Une civilisation située dans la zone habitable d’une étoile naine comme Proxima Centauri pourrait effectivement avoir du mal à pénétrer dans l’espace interstellaire avec des fusées conventionnelles.
Depuis le début de l’ère spatiale, les humains ont utilisé des fusées conventionnelles – à propulsion chimique – pour pénétrer dans l’espace et échapper à l’attraction gravitationnelle de la Terre. Bien que cette méthode soit efficace, elle est également très coûteuse et nécessite une quantité considérable de ressources. Alors que nous cherchons des moyens plus efficaces de nous propulser, certains chercheurs se demandent si des espèces aussi avancées sur d’autres planètes (où les conditions seraient différentes) s’appuieraient sur des méthodes similaires.
Sur Terre, un engin spatial s’appuie sur la troisième loi de Newton : une fusée est poussée vers l’avant en éjectant les gaz combustibles brûlés vers l’arrière à travers son échappement. Par exemple si vous poussez fort un mur immobile et que vous êtes sur des patins à glace, vous serez projeté en arrière à la même force utilisée vers l’avant. Si une fusée doit s’échapper de la surface de la Terre et atteindre l’espace, elle doit atteindre une vitesse d’échappement de 11,186 km/s (soit 40 270 km/h). De même, la vitesse de fuite nécessaire pour s’éloigner de la Terre en orbite du Soleil est d’environ 42 km/s (151 200 km/h). Cette méthode de poussée dépend ici de la composition et de la quantité du combustible, ainsi que de la température à laquelle il est brûlé.
Mais cette méthode a des limites : difficile de passer au-delà des 12 km/s. Ce fut la limite de vitesse de tous les engins spatiaux lancés jusqu’à présent par la NASA ou d’autres agences spatiales. Par une heureuse coïncidence, la vitesse d’échappement de la surface de la Terre est de 11 kilomètres par seconde. Ce miracle a permis à notre civilisation de concevoir des missions telles que Voyager 1 et 2, ou New Horizons, qui se sont aventurées très loin dans le système solaire. Mais cette chance est-elle partagée par d’autres civilisations ?
La vie telle que nous la connaissons nécessite de l’eau liquide, qui peut exister sur les planètes avec une température de surface et une masse similaire à la Terre. Puisque la température de surface d’une planète chaude est dictée par le flux d’irradiation stellaire, la distance de la zone habitable autour de n’importe quelle étoile s’échelonne grossièrement comme la racine carrée de la luminosité de l’étoile. Pour les étoiles de faible masse, la luminosité stellaire se calcule comme le résultat de la masse stellaire à la puissance trois. La vitesse d’échappement s’échelonne comme la racine carrée de la masse stellaire sur la distance de l’étoile.
Ensemble, ces considérations impliquent que la vitesse d’échappement de la zone habitable d’une étoile s’échelonne inversement avec la masse stellaire à la puissance d’un quart. Paradoxalement, le potentiel gravitationnel est bien plus profond dans la zone habitable autour des étoiles de masse inférieure. Une civilisation née près d’une étoile naine – comme Proxima du Centaure – aurait besoin de lancer des fusées à une vitesse plus élevée que nous pour échapper à l’attraction gravitationnelle de son étoile, même si celle-ci est moins massive que le Soleil.
Il s’avère que les étoiles de faible masse – les naines rouges – sont les plus abondantes et forment environ 75 % de la population stellaire. À 4,5 années-lumière de la Terre, Proxima du Centaure abrite une planète nommée Proxima b, située dans sa zone habitable à une distance 20 fois plus courte que la séparation Terre-Soleil. La vitesse d’échappement de Proxima b pour s’extirper de son étoile serait alors d’environ 65 kilomètres par seconde. Mauvaise nouvelle donc pour les éventuelles civilisations technologiques situées dans la zone habitable des étoiles naines.
Leurs missions spatiales seraient en effet à peine capables de s’échapper dans l’espace interstellaire en utilisant la seule propulsion chimique. Le lancement d’une fusée dans le sens du mouvement de la planète réduirait la poussée à environ 30 kilomètres par seconde. Mais quand bien même, c’est beaucoup trop. Cette perspective devrait nous faire nous sentir chanceux : nous vivions dans la zone habitable d’une étoile rare. Nous avons non seulement de l’eau liquide et un climat confortable pour maintenir une bonne qualité de vie, mais nous habitons aussi une plate-forme à partir de laquelle nous pouvons nous échapper plutôt facilement dans l’espace interstellaire.
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