« La planète est le berceau de la raison, mais on ne peut pas vivre éternellement dans le berceau », écrivait Konstantin Tsiolkovsky au début du XXe siècle. Aujourd'hui, les scientifiques parlent de plus en plus du fait que tôt ou tard les gens devront quitter la Terre et partir à la recherche d'un nouveau foyer. Beaucoup sont sûrs que nous devrions le chercher auprès d'autres étoiles, auxquelles nous obtiendrons des milliers, voire des dizaines de milliers d'années. Nous parlons de l'une des tentatives pour résoudre ce problème - du projet hypothétique du "navire des générations".
Ne dors pas
Dans les livres et les films de science-fiction, les équipages des navires interstellaires sont généralement plongés dans une animation suspendue pendant le vol. Pratique: un long chemin pour eux passe comme un instant. Cependant, si vous mesurez cette situation à la réalité, des incohérences apparaissent immédiatement. Qu'adviendra-t-il du vaisseau spatial au cours des années de vol? Saura-t-il se réparer et restaurer si nécessaire, les systèmes de sécurité sauront-ils prendre en compte tous les facteurs de risque et contourner les obstacles ? Et si les technologies qui assurent l'anabiose des astronautes échouaient, comme dans le récent film "Passengers", dont les héros se sont réveillés 90 ans plus tôt que prévu ? Combien de données scientifiques inestimables l'humanité ne gagnera-t-elle jamais si nous abandonnons les expériences de vol en faveur du sommeil ?
Peut-être que de telles questions ont amené les gens à réfléchir à la façon de surmonter les étendues infinies de l'espace sans s'endormir. Vous pouvez appliquer la « méthode rotationnelle »: par exemple, chaque année plusieurs cosmonautes se réveillent et prennent le contrôle de l'état du vaisseau spatial. Un an plus tard, ils sont remplacés par les suivants. Mais que se passe-t-il si, au moment où l'expédition est envoyée, l'humanité n'a pas trouvé le moyen de plonger en toute sécurité dans une longue animation suspendue par le sommeil ? Après tout, alors que ces expériences n'en sont qu'au stade initial.
Le résultat de telles discussions a été les projets de « navires de générations ». C'est un vaisseau pour le voyage interstellaire à une vitesse beaucoup plus lente que la vitesse de la lumière. Un tel navire devrait voler pendant des milliers d'années. Pendant ce temps, les premiers colons vieilliront et mourront, leurs descendants prendront leur place. Ce scénario se répétera plusieurs fois avant que l'expédition n'arrive à destination.
L'un des projets les plus célèbres de navires de générations a été créé sur la base de l'Orion. Cet « explode » (navire à impulsion nucléaire) a été développé aux États-Unis au milieu du XXe siècle. Il était censé se déplacer en raison d'une série de charges nucléaires, activées à une courte distance derrière le navire. Une partie des produits de l'explosion a heurté la "queue" du vaisseau spatial, où une plaque réflectrice massive a absorbé l'énergie et, à l'aide d'un système d'amortisseurs, l'a transférée au vaisseau spatial. L'échelle du projet Energy Limited Orion Starship est étonnante: le diamètre du vaisseau était de 20 kilomètres. Selon les calculs des développeurs, ce vaisseau pourrait atteindre le système stellaire le plus proche Alpha Centauri dans 1330 ans. Les dimensions du vaisseau étaient suffisantes pour accueillir un vrai vaisseau de générations - en fait, une petite cité spatiale. Cependant, la NASA s'est appuyée sur des projets moins chers et Orion est resté une théorie.
Cependant, si les choses s'étaient passées différemment, aurions-nous pu envoyer les premiers colons dans l'espace aujourd'hui ? Malheureusement non. Le concept de vaisseau spatial générationnel résout bon nombre des problèmes théoriques des longs voyages dans l'espace - et crée un certain nombre de nouveaux problèmes. Nous découvrirons à quelles difficultés les navires des générations peuvent être confrontés et ce qu'il faut prendre en compte pour se rendre vers des étoiles lointaines.
Où volons-nous ?
Les partisans de la colonisation spatiale sont divisés en deux groupes: quelqu'un crée des projets de terraformation de Mars, et quelqu'un est sûr qu'il n'est possible de trouver une nouvelle Terre qu'à partir d'autres étoiles. Les chercheurs d'Exoplanet confirment qu'il est possible de trouver un corps spatial adapté à la vie en dehors du système solaire, bien que ce ne soit pas facile.
Pour une réinstallation réussie, il est important que la planète trouvée ressemble à bien des égards à la Terre. Nous avons besoin d'une température acceptable pour la vie terrestre et d'une eau à l'état liquide. L'étoile autour de laquelle tourne la planète doit se comporter aussi "calmement" que possible - des éruptions fréquentes et intenses provoquent de brusques sauts de température. Le flux de particules chargées d'une étoile peut endommager l'atmosphère de la planète et, au fil du temps, "faire sauter" presque toute l'enveloppe de gaz. Peut-être, dans le système solaire, cela s'est-il produit avec Mercure.
La zone de l'espace autour de l'étoile, dans laquelle il peut y avoir de l'eau liquide sur les planètes, s'appelle la zone habitable. C'est une sorte de zone "moyenne" du système planétaire. Les planètes qui s'y trouvent ne sont pas trop éloignées de l'étoile, elles reçoivent suffisamment d'énergie pour que l'eau ne gèle pas. Mais en même temps, ils ne doivent pas être trop près de l'étoile - l'eau peut s'évaporer. Dans la littérature anglaise, ce site est appelé la "zone Goldilocks" en l'honneur de l'histoire d'une fille tombée dans la maison de trois ours. Alors que les animaux ne sont pas à la maison, elle décide de dormir un peu et s'allonge alternativement sur trois lits: l'un est trop dur, l'autre est trop mou, et le troisième est juste comme il faut.
Il semblerait que nous aussi, nous puissions simplement « trier » toutes les planètes d'un certain système et choisir celle qui convient. Hélas, toutes les planètes de la zone habitable ne nous conviennent pas: l'eau liquide est possible sur elles, mais toutes les autres conditions à la surface d'une telle planète peuvent être insupportables pour les terriens.
À l'été 2016, les astrophysiciens de l'Observatoire européen austral ont annoncé la découverte de l'exoplanète la plus proche de la Terre. Il tourne autour de Proxima Centauri - l'étoile la plus proche du système solaire - et s'appelle désormais Proxima Centauri b. Selon les scientifiques, elle se situe dans la zone habitable de son étoile et pourrait bien contenir de l'eau liquide. Aucun des modèles climatiques connus ne contredit cela. Mais il est trop tôt pour appeler Proxima Centauri b notre nouvelle maison. Elle est beaucoup plus proche de son étoile que la Terre ne l'est du Soleil, et les effets provoqués par cette proximité peuvent être imprévisibles.
Une nouvelle découverte de début 2017: sept exoplanètes proches de la naine rouge TRAPPIST-1 dans la constellation du Verseau. Toutes les planètes sont de taille similaire à la Terre. Hypothétiquement, les sept planètes peuvent avoir de l'eau liquide, mais on la trouve très probablement sur les planètes TRAPPIST-1e, f et g. Les astrophysiciens spéculent que de nouveaux télescopes - tels que le télescope européen extrêmement grand, dont la construction a commencé au Chili en 2014 - seront en mesure de montrer avec certitude s'il y a de l'eau sur ces planètes.
L'essentiel est que même l'exoplanète la plus proche de la Terre soit encore à une grande distance de nous. Il lui reste 4, 24 années-lumière - pour parcourir ce chemin, les engins spatiaux existants, même sans tenir compte du temps d'accélération et de décélération, prendront des dizaines de milliers d'années. Par comparaison, les planètes autour de TRAPPIST-1 sont à environ 40 années-lumière. La technologie avance, mais les distances dans l'espace semblent toujours infinies. Cela nous fait penser encore et encore à des projets tels qu'un navire de générations.
Les moteurs du futur
Mais peut-être existe-t-il encore un moyen de parcourir ces distances plus rapidement ? Les capacités des engins spatiaux existants ne sont clairement pas suffisantes, mais de nouveaux développements sont en cours. L'un des projets les plus impressionnants est la voile solaire (photonique). Il utilise la pression de la lumière sur une surface réfléchissante. Dans le système solaire, une voile peut être alimentée par la lumière du soleil, et cette technologie existe déjà. En 2010, le vaisseau spatial japonais IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) est allé dans l'espace. Il est équipé d'une voile carrée de 14 mètres de côté, constituée de quatre "pétales". Des panneaux solaires y sont fixés. La tâche d'IKAROS était d'ouvrir avec succès la voile solaire et de se déplacer avec son aide, et l'appareil japonais y a fait face au maximum. Cependant, la pression de la lumière du soleil est relativement faible, donc d'autres sources devront être utilisées pour aller au-delà de notre système. Il existe des projets d'overclocking d'un tel appareil à l'aide d'un laser. La voile solaire a des avantages indéniables: elle ne nécessite pas de carburant et peut être relativement légère en elle-même. Cependant, pour l'instant, l'humanité n'a pas assez de ressources pour lancer un voilier interstellaire. Des systèmes laser de haute précision très puissants ou une solution fondamentalement nouvelle à ce problème seront nécessaires.
Un autre moteur prometteur qui existe déjà est celui ionique. Son fluide de travail est un gaz inerte ionisé (argon, xénon) ou du mercure. La substance ionisée est accélérée dans un champ électrostatique à des vitesses très élevées. Le système d'extraction des ions positifs les « tire » hors de la substance et les projette dans l'espace, assurant le mouvement. Des moteurs ioniques ont été utilisés dans Hayabusa (en 2010, a livré des échantillons de sol de l'astéroïde Itokawa à la Terre) et Dawn (lancé en 2007 pour étudier Vesta et Ceres).
Ce moteur atteint une impulsion spécifique élevée et une faible consommation de carburant. L'inconvénient des moteurs ioniques modernes est une poussée extrêmement faible, de sorte qu'un tel navire ne pourra pas être lancé depuis la Terre, il devra être construit en dehors de la planète.
Un autre concept intéressant est le statoréacteur interstellaire Bassard. Un navire équipé d'un tel moteur capte la matière du milieu interstellaire (dont l'hydrogène) à l'aide d'un « entonnoir » d'un puissant champ électromagnétique. Le diamètre de l'entonnoir doit être de milliers, voire de dizaines de milliers de kilomètres. L'hydrogène collecté est utilisé dans le moteur-fusée thermonucléaire du navire. Cela garantit l'autonomie en carburant du navire.
Hélas, ce moteur présente également de nombreuses limitations techniques. Sa vitesse n'est pas si élevée, car lors de la capture de chaque atome d'hydrogène, le navire perd un certain élan, et cela ne peut être compensé par une poussée qu'à une vitesse relativement faible. Pour surmonter cette limitation, il est nécessaire de trouver des moyens d'utiliser au maximum les atomes piégés.
La société à bord
Combien de personnes peuvent partir en expédition interstellaire ? Les évaluations des experts diffèrent considérablement. Ceci malgré le fait que la plupart d'entre eux sont optimistes quant à la durée du vol en centaines, et non en milliers d'années. En 2002, l'anthropologue John Moore de l'Université de Floride a suggéré qu'une petite population d'environ 160 habitants suffirait à créer une population stable pour un vol de 200 ans. Dans le même temps, une "ingénierie sociale" cruelle, comme dans les dystopies, ne sera pas requise, la famille qui nous est familière deviendra la base de la colonie spatiale. Chacun aura environ une douzaine de partenaires de mariage appropriés. Même aujourd'hui - avec un choix apparemment sans fin - la plupart des gens ne dépassent pas ce nombre de partenaires en termes de relations à long terme.
Cependant, dans des populations aussi petites, il existe un danger de réduction de la diversité génétique. Il peut diminuer à la fois progressivement et de manière inattendue - par exemple, en cas d'infection dangereuse, l'expédition sera confrontée à "l'effet de goulot d'étranglement", dans lequel la taille de la population diminue fortement puis se rétablit progressivement. Le pool génétique s'appauvrit, et cela se reflète dans les descendants de ceux qui ont survécu à la catastrophe. Dans le règne animal, cet effet a influencé la diversité génétique des guépards - on suppose qu'à une certaine époque, seuls quelques individus étaient capables de survivre. L'espèce était au bord de l'extinction, maintenant seulement environ 7000 guépards vivent à l'état sauvage dans le monde. En raison du long croisement étroitement lié, ils ne diffèrent pas par leur résistance aux maladies et, dans la nature, la plupart des oursons ne vivent pas jusqu'à un an.
Une autre menace pour les colons est l'effet fondateur. Cela se produit lorsqu'un petit nombre de représentants d'une certaine espèce habitent un nouveau territoire. Ils ne préservent pas l'intégralité du pool génétique de la population d'origine, par conséquent, ils peuvent également être confrontés au problème d'une réduction progressive de la diversité génétique.
L'anthropologue Cameron Smith de la Portland State University a calculé en 2013 que des dizaines de milliers de personnes sont nécessaires pour faire face à ces menaces sur 150 ans de fuite. Selon ses estimations, une population stable a besoin d'environ 40 000 personnes, dont au moins 23 500 sont en âge de procréer. Cependant, la colonie peut être plus petite si elle dispose d'une banque d'embryons suffisamment grande.
Espace au sous-sol, espace dans le désert
Bien entendu, toutes ces questions importantes ne resteront longtemps que théoriques. La technologie d'aujourd'hui n'est pas capable d'envoyer une personne dans les étoiles voisines, et nous ne pourrons pas le faire avant longtemps. Mais les recherches, capables à terme de rapprocher le futur spatial, y compris les navires des générations, se poursuivent depuis plusieurs décennies.
L'un des types les plus célèbres de telles expériences est la création d'écosystèmes fermés. Les passagers du navire des générations y vivront pendant des milliers d'années, la colonie doit donc être complètement autosuffisante: il n'y a nulle part où attendre de l'aide. Cette expérience sera utile dans le développement d'une nouvelle planète. Les projets de création de systèmes fermés ont commencé dans les années 1970, peu après l'atterrissage de l'homme sur la lune.
En URSS, en 1968-1972, "BIOS-3" a été construit. Des scientifiques de l'Académie de Krasnoïarsk ont créé une pièce scellée d'une taille de 14 × 9 × 2,5 m et d'un volume d'environ 315 m³ dans le sous-sol de l'Institut de biophysique, composé de quatre compartiments. Les "cabines d'équipage" et l'équipement n'en occupaient qu'une, dans le reste se trouvaient des caméras-phytotrons fonctionnant pour la culture de plantes et des cultivateurs de microalgues. Des variétés spéciales ont été utilisées: par exemple, du blé nain spécialement sélectionné avec une tige raccourcie. 10 expériences ont été réalisées dans BIOS-3, la plus longue a duré 180 jours. Les participants ont réussi à créer un système complètement fermé de consommation de gaz et d'eau. Ils se sont nourris à 80 %.
Au début des années 1990, l'expérience la plus célèbre pour créer un système fermé, Biosphere-2, a eu lieu. Un complexe de plusieurs bâtiments et serres sur une superficie d'environ 1,5 hectare a été érigé en Arizona. Plusieurs espaces naturels ont été modélisés à l'intérieur: des fourrés tropicaux, de la savane, des forêts de mangrove et même l'océan. Environ 3000 espèces de plantes et d'animaux vivaient dans la "Biosphère-2". L'équipe du projet était composée de huit personnes - hommes et femmes à parts égales. Ils ont soutenu les travaux de technologie de la circulation de l'eau et de l'air, se sont engagés dans l'agriculture de subsistance et ont mené diverses expériences.
La première étape de l'expérimentation a duré deux ans. En moins d'un an, les « colons » ont pu organiser la production de nourriture: dans les premiers mois, les gens avaient constamment faim. Plus tard, ils se sont adaptés au nouveau régime et de nombreux indicateurs de santé des participants se sont améliorés à la suite de l'expérience, par exemple, une diminution de la pression artérielle. Le plus gros problème était la baisse des niveaux d'oxygène. Jane Poynter, participante au projet, se souvient: « Quand vous perdez beaucoup d'oxygène - et notre niveau a considérablement baissé, il est passé de 21 % à 14,2 % - vous vous sentez très mal. Vous vous réveillez à bout de souffle parce que la composition de votre sang change. Dans un rêve, vous arrêtez de respirer, puis enfin vous inspirez et vous vous réveillez. C'est terriblement ennuyeux. Dehors, tout le monde était persuadé que nous étions en train de mourir."
On pense que le niveau d'oxygène a commencé à baisser, car les micro-organismes de "Biosphere-2" se sont multipliés plus activement que prévu. La même chose s'est produite avec les insectes. Il était interdit de les détruire à l'aide de pesticides: cela pourrait perturber l'équilibre de la biosphère artificielle. En conséquence, les organisateurs du projet ont dû aller à la falsification des données: l'oxygène manquant a été pompé dans le système. Lorsque cela a été connu, les critiques sont tombées sur les participants à l'expérience. Mais le niveau d'oxygène a continué à baisser, même avec des approvisionnements en gaz de l'extérieur, et exactement deux ans après le début, la première phase du projet a été terminée. Dans l'ensemble, l'expérience s'est avérée infructueuse. Mais ne minimisez pas l'importance de telles expériences. Premièrement, ils montrent de nombreux pièges dans les calculs et aident à créer des modèles plus réalistes. Deuxièmement, ces projets rappellent: pour la colonisation de l'espace, il ne faut pas seulement des moteurs puissants. Pour atteindre un jour d'autres planètes, l'humanité aura besoin d'une grande variété de connaissances et de compétences.
Une émeute sur un bateau ?
De nombreuses difficultés attendent les participants des expéditions millénaires. Certains des problèmes sont liés à l'environnement: par exemple, les effets destructeurs du rayonnement spatial. Il peut contribuer au développement du cancer, des dommages à la moelle osseuse et des troubles du système immunitaire. Par conséquent, pour aller dans l'espace, vous devez vous protéger correctement. Des systèmes de prévision du rayonnement prenant en compte de nombreux paramètres seront nécessaires. La tâche principale est de déterminer le degré de danger pour la santé et de maintenir constamment un équilibre. Les colons devront inévitablement prendre des risques et les concepteurs de navires devront trouver un moyen d'installer des éléments de protection sur un navire sans sacrifier la charge utile.
Non moins dangereuses sont, assez curieusement, les difficultés morales et éthiques. Des personnes sincèrement dévouées à leur travail, qui croient en la nécessité de conquérir d'autres planètes, iront dans l'espace. Mais leurs descendants pourront-ils conserver cette foi et le voudront-ils ? Et si les représentants des générations « intermédiaires » se sentaient un jour piégés dans une prison spatiale high-tech ? L'éthique doit trouver une réponse à ces questions, sinon les problèmes ne peuvent être évités.
Les conséquences sont imprévisibles: du pessimisme et de l'apathie de l'équipage aux conflits ouverts. Dans l'espace confiné du navire, l'incompréhension des pères et des enfants ou les disputes idéologiques deviendront catastrophiques. Ceci est confirmé par l'histoire du même "Biosphère-2". Lorsqu'il est devenu évident que les niveaux d'oxygène diminuaient inexorablement, les expérimentateurs se sont divisés en deux groupes. Certains voulaient quitter immédiatement la "Biosphère", d'autres - par tous les moyens, mener le projet à son terme. On dit que le conflit a éclaté à un point tel que de nombreux anciens participants à l'expérience ne se parlent toujours pas. Mais ils n'ont passé que deux ans dans un système fermé !
Ainsi, alors que l'humanité ne fait que commencer le chemin vers les étoiles. Beaucoup plus de recherches seront nécessaires pour créer des conceptions viables pour une colonie spatiale autonome et un vaisseau interstellaire fiable.