Exploration interstellaire: enfin un matériau prometteur pour s'échapper du Système solaire

Publié par Adrien le 30/07/2020 à 09:00
Source: Observatoire de Paris
Une étude sous presse dans le journal européen Astronomy & Astrophysics montre que l'aérographite, une forme de carbone synthétisée pour la première fois en 2012, présente des propriétés prometteuses pour réaliser une voile photonique pour l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) spatiale. Comme une voile (Les Voiles sont l’une des 88 constellations du ciel, visible essentiellement de l’hémisphère sud. Incluse à l’origine par...) nautique le fait avec le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur...), une voile photonique utilise la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) exercée par de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) pour augmenter sa vitesse (On distingue :). Les applications potentielles sont l'exploration du Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre...), et une future mission interstellaire à destination d'Alpha du Centaure.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) de deux voiles photoniques en aérographite lors de leur déploiement depuis de la station spatiale internationale (La Station spatiale internationale (en anglais International Space Station ou ISS) est un habitat placé en orbite terrestre basse, occupé en permanence par...) ISS.
© STS-129 Crew, NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son...), P. Kervella.

L'aérographite et un nouveau matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une...) constitué de nanotubes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) entremêlés. Il faut partie des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) connus les plus légers, avec une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour...) de seulement 180 grammes par mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est un des cinq solides de Platon, le seul...), soit une densité environ 7 fois plus faible que l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) que nous respirons (1225 g/m3). Son autre propriété remarquable est sa "noirceur", c'est-à-dire sa capacité à absorber presque parfaitement la lumière: moins d'un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette...) incident sur 1000 est réfléchi. Ces deux propriétés en font un matériau idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon...) pour la conception de voiles photoniques: sa grande légèreté et sa capacité à absorber l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) des photons lui permettent d'accélérer de manière très efficace lorsqu'il est éclairé par la lumière. Cette lumière peut-être celle d'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...), comme dans le concept Breakthrough Starshot, ou simplement la lumière du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...) comme dans cette étude.

60 jours de voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est...) vers Mars et la possibilité de s'échapper du Système solaire...

Les astronomes ont ainsi calculé qu'une coquille sphérique de 1 mètre de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment....) et d'une épaisseur de 0,5 mm lâchée depuis la station spatiale (Une station spatiale, dans le domaine de l'astronautique, est une installation spatiale en orbite ou déposée sur un astre, ne disposant pas de moyens de propulsion autonomes ou ne disposant que...) internationale ISS pourrait rejoindre la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) Mars en seulement 60 jours de voyage et Pluton (Pluton, dont la désignation officielle est (134340) Pluton, est la deuxième plus grande planète naine connue du système solaire et le 10e plus grand astre connu orbitant le Soleil. Originellement considérée comme la plus petite planète du...) en un peu plus de 4 ans, sans autre propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice...) que la lumière du Soleil.


Un échantillon d'aérographite
© R. Heller (MPS Göttingen)

Du fait de sa très faible densité, une voile sphérique de 5 mètres de rayon et de 0,1 mm d'épaisseur pourrait même emporter une charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire...) de 55 grammes à une vitesse suffisante pour s'échapper du Système solaire.

Une telle sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela...) serait un excellent précurseur pour une mission interstellaire à destination de notre proche voisine, Alpha Centauri (Alpha Centauri ou Alpha du Centaure ou Rigil Kentaurus est un système de trois étoiles très proches : Alpha Centauri A et Alpha Centauri B sont les deux étoiles...), et de la planète tellurique (Les planètes telluriques (du latin tellus, la terre, le sol), en opposition aux planètes gazeuses, sont des planètes de structure zonée en forme de...) située dans la zone habitable (En astronomie, une zone habitable (ZH) est une région de l'espace où les conditions sont favorables à l'apparition de la vie. Il y a deux types de...) de la plus faible de ses trois étoiles composantes, Proxima Centauri (Proxima Centauri est l'étoile la plus proche du système solaire. Elle est aussi appelée Alpha Centauri C ou en français Proxima du Centaure. C'est une naine rouge de...) b.
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