loin de leur source de radiations.

Nous avons dans notre environnement trois naines-jaunes et quatre naines-orangées donc, à ce stade, sept systèmes stellaires « candidats ». Regardons les capacités de chacun à l’habitabilité réelle. Nous disposons pour ce faire de données encore insuffisantes du fait que ces petites planètes sont difficiles à « voir » mais nous pouvons aujourd’hui approcher la réalité mieux que nous ne l’avons fait jamais.

Alpha Centauri

Le système le plus proche (4,39 AL) est le couple Alpha-Centauri-A (0,945 MS, naine-jaune) et Alpha-Centauri-B (0,445 MS, naine-rouge mais presque orange). Notez bien qu’elles sont différentes de la petite naine-rouge, Proxima-Centauri (0,123 MS) qui leur est liée gravitationnellement mais qui en est éloignée de 13.000 UA. Avec ce couple A et B, on se retrouve dans une configuration d’étoile double qui, comme exposé la semaine dernière, me semble peu propice à la présence d’une nouvelle-Terre. Mais comme ce sont deux étoiles de masses situées dans notre cible et que leur système est le plus proche du nôtre, on ne peut les éliminer d’emblée.

Que nous offre ces étoiles ? Les deux orbitent entre elles en 80 ans et leur distance varie de 11,2 UA (équivalent à la distance Soleil/Saturne) à 35,6 UA (un peu plus que la distance Soleil/Neptune). Une masse se situant entre celle de Neptune et la moitié de celle de Saturne, orbite autour d’Alpha-Centauri-A à une distance de 1,1 UA (« C1 » pour « Candidate 1 » ou « Polyphème » pour David Cameron dans son célèbre film « Avatar »). C’est une situation idéale mais on n’est pas certain que cette masse soit agrégée en planète (ce qui serait compréhensible du fait de l’instabilité de la matière entre les deux étoiles) et si elle l’était, elle serait largement trop massive. En effet, comme vous vous en souviendrez, les super-terres pas plus que les jupiters-chauds ou les mini-neptunes ne sont a priori des nouvelles-Terres. Mais elles peuvent avoir des lunes qui, elles, comme l’hypothétique « Pandora » (toujours Avatar !), pourraient l’être !

61 Cygni

Le système 61 Cygni est à 11,43 AL. C’est encore une étoile double ! Elle comprend deux naines-orangées de 0,60 et 0,63 MS. Celles-ci sont distantes de 90 UA, ce qui laisse une certaine place entre elles pour des planètes et une Ceinture de Kuiper (la nôtre évolue de 30 à 55 UA) d’autant que la masse de chaque étoile étant plus petite, leur zone d’attraction est plus faible et leur Ceinture de Kuiper plus proche. Cependant leurs nuages de Oort ne disposent pas de « la place » nécessaires pour être séparés. Les implications pourraient être négatives.

Du fait de certaines irrégularités d’orbite de 61-Cygni-B, il y a possibilité d’une planète autour d’elle mais à ce jour, la planète n’a pas été localisée et elle devrait plutôt avoir une grosse masse, bien supérieure à celle de la Terre et elle serait en dehors de la zone d’habitabilité.

Y aurait-il quelque chose de plus petit, plus près ? Nous ne le savons pas mais si c’était le cas, la forte variabilité de l’activité de 61 Cygni B constituerait un facteur négatif pour un séjour humain, d’autant que la zone habitable est proche de l’étoile (0,24 à 0,50 UA).

Epsilon Eridani

Epsilon-Eridani est à 10,50 AL. C’est une petite naine-jaune d’une masse de 0,85 MS et cette fois, c’est une étoile sans compagnon.

L’abondance de poussière tendrait à signaler un système jeune, toujours en formation. Trois planètes sont possibles, Une première (« Epsilon-Eridani-c ») de quelques petits dixièmes de masse joviennes, à environ 35 UA (« chez nous » elle serait au-delà de Neptune) ; une deuxième (« Epsilon-Eridani-b ») de masse jovienne, à environ 20 UA ; une troisième (« Epsilon-Eridani-a ») de 0,86 Mj, avec une orbite très excentrique allant de 0,6 à 3,4 UA (distance Soleil/Ceinture d’Astéroïdes 2,8 UA).

Donc une seule planète passe par la zone habitable mais elle est trop grosse et elle a une orbite trop excentrique. Et si on envisageait une lune de cette dernière, elle serait, de ce fait, soumise à des variations environnementales énormes.

Epsilon Indi

Epsilon-Indi est à 11,83 AL. C’est une naine orangée de 0,77 MS. L’étoile principale, Epsilon-Indi-A contrôle une planète Epsilon-Indi-Ab de plus de 3,25 masses joviennes (confirmée en Octobre 2019). Elle est « assortie » de deux naines brunes, étoiles avortées, doubles (distantes entre elles de seulement 2,5 UA), qui orbitent autour d’elle à quelques 1500 UA et d’une masse de 28 et 47 masses joviennes (respectivement 0,027 MS et 0,045 MS). Ce sont plutôt de très grosses planètes satellites que des concurrentes gravitationnelles (les naines brunes ont une masse de 13 à 75 masses joviennes soit de 0,01 à 0,07 MS).

A la distance où ces naines brunes se trouvent d’Epsilon-Indi-A, elles devraient pouvoir cohabiter du fait de leur sphère d’influence (sphère de Hill) limitée, avec quelques « vraies » planètes plus proche de l’étoile mais la seule observée, Epsilon-Indi-Ab, est extrêmement éloignée de la zone habitable (11,6 UA soit plus loin que la distance de Saturne -9,54 UA- et l’énergie reçue, l’irradiance, est égale à celle d’Uranus compte tenu de la masse de l’étoile). Pour le moment nous n’avons aucune indication de planète de type terrestre évoluant dans la zone habitable de l’étoile.

Tau Ceti

Tau-Ceti, distante de 11,90 AL est la dernière candidate. C’est une naine-jaune de 0,81 MS. Sa faible teneur en fer indique qu’elle est beaucoup plus vieille que le Soleil (estimation 10 milliards d’années soit plus du double de son âge). Sa zone habitable (fonction de la masse de l’étoile) est située entre 0,55 et 1,16 UA. Elle est entourée d’un disque de débris nettement plus important que celui du système solaire. On a identifié 4 possibilités de planètes telluriques mais aucune ne semble une nouvelle-Terre possible. Tau-Ceti-e est une superterre, de 4,29 MT orbitant à 0,55 UA ; elle est plus une planète du type de Vénus (en cas d’atmosphère proche de celle de la Terre, la température moyenne au sol serait de 68°C). Tau-Ceti-f est également une superterre, de 6,67 MT ; située à 1,35 UA, elle est nettement plus martienne que terrestre (pour ce qui est de l’irradiance). De plus il y a un problème général sans doute rédhibitoire, l’âge du système. La faible métallicité qui en résulte implique une insuffisance des éléments chimiques nécessaires à la vie et sans doute des difficultés graves pour un séjour humain prolongé.

Comme vous le voyez, pour le moment pas d’enthousiasme !

Mon pessimisme repose sur plusieurs hypothèses que je pense solides : l’impossibilité de conditions semblables à celles de la Terre dans les systèmes de naines-rouges ou d’étoiles multiples et bien sûr d’étoiles à cycle de vie court (blanches et géantes). Il reste quand même deux possibilités : 1) celle de découvrir une planète de masse terrestre dans la zone habitable d’Epsilon Indi ; 2) celle de découvrir une lune de masse terrestre ou martienne orbitant autour d’une géante gazeuse (une Pandora orbitant une Polyphème) située dans la zone habitable d’Alpha-Centauri-A. A noter que je n’ai pas évoqué Proxima-Centauri-b, la planète qui orbite dans la zone habitable de Proxima Centauri, bien qu’elle ait une masse assez proche de celle de la Terre (minimum environ 130%). La raison? C’est une planète de naine-rouge et elle est probablement d’une masse trop importante pour servir un jour de « nouvelle-Terre ». Cela n’exclut pas qu’on l’étudie.

Pour terminer sur les distances, je rappelle qu’il faudrait 20 ans à la vitesse de 20% de la vitesse de la lumière pour atteindre Alpha Centauri et 55 ans pour accéder au système de Tau Ceti. Comme par ailleurs il est moins qu’évident de pouvoir atteindre cette vitesse et ce d’autant plus que la masse de notre vaisseau serait importante, le projet d’aller visiter physiquement nos proches voisines reste encore largement un rêve. NB : je prends cette vitesse comme « étalon » tout en ayant bien conscience de la difficulté de l’atteindre car c’est la vitesse qu’espèrent les promoteurs de Breakthrough Starshot pour la flotte de voiles photoniques de masse unitaire de 2 grammes qu’ils veulent envoyer vers Proxima Centauri. Pour ce qui est de la communication par ondes, on mesure aussi la difficulté posée par la distance puisqu’un échange par télécommunication avec une sonde dans l’environnement d’Alpha Centauri mettrait près de 9 ans et dans celui de Tau Ceti, près de 24 ans, aller et retour bien sûr…après que la sonde soit arrivée sur place !

Même si l’espoir est ténu, une de nos priorités en tant qu’hommes reste de rechercher par tous les moyens dans des systèmes aussi proches que possible (irait-on jusqu’à 15 années-lumière ?), la présence d’un socle planétaire sur lequel nos descendants pourraient un jour se poser. Les premiers critères à sélectionner doivent être la gravité, la luminosité (donc aussi la température) et l’eau. La localisation en « zone habitable » n’est pas suffisante.

Illustration de titre: le système d’Epsilon Eridani. Vue d’artiste, crédit NASA (PIA11365).

illustration ci-dessous: Vue d’artiste du système stellaire d’Alpha Centauri. Crédit ESO/L. Calçada/N. Risinger — ESO, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23163877:

liens:

Stellar and substellar companions of nearby stars from Gaia DR2, par Pierre Kervella et al. in Astronomy & Astrophysics manuscript no. Nearby-PM-v5r1-arXiv, 11 février 2019, copyright ESO.

Epsilon Eridani  Backman_2009_ApJ_690_1522.pdf

lien: Stellar and substellar companions of nearby stars from Gaia DR2, par Pierre Kervella et al. in Astronomy & Astrophysics manuscript no. Nearby-PM-v5r1-arXiv, 11 février 2019, copyright ESO.

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Une planète orbitant une étoile de type solaire n’est pas forcément une nouvelle Terre

Je vous parlerai cette semaine des conditions nécessaires pour qu’animés par l’objectif de trouver de « nouvelles-Terres », nous puissions nous intéresser à nos proches voisines de type solaire.

Une fois exclues de nos cibles prioritaires les étoiles géantes, les étoiles blanches de la Séquence-principale et les naines-rouges, il nous reste en effet à considérer les naines-jaunes (0,8 à 1,2 masses solaires « MS ») et les naines-orangées (0,5 à 0,8 MS).

Mais avant de vous présenter en détails la semaine prochaine les systèmes planétaires dont nous disposons dans la réalité, je voudrais évoquer, toujours en restant dans le cadre des étoiles de type solaire, le cas des étoiles doubles ou triples puis le cas des jupiters-chauds et enfin celui des super-terres qui sont probablement également des causes d’exclusion de notre liste de systèmes planétaires abritant de potentielles nouvelles-Terres ou de nouvelles-Terres elles-mêmes.

A noter tout de suite que, dans l’observation, nous avons malheureusement un biais en défaveur des planètes telluriques de type terrestre orbitant ces étoiles de type solaire car elles sont très petites relativement à leur étoile et que leur influence sur cette étoile est très peu visible et extrêmement fugace, contrairement aux grosses planètes ou aux planètes de type terrestre appartenant à un système stellaire de naine-rouge, peu massive. Il faut dire que vu d’un observateur hors de notre système, la Terre atténuerait la lumière solaire de 100 ppm (100 parties par million) pendant seulement 12h00 sur 365 jours. Ceci fait référence à la méthode des transits (atténuation de la luminosité de l’astre par le passage d’une planète entre nous), mais on comprend bien que le même raisonnement peut s’appliquer pour celle des vitesses radiales. En fait, à ce jour, nous n’avons observé aucune planète de ce type même si on peut extrapoler de l’observation d’étoiles plus proches de leur étoile, qu’elles existent bel et bien (probabilité de 5% sur un grand nombre).

Les étoiles doubles

Les étoiles-doubles, comme toute étoile, sont certainement entourées de disques de gaz et de poussière qui éventuellement s’organisent pour partie en planète(s) puisque, lors de l’accrétion, toute la matière du disque protoplanétaire dont elles sont issues ne s’est sûrement pas agglomérée exclusivement au sein de chacune d’elles avant son « allumage ». Se pose donc le problème de cette matière située entre-deux. Elle va dépendre de l’un ou l’autre astre, ou bien passer de l’un à l’autre en fonction de leur rapprochement périodique.

A moins de 200.000 UA (pour une étoile de type solaire), la distance entre les deux ne peut permettre l’évolution de nuages de Oort indépendants (100.000 pour chaque étoile) et à moins d’une centaine d’UA, celle de Ceintures de Kuiper indépendantes (50 pour chaque étoile). Une partie de la matière, celle qui est la plus proche de l’un ou l’autre (« système interne »), va pourvoir s’agglomérer en planète(s) mais sans doute pas la matière plus lointaine tiraillée et cisaillée entre les deux forces gravitationnelles. Il est intéressant de réfléchir non seulement à cette limitation mais aussi aux conséquences de l’instabilité de cette matière plus lointaine, pour les planètes proches de chacune des étoiles, notamment de celle(s) qui se trouvent dans la zone d’habitabilité.

Il est fort probable que cette matière « entre-deux », distante, soit chassée assez rapidement vers les régions les plus basses de chacun des deux systèmes stellaires et s’agglomère aux planètes « internes ». Ceci implique une histoire planétologique beaucoup plus violente que celle que nous avons connue pendant les premières centaines de millions d’années de notre propre histoire. Et plus les étoiles auront un périastre proche, plus le nombre de planètes possibles entre elles sera limité, plus la masse de ces planètes sera importante. Dans ces conditions les nouvelles-Terres sont plus qu’improbables et seuls les jupiters-chauds ou super-terres sont possibles.

Certains ont imaginé des planètes qui formées aux confins des deux systèmes imbriqués auraient une orbite complexe suivant laquelle elles passeraient de l’influence gravitationnelle d’une étoile à celle de l’autre. Pourquoi pas ? Mais le règlage très fin semble improbable et la possibilité que la planète soit une nouvelle-Terre évoluant à l’intérieur de deux zones habitables, encore plus improbable.

Jupiters-chauds

Les jupiters-chauds sont des astres qui ont été fréquemment observés parmi les exoplanètes. Ils semblent résulter d’un processus de migration naturel. La lente descente en dessous de la ligne de glace, par succession d’accrétions, de l’astre le plus gros du système, en fonction de la masse plus importante existant à cette distance et en fonction de la formation d’une planète à cet endroit avant les autres (vers l’étoile). Cette lente descente conduit naturellement à une énorme planète d’apparence gazeuse à la distance de Mercure de son étoile (ou un peu plus bas, là où la descente s’arrête faute de matière à accréter). Cela implique la concentration dans cette énorme boule, de presque toute la matière protoplanétaire sise entre la région d’origine de la planète et la proximité de l’étoile (à proche distance de l’étoile, il n’y a plus de matière à accréter car elle a été chassée par le fort rayonnement de l’étoile en formation). Elle conserve une enveloppe épaisse de « volatiles » en dépit de sa proximité à l’étoile, en raison de la très forte attraction gravitationnelle que sa masse importante génère. Un tel processus pourrait être accentué par la localisation de la matière dans la sphère d’influence gravitationnelle de deux étoiles comme décrit ci-dessus.

Le système solaire est probablement un cas très particulier, théorisé par Alessandro Morbidelli de l’Observatoire de Nice-Haute Provence pour notre Jupiter. Celle-ci a amorcé cette même descente mais a été rattrapé par Saturne pour former avec elle un couple gravitationnel qui a provoqué leur retour commun vers l’extérieur du système après que Jupiter soit parvenu jusque dans la région de la future Mars. Mais ce rebroussement a toutes les chances de ne pas se reproduire fréquemment (il a fallu dans « notre » cas que la masse respective de Saturne et Jupiter et leur distance soient juste ce qu’il fallait et que l’entrée en résonnance 2 pour 3 du parcours de leurs orbites se fasse au bon moment).

Les super-terres

Les super-terres sont des planètes dont la masse se situe entre 5 et 10 masses terrestres (MT); certains la font descendre jusqu’à 2 MT. Plus la planète est massive, plus la chaleur interne qu’elle génère réduit la possibilité de formation d’une croûte épaisse et durable. Et même si cette croûte est d’une épaisseur suffisante et si elles ont de l’eau, l’homme aurait beaucoup de mal à y vivre en raison d’une gravité trop forte. En effet, rapidement, la pression artérielle ne pourrait permettre une bonne irrigation du cerveau et le simple portage de son propre corps indépendamment de celui d’un scaphandre et d’un équipement de survie pourrait imposer à tout moment l’usage d’un exosquelette. Enfin le retour sur Terre serait quasiment impossible compte tenu de la vitesse de libération de la force attractive de l’une ou l’autre planète. Pour les exoplanètes habitables il vaut mieux pour l’homme, une Mars qu’une superterre.

On peut estimer, jusqu’à preuve du contraire, que ces trois configurations (étoile-double, jupiter-chaud, superterre) sont peu favorables à la présence de planètes de type nouvelles-Terres, même si ces planètes se trouve en « zone-habitable » et même si l’étoile est de type solaire. Un bémol tout de même, comme nous l’a bien fait remarquer David Cameron, l’auteur du film Avatar, les Polyphèmes peuvent avoir des Pandoras, c’est-à-dire que toute planète massive peut avoir des satellites de masse comparable à celle de notre Terre ou de Mars, qui eux pourraient bénéficier de leur localisation en zone habitable.

Nous verrons la semaine prochaine si, malgré ces exclusions, il pourrait rester parmi nos peu nombreux systèmes voisins de type solaire, quelques-uns qui pourraient être le « nid » de représentants de cette espèce rare.

illustration de titre: super-Terre (“TOI 1338 b”) orbitant une étoile double. Le système se trouve à 1300 années lumière de la Terre (constellation Pictor). TOI 1338 b a une masse de 6,9 Mt et les étoiles 1,1 et 0,3 Ms. Le transit est de 93 à 95 jours (ce qui implique une proximité en-deçà de la zone habitable pour l’étoile la plus massive). Il est peu probable qu’une nouvelle-Terre puisse évoluer dans un tel système. En tout cas, magnifique photo du satellite TESS, datée de janvier 2020, Crédit NASA/Goddard Space Flight Center. 

Liens:

Prevalence of Earth size planets orbiting Sun-like stars: Erik Petigura et al. in PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA), 2013:

https://www.pnas.org/content/pnas/110/48/19273.full.pdf

https://www.pnas.org/content/pnas/suppl/2013/11/01/1319909110.DCSupplemental/sapp.pdf

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