Les humains ont toujours rêvé de voyager à travers l'espace, fascinés par des mondes inconnus et le désir d'explorer des galaxies lointaines. Le plus grand obstacle aux voyages dans l'espace est les vastes distances. Dans cet article, nous abordons les immenses distances dans l'espace et le temps nécessaire pour atteindre des étoiles et des objets lointains en utilisant des engins spatiaux à différentes vitesses. Pour illustrer à quel point l'espace est vaste, nous avons calculé combien de temps il faudrait pour atteindre certains objets célestes en utilisant une voiture et les engins spatiaux les plus rapides que l'humanité a construits. Nous avons également calculé jusqu'où nous pourrions voyager à la vitesse de la lumière. Bien que la vitesse de la lumière ne soit pas suffisante pour voyager loin dans l'espace, nous nous sommes tournés vers la série de science-fiction Star Trek, où les engins spatiaux atteignent des vitesses beaucoup plus rapides que la lumière en utilisant le moteur fictif Warp.
Une voiture voyageant constamment à 130 km/h (80 mph)
Imaginons que nous puissions voyager dans l'espace en voiture. Dans de nombreux pays à travers le monde, la vitesse maximale autorisée sur les autoroutes est de 130 km/h ou 80 mph, nous avons donc utilisé cette vitesse pour nos calculs. Une voiture pourrait finalement atteindre la Lune, prenant environ 123 jours pour y arriver. Pour Mars, le voyage prendrait un long 48 ans lorsqu'il est le plus proche de la Terre et jusqu'à 352 ans lorsqu'il est à sa distance la plus éloignée. La sonde spatiale New Horizons a mis 9,5 ans pour atteindre Pluton, une planète naine à la frontière du système solaire. En voiture, ce voyage prendrait au moins 3 750 ans. Proxima Centauri est l'étoile la plus proche de la Terre, située à 4,24 années-lumière. Il faudrait 35 millions d'années pour atteindre cette étoile en voiture.
Pluton Composition Colorée. Crédits : NASA/Université Johns Hopkins Laboratoire de Physique Appliquée/Institut de Recherche du Sud-Ouest
Voyager 1 – Le vaisseau spatial fabriqué par l'homme le plus rapide voyageant à travers l'espace
Voyager 1, lancé en 1977, est le vaisseau spatial le plus rapide jamais créé par l'humanité, voyageant à travers l'espace à une vitesse d'environ 61 000 km/h (environ 38 000 miles par heure). Cependant, Voyager 1 n'est pas le vaisseau spatial le plus rapide jamais construit. La sonde solaire Parker atteint des vitesses de 700 000 km/h (environ 430 000 miles par heure), mais cette vitesse n'est atteinte que lorsqu'elle passe le plus près du Soleil, utilisant la gravité du Soleil pour accélérer. D'un autre côté, Voyager 1 voyage à travers l'espace et est actuellement l'objet fabriqué par l'homme le plus éloigné.
Concept artistique de Voyager 1 entrant dans l'espace interstellaire. Crédits : NASA/JPL-Caltech
Alors, à quelle vitesse Voyager 1 se déplace-t-il, et combien de temps faudrait-il pour couvrir d'immenses distances cosmiques ? Voyager 1 pourrait atteindre la Lune en environ 6 heures à sa vitesse actuelle. Le trajet de la Terre à Mars prendrait un raisonnable 37 jours lorsque Mars est le plus proche de la Terre, et le voyage vers le lointain Pluton prendrait huit ans. Atteindre Proxima Centauri, l'étoile la plus proche de la Terre, prendrait un incroyable 75 000 ans. D'après ces calculs, nos capacités technologiques actuelles sont à peine suffisantes pour explorer le système solaire et seulement sans équipage humain. Peut-être que dans un avenir proche, nous pourrons envoyer un équipage sur Mars, la planète la plus proche de la Terre. Pour l'instant, notre technologie n'est pas assez avancée pour envoyer des sondes vers les étoiles les plus proches.
Voyager à la Vitesse de la Lumière
La vitesse de la lumière dans le vide est d'environ 299 792 km/s (environ 186 282 miles/s), ce qui équivaut à environ 1,08 milliard km/h (environ 671 millions de miles par heure). Selon les lois de la physique, telles que décrites par la théorie de la relativité d'Einstein, c'est la vitesse la plus élevée possible.
Un Chaudron d'Étoiles au Centre de la Galaxie. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Selon la relativité, il est théoriquement impossible pour des objets ayant une masse, tels que des engins spatiaux ou des humains, de voyager à la vitesse de la lumière. À mesure que la vitesse d'un objet augmente, sa masse augmente effectivement, nécessitant toujours plus d'énergie pour accélérer davantage. Accélérer un objet massif à la vitesse de la lumière nécessiterait une énergie infinie, rendant un tel voyage impossible selon la compréhension scientifique actuelle.
Laissons de côté les lois de la physique un instant et supposons que voyager à la vitesse de la lumière soit possible. Si l'humanité possédait un vaisseau spatial capable de voyager à la vitesse de la lumière, jusqu'où pourrions-nous aller dans l'espace ? L'ensemble de l'univers serait-il alors à notre portée ? Voici ce que nous avons calculé.
À la vitesse de la lumière, il faudrait seulement 1,28 secondes pour atteindre la Lune, 3 minutes pour arriver à Mars et 4 heures pour atteindre Pluton. La vitesse de la lumière serait idéale pour des voyages rapides au sein du système solaire. Mais la vitesse de la lumière est-elle suffisante pour les voyages interstellaires ? Proxima Centauri, l'étoile la plus proche de nous, est à 4,24 années-lumière. Cela signifie que la lumière met 4,24 ans pour atteindre Proxima Centauri, et le voyage retour prendrait le même temps. De tels voyages pourraient être possibles avec des équipages humains, mais les passagers d'un tel vaisseau spatial devraient passer une partie significative de leur vie dans l'espace.
Il y a environ 50 étoiles dans un rayon d'environ 15 années-lumière de la Terre. Un vaisseau spatial capable de voyager à la vitesse de la lumière permettrait d'explorer cette partie de l'espace, probablement avec des sondes non habitées. Nous pouvons conclure que la vitesse de la lumière est suffisante pour voyager vers les étoiles les plus proches, mais voyager vers les confins de notre Voie lactée ou d'autres galaxies serait impossible en raison du temps que de tels voyages prendraient.
Par exemple, le trou noir le plus proche, V616 Monocerotis, est situé à 3 300 années-lumière de la Terre, il nous faudrait donc autant d'années pour y parvenir à la vitesse de la lumière. Il est clair qu'un tel voyage n'est ni faisable ni sensé.
Pour atteindre le centre de notre galaxie, il nous faudrait 26 000 ans, et un voyage vers Andromède, la galaxie spirale la plus proche, prendrait un incroyable 2,537 millions d'années.
Voyage plus rapide que la lumière
Dans la célèbre franchise de science-fiction Star Trek, les vaisseaux spatiaux voyagent à des vitesses bien supérieures à celle de la lumière. Cela est rendu possible grâce à l'hypothétique moteur à distorsion. Le moteur à distorsion dans Star Trek permet aux vaisseaux stellaires de voyager plus vite que la lumière en créant une "bulle" qui déforme l'espace-temps autour du vaisseau. De cette façon, le vaisseau ne viole pas la loi selon laquelle il est impossible de voyager plus vite que la lumière dans l'espace, mais déplace l'espace-temps autour de lui. Bien que ce moteur soit fictif, des scientifiques ont développé un modèle théorique d'un moteur basé sur une idée similaire.
Le Moteur Alcubierre est un concept théorique qui propose une méthode de voyage plus rapide que la lumière en déformant l'espace-temps. Selon cette idée, un vaisseau spatial ne voyagerait pas réellement plus vite que la lumière, mais créerait une "bulle" autour de lui qui contracte l'espace-temps devant le vaisseau et l'expanse derrière. De cette manière, le vaisseau se déplacerait effectivement à travers l'espace-temps tout en restant stationnaire par rapport à l'espace à l'intérieur de la bulle. Pour que cela fonctionne, la théorie suggère la nécessité d'une matière exotique avec une énergie négative, que les scientifiques n'ont pas encore trouvée ou créée. Vous pouvez en savoir plus sur le moteur Alcubierre ici.
Star Trek et moteur à distorsion
Bien que les scientifiques n'aient pas encore résolu tous les obstacles à la construction d'un moteur Alcubierre, revenons à Star Trek et aux voyages à vitesse de distorsion. Dans Star Trek, les vaisseaux stellaires voyageaient en utilisant des moteurs à distorsion. À mesure que la technologie avançait, les vitesses de distorsion devenaient plus rapides. La vitesse de Warp 1 équivaut à la vitesse de la lumière, Warp 2 est dix fois plus rapide que la vitesse de la lumière, Warp 3 est 39 fois plus rapide, et ainsi de suite. Nous avons choisi trois vaisseaux célèbres de Star Trek pour lesquels des données sur leur vitesse maximale sont disponibles. Bien que les vaisseaux de la série ne puissent pas voyager en continu à la vitesse maximale, pour les besoins de nos calculs, nous utiliserons les vitesses maximales qu'ils sont capables d'atteindre.
Le vaisseau spatial du Capitaine Jonathan Archer de Star Trek: Enterprise
Ce vaisseau a la désignation NX-01. C'est le premier vaisseau de la série Enterprise, crucial pour explorer l'espace et poser les bases de la future Fédération. Sa vitesse maximale est de Warp 5, soit 214 fois la vitesse de la lumière. Avec ce vaisseau Enterprise, atteindre Pluton depuis la Terre ne prendrait qu'une minute et demie. Il faudrait sept jours pour atteindre l'étoile la plus proche, Proxima Centauri, et 15 ans pour atteindre le trou noir le plus proche, V616. Atteindre le centre de notre galaxie prendrait un énorme 121 ans, et il faudrait un incroyable 11 853 271 ans pour voyager jusqu'à Andromède.
Ce vaisseau couvrirait environ 17 années-lumière à vitesse maximale en 30 jours. Dans un rayon de 17 années-lumière de la Terre, il y a environ 50 à 60 systèmes stellaires avec environ 100 étoiles.
Le vaisseau spatial du Capitaine Jean-Luc Picard de Star Trek: The Next Generation
Le vaisseau spatial du Capitaine Jean-Luc Picard dans Star Trek: The Next Generation s'appelle USS Enterprise (NCC-1701-D). C'était le cinquième vaisseau de la lignée à porter le nom d'Enterprise et est l'un des vaisseaux les plus célèbres de la franchise Star Trek. Sa vitesse maximale est de Warp 9.6, soit 1 909 fois la vitesse de la lumière.
L'Enterprise de Picard atteindrait Proxima Centauri en seulement 19 heures et 28 minutes, et il faudrait environ un an et neuf mois pour atteindre le trou noir V616 Monocerotis. Atteindre le centre de notre galaxie prendrait 13 ans et sept mois, et voyager jusqu'à Andromède prendrait 1 328 ans.
En 30 jours, ce vaisseau pourrait couvrir 156 années-lumière. Dans un rayon de 156 années-lumière de la Terre, il y a environ 40 000 à 60 000 étoiles.
Le vaisseau spatial du Capitaine Kathryn Janeway de Star Trek: Voyager
Le vaisseau spatial du Capitaine Kathryn Janeway de Star Trek: Voyager s'appelle USS Voyager (NCC-74656). C'est un vaisseau de classe Intrepid connu pour sa mission dans le quadrant Delta. Sa vitesse maximale est de Warp 9.975, soit 5 126 fois la vitesse de la lumière. Voyager atteindrait Proxima Centauri en seulement 7 heures. Il faudrait sept mois pour atteindre le trou noir V616 et cinq ans pour atteindre le centre de notre galaxie. Andromède est toujours hors de portée, et il faudrait à ce vaisseau spatial 495 ans pour y parvenir.
À vitesse maximale, en 30 jours, ce vaisseau spatial pourrait couvrir 421 années-lumière. Dans un rayon de 421 années-lumière de la Terre, il y a environ 1,25 million d'étoiles.
L'avenir des voyages spatiaux
La vastitude de l'espace est un facteur limitant pour les voyages spatiaux. Les vaisseaux spatiaux que nous construisons actuellement peuvent atteindre des parties éloignées du système solaire et des objets comme Pluton en 10 ans ou plus. Les voyages interstellaires sont actuellement irréalisables, car il faudrait à notre vaisseau spatial le plus rapide 150 000 ans pour atteindre l'étoile la plus proche et revenir. Pour l'instant, nous sommes confinés à voyager au sein de notre système solaire. Pour les voyages interstellaires, notre technologie devrait atteindre au moins 20 % de la vitesse de la lumière afin qu'une sonde puisse atteindre l'étoile la plus proche en environ 20 ans. Des plans pour construire un tel vaisseau spatial qui s'accélérerait en utilisant des lasers puissants depuis la Terre existent, mais nous devrions attendre encore quatre ans pour les données qu'une telle sonde recueillerait.
Galaxie de la Voie lactée et la galaxie voisine d'Andromède. Crédit : NASA Goddard
Pour explorer avec succès les étoiles les plus proches, nous aurions besoin d'une vitesse proche de celle de la lumière. Cela rendrait environ 50 étoiles situées à 15 années-lumière de la Terre accessibles pour la recherche scientifique, bien que de tels voyages seraient très longs et qu'il faudrait plusieurs décennies pour recevoir les données des sondes. L'espace est si vaste que même les vaisseaux spatiaux capables de voyager à la vitesse de la lumière ne nous permettraient d'explorer que les étoiles les plus proches.
Si la vitesse de la lumière est impossible à atteindre et que les voyages plus rapides que la lumière ne sont pas réalisables, la probabilité de rencontrer un jour une civilisation extraterrestre avancée est extrêmement faible. L'univers peut être un ensemble de vie, mais les distances immenses dans l'espace rendent le contact entre les civilisations presque impossible, du moins dans notre partie de l'univers. L'exception pourrait être les étoiles au sein des amas d'étoiles, comme les amas globulaires, où les étoiles peuvent être aussi proches que 0,1 année-lumière. Cependant, même une telle petite distance est incroyablement grande pour une civilisation comme la nôtre. Voyager 1 mettrait environ 1 769 ans pour atteindre une étoile située à 0,1 année-lumière.
Les voyages plus rapides que la lumière sont-ils possibles ?
Théoriquement, les voyages plus rapides que la lumière sont fascinants, mais selon les lois scientifiques actuelles, en particulier la théorie de la relativité d'Einstein, il est impossible pour des objets ayant une masse de se déplacer plus vite que la lumière. Cependant, plusieurs idées théoriques suggèrent la possibilité de "contourner" cette limitation :
Moteur Alcubierre
Ce concept, proposé par le physicien Miguel Alcubierre en 1994, repose sur la création d'une "bulle" autour d'un vaisseau spatial, à l'intérieur de laquelle l'espace-temps reste intact. La bulle contracterait l'espace devant le vaisseau et l'étendrait derrière, permettant ainsi un voyage plus rapide que la lumière. Le vaisseau spatial ne se déplacerait pas réellement dans l'espace plus vite que la lumière, mais l'espace autour de lui serait déformé. Le problème est que cela nécessiterait l'utilisation de matière exotique avec une énergie négative, qui n'a pas encore été prouvée ou découverte.
Traversées de ver
Les traversées de ver sont des tunnels hypothétiques à travers l'espace-temps qui pourraient relier des points éloignés dans l'univers. Voyager à travers une traversée de ver pourrait permettre un "raccourci" efficace à travers l'espace, ce qui signifie qu'un voyageur n'aurait pas besoin de parcourir la distance entière entre deux points.
Bien que les traversées de ver soient mathématiquement possibles dans le cadre de la relativité générale, il n'existe aucune preuve de leur existence ou qu'elles resteraient stables suffisamment longtemps pour un usage pratique. De plus, leur entretien pourrait nécessiter de la matière exotique.
Tachyons
Selon la théorie, les tachyons sont des particules hypothétiques qui se déplacent toujours plus vite que la lumière. Cependant, leur existence n'a pas été prouvée. Si les tachyons existaient, ils violeraient certaines lois fondamentales de la physique, telles que la causalité, ce qui pourrait conduire à des paradoxes, comme voyager dans le temps en arrière.
Moteur à distorsion
Dans Star Trek, le moteur à distorsion utilise un concept similaire au moteur d'Alcubierre, où le vaisseau spatial ne voyage pas plus vite que la lumière dans le sens traditionnel, mais déforme plutôt l'espace-temps autour de lui. Bien que fictif, cette idée a inspiré des physiciens du monde réel à explorer les possibilités de déformation de l'espace-temps.
Espaces de quasicristaux ou dimensions supérieures
Dans certaines théories, comme la théorie des cordes, l'univers a plus de dimensions que nous pouvons percevoir. Voyager à travers des dimensions supérieures pourrait permettre des "raccourcis" dans l'espace tridimensionnel. Cette idée est encore très spéculative mais théoriquement intrigante.
Bien que ces idées soient intéressantes, la plupart d'entre elles sont encore dans le domaine de la théorie et de la science-fiction. Actuellement, nous n'avons pas la technologie ou les matériaux nécessaires pour réaliser des voyages plus rapides que la lumière, mais la recherche continue sur la matière exotique, l'espace-temps et la physique quantique continue d'offrir de nouvelles possibilités pour l'avenir.