Sortir du Système solaire est un rêve. À ce jour, seules les sondes Voyager y sont parvenues, tandis que l’Homme n’a pas exploré plus loin que la Lune. Le film Interstellar fait écho à cette ambition. Mais découvrir d’autres systèmes stellaires est-il réalisable ? Éléments de réponse.

Dessin représentant un faux vaisseau spatial de forme oblongue qui se dirige vers un trou de ver pour effectuer un voyage interstellaire. Des formes multicolores parsèment l'image.
Vue d’artiste du voyage interstellaire à travers un trou de ver. Crédit : Les Bossinas/Nasa

Qu’est-ce que le voyage interstellaire ?

Parler de voyage interstellaire, c’est littéralement parler de voyage “entre les étoiles“. En effet, l’Humanité toute entière se trouve sur Terre, la troisième planète la plus proche du Soleil à graviter autour notre étoile. Or, on estime aujourd’hui qu’il existe entre 200 et 400 milliards d’étoiles dans notre galaxie la Voie Lactée.

Tout comme le Soleil, certaines sont le centre d’un système stellaire avec des planètes en orbite autour d’elles. Ainsi, pour effectuer un voyage interstellaire, il suffit de s’éloigner de la zone d’influence magnétique du Soleil, l’héliosphère, pour se rapprocher des autres étoiles.

Schéma représentant le Système solaire, les sondes Voyager I et II, la séparation avec le milieu interstellaire et l'étoile la plus proche du Soleil : Proxima du Centaure.
Du Système solaire au milieu interstellaire. Crédit : Charles Carter/Keck Institute for Space Studies/Nasa

L’étoile la plus proche de notre Système solaire est Proxima du Centaure, un des trois astres qui forment le système stellaire Alpha du Centaure à 4,37 années-lumière. Mais le chemin pour accéder au milieu interstellaire et aux étoiles qui s’y trouvent est immensément long et périlleux.

C’est le parcours que sont en train de suivre les sondes Voyager I et II lancées par la Nasa les 20 août et 5 septembre 1977.

La mission Voyager

Les deux sondes sœurs Voyager I et II sont les objets les plus lointains jamais envoyés par l’Homme dans l’espace. Comme leurs prédécesseurs Pioneer 10 (1972) et 11 (1973) aujourd’hui éteintes, leur objectif premier était l’étude in situ des planètes du Système solaire externe, qui n’avaient encore jamais été visitées. Voyager I et II ont toutes les deux survolé Jupiter et Saturne. Voyager II a même prolongé l’expédition jusqu’à Uranus et Neptune, deux planètes photographiées alors pour la première et la dernière fois.

En avril 2019, après 42 ans de périple, Voyager I se trouve à environ 145 unités astronomiques de la Terre (1 UA = 1 distance Terre-Soleil = 150 millions de kilomètres), soit 21,7 milliards de kilomètres. Moment historique, la sonde a été le premier objet créé par l’Homme à sortir de l’héliosphère et pénétrer le milieu interstellaire en août 2012, suivie par sa sœur en novembre 2018. Voyager II se trouve début 2019 à 120 UA ou 18 milliards de kilomètres. Plus incroyable encore, toutes deux continuent à envoyer quotidiennement des données, ce qui leur octroie le record de longévité pour des sondes spatiales. Elles devraient toutefois finir par s’éteindre en 2025.

Trajectoires des sondes Voyager. Crédit : Nasa

À noter que le Système solaire peut également être défini comme la zone d’influence gravitationnelle du Soleil – où la force de gravité exercée par le Soleil est supérieure à celle des étoiles voisines – et non comme sa zone d’influence magnétique. On estime alors que sa frontière se trouve à environ 19 000 milliards de kilomètres. Sous cette hypothèse, les sondes Voyager sont encore bien loin d’avoir quitté le Système solaire…

Voyager I, qui se dirige vers la constellation d’Ophiuchus, atteindra l’étoile Gliese 445 dans 40 000 ans, à 17,6 années-lumière du Soleil. À peu près au même moment, Voyager II “frôlera” Ross 248, une étoile naine de couleur rouge située à 10,32 années-lumière.

Première face du Golden Record embarqué à bord des sondes Voyager. Crédit : Nasa/JPL

Les sœurs auront alors peut être l’opportunité de délivrer le message qu’elles transportent depuis leur départ de la Terre. Tout comme Pioneer 10 et 11, elles embarquent en effet un disque de cuivre de 30 cm de diamètre accompagné d’une cellule et d’une aiguille permettant de le lire. Sur ce Voyager Golden Record sont notamment gravés une série de 116 photos de lieux symboliques de la Terre et des schémas indiquant la position de notre planète dans le Système solaire. Une pierre de Rosette expliquant le système numérique en usage et les grandeurs employées en physique s’y trouve également.

Deuxième face du Voyager Golden Record. Crédit : Nasa

Enfin, 27 morceaux de musiques classique et moderne ainsi que des enregistrements variés (bruits du vent, tonnerre, cris d’animaux, de nourrisson, extraits de textes littéraires…) complètent la collection. Le disque est accompagné d’une source d’uranium 238 qui permettra à leur futur destinataire de déterminer le temps écoulé depuis le lancement. D’après la Nasa, ce disque et la sonde elle-même survivront plus longtemps que la Terre et le Soleil !

Sonde Voyager sur laquelle on distingue le Golden Record. Crédit : Nasa/JPL

L’Homme dans le milieu interstellaire

Les sondes Voyager sont en route avec les principales clefs de compréhension de l’Humanité. Mais l’Homme pourra-t-il un jour apporter lui-même cette connaissance à d’éventuelles civilisations extraterrestres ? Visiter d’autres systèmes stellaires ? La toute première énigme à résoudre pour y parvenir est temporelle. En effet, les systèmes de propulsion chimique actuels permettraient à un vaisseau habité d’atteindre Proxima du Centaure en environ… 100 000 ans.

À l’instar des films 2001, Odyssée de l’espace, Alien ou Avatar, une solution serait de stopper le vieillissement des passagers par hibernation. Pure fantaisie ? Pas tant que cela. La Nasa travaille depuis 2013 avec l’entreprise SpaceWorks au développement d’un système similaire : la température corporelle des astronautes serait abaissée progressivement, de l’ordre de 0,6°C par heure pendant 6 heures, par un système intranasal. À la limite de l’hypothermie, les fonctions vitales ralenties, il serait alors possible de rester endormi plusieurs semaines avec une simple perfusion pour se nourrir.

Trois astronautes debout et intubés sont représentés en train d'hiberner dans des caissons futuristes, en images de synthèse.
L’hibernation des astronautes selon SpaceWorks. Crédit : SpaceWorks

Moins d’oxygène et de nourriture consommés, pas de matériel de sport ou de loisir, cela fait plus de place pour le carburant et réduit le volume du vaisseau. D’où des économies, ou l’assurance d’une destination finale plus lointaine… Une fois au point, la technologie serait d’abord testé lors d’une mission habitée vers Mars.

Autre possibilité, le vaisseau générationnel ou arche spatiale. Plusieurs générations d’humains se succéderaient à son bord avant d’arriver à destination, ce qui permettrait de s’affranchir du temps de trajet vers une contrée lointaine. Toutefois, une dizaine d’astronautes vivent aujourd’hui de manière permanente dans la Station spatiale internationale, à 400 kilomètres du sol, et ceci relève déjà de la prouesse technique. On est loin donc de l’autonomie d’un équipage sur plusieurs générations au-delà des frontières du Système solaire…

Dans son film Interstellar, Christopher Nolan met quant à lui en scène une façon de voyager permettant de s’affranchir de la distance à parcourir. Il fait se déplacer les astronautes via un trou de ver proche de Saturne. Ce type de raccourci hypothétique de l’espace-temps permettrait de relier, directement, un point A à un point B en réalité très éloignés. Une idée théorique à la mise en oeuvre délicate… Pour l’astrophysicien Jean-Pierre Luminet, la méthode est assez improbable car la présence d’un trou de ver induit la présence d’un trou noir. D’une part, n’importe quel vaisseau spatial serait déchiqueté bien avant d’atteindre ce type d’objet. D’autre part, les trous noirs sont rares. Selon les connaissances actuelles, le plus proche de la Terre serait celui du centre de notre galaxie. Difficile donc de s’y rendre dans un avenir proche…

Dessin d'un trou de ver : on voit l'espace courbé, le chemin long qui suit toute la courbure de l'espace et le raccourci du trou de ver qui relie comme les deux parties d'un feuille de papier plier qui représente l'espace.
Représentation imagée du “raccourci” dans l’espace : le trou de ver. Crédit : edobric/ Shutterstock

Finalement, le voyage interstellaire requiert surtout la mise au point de nouveaux systèmes de propulsion. À noter que 300 000 km/s, la vitesse de la lumière, est la vitesse maximale possible selon la théorie de la relativité. Et même à cette vitesse, quatre ans seraient nécessaires pour rejoindre l’étoile Proxima et des millions d’années pour les galaxies les plus proches. La sonde Voyager, une des plus rapides jamais conçues, se déplace elle à une vitesse moyenne de 17 km/s…

Le recours à la fission nucléaire ou l’utilisation de voiles solaires, encore expérimentales, permettront peut être d’atteindre des vitesses plus élevées mais celles-ci resteront insuffisantes pour atteindre les étoiles dans un délai compatible avec la durée de la vie humaine. D’autres méthodes plus efficaces sont encore à l’étude, comme la propulsion nucléaire pulsée ou le recours à un collecteur Bussard – qui utiliserait d’immenses champs magnétiques pour collecter l’hydrogène du milieu interstellaire et le compresser jusqu’à atteindre les densités nécessaire à la fusion nucléaire. Mais ces technologies restent encore très théoriques.

Photo de Han Solo et Chewbacca de Star Wars de dos dans un vaisseau allant en vitesse lumière.
Approcher la vitesse de la lumière pour voyager loin… Crédit : Lucasfilms

Alors en attendant de se déplacer entre les étoiles, déplaçons-nous entre les planètes. Le voyage en direction de Mars notamment, sera sans doute la prochaine étape significative dans l’exploration humaine de notre univers. Et pour les plus rêveurs, il est toujours possible de voyager jusque dans d’autres galaxies en regardant le film Interstellar, un des plus avant-gardistes réalisés à ce jour.

Affiche du film Interstellar : on y voit le vaisseau en forme de cercle avec capsules fixées tout autour, devant un fond spatial bleu, violet et rouge.
Affiche du film Interstellar. Crédit : Warner Bros