L'humanité a longtemps rêvé d'envoyer des humains sur d'autres planètes, avant même que le vol spatial en équipage ne devienne une réalité. Et avec la découverte de milliers d'exoplanètes au cours des dernières décennies, en particulier celles qui orbitent au sein des systèmes stellaires voisins (comme Proxima b), ce rêve semble plus proche que jamais de devenir une réalité. Mais bien sûr, de nombreux défis techniques doivent être surmontés avant de pouvoir espérer monter une telle mission.
De plus, il faut répondre à de nombreuses questions. Par exemple, quel type de navire devons-nous envoyer à Proxima b ou à d'autres exoplanètes à proximité? Et combien de personnes aurions-nous besoin de placer à bord de ce navire? Cette dernière question a fait l'objet d'un article récent rédigé par une équipe de chercheurs français qui a calculé le nombre minimal de personnes nécessaires pour garantir qu'une équipe multigénérationnelle saine puisse se rendre à Proxima b.
L'étude, intitulée «Calcul de l'équipage minimal pour un voyage spatial multigénérationnel vers Proxima Centauri b», a récemment été publiée en ligne et sera bientôt publiée dans le Journal de la British Interplanetary Society. Elle a été réalisée par le Dr Frédéric Marin, astrophysicien de l'Observatoire astronomique de Strasbourg, et le Dr Camille Beluffi, physicien des particules travaillant avec la start-up scientifique Casc4de.
Leur étude est la deuxième d'une série d'articles qui tentent d'évaluer la viabilité d'un voyage interstellaire vers Proxima b. La première étude, intitulée «PATRIMOINE: un code de Monte Carlo pour évaluer la viabilité des voyages interstellaires à l'aide d'un équipage multigénérationnel», a également été publiée dans le numéro d'août 2017 du Journal de la British Interplanetary Society.
Le Dr Marin et le Dr Beluffi commencent leur dernière étude en examinant les divers concepts qui ont été proposés pour faire un voyage interstellaire - dont beaucoup ont été explorés dans un précédent article de l'UT, «Combien de temps cela prendrait-il pour arriver à l'étoile la plus proche? ". Ceux-ci incluent les approches plus traditionnelles, comme la propulsion à impulsion nucléaire (c'est-à-dire le projet Orion) et les fusées à fusion (c'est-à-dire le projet Daedalus), ainsi que le concept plus moderne de Breakthrough Starshot.
Cependant, de telles missions sont encore loin et / ou n'impliquent pas de vol spatial en équipage (ce qui est le cas avec Starshot). À ce titre, le Dr Beluffi a également pris en compte les missions qui seront lancées dans les années à venir, comme la sonde solaire Parker de la NASA. Cette sonde atteindra des vitesses orbitales records pouvant atteindre 724 205 km / h, ce qui correspond à environ 200 km / s (soit 0,067% la vitesse de la lumière).
Comme le Dr Marin l'a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Cela repose purement et entièrement sur la technologie disponible au moment de la mission. Si nous créons un vaisseau spatial dès maintenant, nous ne pourrons atteindre qu'environ 200 km / s, ce qui se traduit par 6300 ans de voyage. Bien sûr, la technologie s'améliore avec le temps et au moment où un véritable projet interstellaire sera créé, nous pouvons nous attendre à avoir amélioré la durée d'un ordre de grandeur, soit 630 ans. Ceci est spéculatif en tant que technologie non encore inventée. »
Avec leur base de référence établie pour la vitesse et le temps de déplacement - 200 km / s-¹ et 6300 ans - le Dr Beluffi s'est ensuite mis à déterminer le nombre minimum de personnes nécessaires pour garantir l'arrivée d'un équipage en bonne santé à Proxima b. Pour ce faire, le couple a réalisé une série de simulations de Monte Carlo en utilisant un nouveau code créé par le Dr Marin lui-même. Cette technique mathématique prend en compte les événements fortuits dans la prise de décision pour produire des distributions de résultats possibles.
«Nous utilisons un nouveau logiciel numérique que j'ai créé», a déclaré le Dr Marin. «Il s'appelle HERITAGE, voir le premier article de la série. Il s'agit d'un code Monte Carlo stochastique qui tient compte de tous les résultats possibles des simulations spatiales en testant chaque scénario randomisé pour la procréation, la vie et la mort. En bouclant la simulation des milliers de fois, nous obtenons des valeurs statistiques représentatives d'un voyage spatial réel pour un équipage multigénérationnel. Le code tient compte d'autant de facteurs biologiques que possible et est en cours d'élaboration pour inclure de plus en plus de physique. »
Ces facteurs biologiques comprennent des éléments comme le nombre de femmes par rapport aux hommes, leur âge respectif, l'espérance de vie, les taux de fertilité, les taux de natalité et la durée de reproduction de l'équipage. Il a également pris en compte certaines possibilités extrêmes, notamment les accidents, les catastrophes, les événements catastrophiques et le nombre de membres d'équipage susceptibles d'être affectés par eux.
Ils ont ensuite fait la moyenne des résultats de ces simulations sur 100 voyages interstellaires en fonction de ces différents facteurs et de différentes valeurs pour déterminer la taille de l'équipage minimum. En fin de compte, le Dr Beluffi a conclu que, dans des conditions conservatrices, un minimum de 98 membres d'équipage seraient nécessaires pour poursuivre un voyage multigénérationnel vers le système stellaire le plus proche avec une exoplanète potentiellement habitable.
Moins que cela, et les chances de succès diminueraient considérablement. Par exemple, avec une équipe initiale de 32 personnes, leurs simulations ont indiqué que les chances de succès atteindraient 0%, en grande partie parce qu'une si petite communauté rendrait la consanguinité inévitable. Bien que cet équipage puisse éventuellement arriver à Proxima b, ce ne serait pas un équipage génétiquement sain, et donc pas un très bon moyen de démarrer une colonie! Comme l'a expliqué le Dr Marin:
«Nos simulations nous permettent de prédire avec une grande précision la taille minimale de l'équipage initial qui partira pour des voyages spatiaux de plusieurs siècles. En permettant à l'équipage d'évoluer selon une liste de principes d'ingénierie sociale adaptative (à savoir, les évaluations annuelles de la population de navires, les restrictions de progéniture et les contraintes de reproduction), nous montrons dans cet article qu'il est possible de créer et de maintenir une population saine pratiquement indéfiniment. "
Bien que la technologie et les ressources nécessaires pour effectuer un voyage interstellaire soient encore éloignées de plusieurs générations, des études de ce type pourraient être d'une grande importance pour ces missions - si et quand elles se produisent. Connaître à l'avance la probabilité qu'une telle mission réussisse et ce qui augmentera cette probabilité au point que le succès soit pratiquement garanti, augmentera également la probabilité que de telles missions soient organisées.
Cette étude et celle qui l'a précédée sont également importantes dans la mesure où elles sont les premières à prendre en compte des facteurs biologiques clés (comme la procréation) et comment ils affecteront un équipage multigénérationnel. Comme l'a conclu le Dr Marin:
«Notre projet vise à fournir des simulations réalistes de vaisseaux spatiaux multigénérationnels afin de préparer la future exploration spatiale, dans un projet multidisciplinaire qui utilise l'expertise de physiciens, astronomes, anthropologues, ingénieurs de fusées, sociologues et bien d'autres. HERITAGE est le premier code Monte Carlo dédié à calculer l'évolution probabiliste d'un équipage basé à bord d'un navire interstellaire, ce qui permet d'explorer si un équipage d'une taille proposée pourrait survivre pendant plusieurs générations sans aucun stock artificiel de matériel génétique supplémentaire . La détermination de la taille minimale de l'équipage est une étape essentielle dans la préparation de toute mission multigénérationnelle, affectant les ressources et le budget nécessaires à une telle entreprise mais aussi avec des implications pour les facteurs sociologiques, éthiques et politiques. En outre, ces éléments sont essentiels pour examiner la création de toute colonie autonome - non seulement les humains établissent des colonies planétaires, mais aussi avec des impacts plus immédiats: par exemple, la gestion de la santé génétique des espèces menacées ou l'allocation des ressources dans des environnements restrictifs. »
Le Dr Marin a également été cité récemment dans un article de La conversation sur les objectifs de son projet et celui du Dr Beluffi, qui consiste à déterminer ce qui est nécessaire pour assurer la santé et la sécurité des futurs voyageurs interstellaires. Comme il l'a dit dans l'article:
«Sur les 3757 exoplanètes qui ont été détectées, la planète semblable à la Terre la plus proche se trouve à 40 billions de kilomètres de nous. À 1% de la vitesse de la lumière, qui est de loin supérieure aux vitesses les plus élevées atteintes par des engins spatiaux de pointe, il faudrait encore 422 ans pour que les navires atteignent leur destination. L'une des conséquences immédiates de ceci est que les voyages interstellaires ne peuvent pas être réalisés dans une durée de vie humaine. Cela nécessite une mission spatiale de longue durée, ce qui nécessite de trouver une solution permettant à l'équipage de survivre des centaines d'années dans l'espace lointain. C'est le but de notre projet: établir la taille minimale d'une mission spatiale autosuffisante et de longue durée, en termes de matériel et de population. Ce faisant, nous avons l'intention d'obtenir des estimations scientifiquement précises des exigences relatives aux voyages interstellaires multigénérationnels, ouvrant ainsi la voie à l'exploration, à la migration et à l'habitation de l'espace humain. »
Au cours des prochaines décennies, les télescopes de prochaine génération devraient découvrir des milliers d'exoplanètes supplémentaires. Mais plus important encore, ces instruments à haute résolution devraient également révéler des choses sur les exoplanètes qui nous permettront de les caractériser. Ceux-ci incluront des spectres de leurs atmosphères qui permettront aux scientifiques de savoir avec plus de certitude s'ils sont réellement habitables.
Avec plus de candidats parmi lesquels choisir, nous serons d'autant plus préparés pour le jour où les voyages interstellaires pourront être lancés. Lorsque ce moment sera venu, nos scientifiques seront armés des informations nécessaires pour garantir que les personnes qui arrivent seront grêles, chaleureuses et préparées à relever les défis de l'exploration d'un nouveau monde!
