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La science de Star Wars et la théorie physique de l’éther

Il y a bien longtemps, dans une galaxie lointaine, très lointaine… Ce célèbre préambule introduisant à l’écran les épisodes de la saga Star Wars projette depuis des décennies le spectateur dans un univers lointain, où la physique moderne semble particulièrement malmenée par des improvisations et exagérations scénaristiques de George Lucas. Le physicien Roland Lehoucq en a fait un de ses terrains de jeu préféré lorsqu’il les décrypte dans ses conférences pour notre plus grand plaisir. Mais ces incohérences scientifiques, qui font également partie du charme de cet univers de space fantasy, renvoient toutefois un questionnement théorique bien plus vaste : les lois de la Physique sont-elles respectées de la même manière dans tout l’univers ? Ou bien existe-t-il des zones alternatives dans lesquelles la physique de Star Wars deviendrait possible ?

Parmi les théories physiques pré-relativistes, il existe une notion désormais abandonnée stipulant qu’un milieu dénommé éther contribuerait à la transmission de la lumière et des principales interactions physiques. Dans l’Antiquité, l’éther était associée à l’idée de feu et de lumière. Éther était d’ailleurs un dieu de la mythologie grecque, personnifiant les couches supérieures du ciel, symbole de brillance et de pureté. Les philosophes grecs distinguèrent cependant dès Anaxagore l’air de l’éther. Platon le désigna comme la portion la plus pure de l’air, et Aristote le considéra comme cinquième élément alchimique. Ce dernier situa même l’éther aux confins des cieux, « là où se meuvent les astres ». Aristote remplit donc le premier notre vide spatial avec de l’éther.

La notion d’éther changea radicalement après les progrès de l’astronomie, à la fin de la Renaissance. Descartes élabora vers la fin du XVIIème siècle une théorie des tourbillons d’éther pour expliquer le mouvement des planètes. Cette physique qualitative revisite alors l’éther aristotélicien tout en réfutant l’idée d’un vide spatial. Il faudra attendre la gravitation universelle de Newton pour que ce modèle soit réfuté. Mais bien que satisfait de sa théorie, Newton ne se convainquit pas pour autant que deux corps puissent interagir entre eux sans médiation ou fluide intermédiaire, comme il l’écrivit dans ses correspondances. Ainsi, dans ses Principia, il conserva l’hypothèse d’une « espèce d’esprit très subtil qui pénètre à travers tous les corps solides. C’est par la force, et l’action de cet esprit que les particules des corps s’attirent mutuellement ». il s’agit de l’éther gravitationnel newtonien, dont les physiciens du XIXème siècle s’inspireront pour expliquer les différentes interactions entre corps physiques.

Depuis Huygens, Hooke et Descartes, la propagation de la lumière est attribuée à l’éther luminifère. Lorsqu’en 1801, Thomas Young chercha à interpréter l’interférence des ondes lumineuses comme résultante de la vibration de l’éther, ce milieu est alors défini par les physiciens comme « indétectable » ou subtil, permettant de diffuser la lumière des étoiles mais ne freinant aucun corps physique. En 1830, la théorie de Fresnel alors communément admise considérait la lumière comme une ondulation d’un éther. Cette affirmation permettait de rendre compte de la polarisation, d’expliquer l’expérience de Young et définissait l’éther comme un milieu solide et élastique dont les vibrations forment la lumière. Alors qu’il cherchait à unifier électricité et magnétisme, Maxwell introduisit en 1865 un modèle d’éther compatible avec les ondes électromagnétiques. Aussi en 1887, lorsque Michelson et Morley réalisèrent leur fameuse expérience, l’éther était devenu un principe physique théorique largement admis par la communauté scientifique. Hélas, les conclusions de leur expérience d’optique, sensée prouver l’existence de l’éther luminifère, contredirent toutes les prévisions théoriques. Les résultats de Michelson et Morley furent reproduits à plusieurs reprises alors que la technique était améliorée, tandis que les autres tentatives de mise en évidence de l’éther se soldèrent par des échecs.

Au début du XXème siècle, la communauté scientifique est partagée entre d’un côté les partisans de Larmor et Lorentz qui tentèrent de concevoir de nouvelles théories de l’éther plus abstraites, et de l’autre les scientifiques comme Poincaré qui rejetaient cette notion considérée comme inutile et dépassée. Le coup de grâce fut donné en 1905 lorsque Einstein publia sa théorie de la relativité restreinte, dans laquelle il n’eut nul besoin d’éther pour solutionner la vitesse de la lumière. Progressivement au cours du XXème siècle, la notion d’éther est abandonnée par les physiciens. Elle perdura encore dans d’autres disciplines ainsi que dans la vulgarisation scientifique pendant une bonne vingtaine d’années. L’ouvrage de Hugh Elliot « Modern Science and Materialism » (1919) abondait encore dans l’idée d’« ondes éthérées » pour lesquelles les sens humains étaient décrits comme limités et partiellement insensibles. La thèse, bien que reprenant le principe de l’éther scientifiquement invalidé une vingtaine d’années auparavant, demeurait alors encore discutée en physiologie des organes sensoriels. Quelques décennies plus tard, ces questionnements n’intéressaient plus que les métaphysiciens et les parascientifiques.

 

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L’éther devint alors un formidable champ d’investigation pour forger une physique alternative dans les œuvres de science-fiction. Et notamment afin d’expliquer en partie la physique de Star Wars ! Modérons cependant nos ambitions, l’éther ne règle pas toutes les incohérences, mais il permet d’expliquer quelques unes des caractéristiques les plus surprenantes de l’univers de la saga :

 

La Force serait-elle liée à la manipulation de l’éther ? C’est du moins l’interrogation que formule Roland Lehoucq dans ses conférences de vulgarisation. Dans son Principia, Newton ouvre la porte à une interprétation théologique de l’éther, laissant entrevoir en cet « esprit très subtil » une manifestation du sensorium Dei, sorte d’organe sensoriel du Divin permettant d’insuffler sa volonté aux objets physiques. Dans Star Wars, les manipulateurs de la Force influent sur la matière par l’intermédiaire d’un fluide mystique, qu’ils peuvent ressentir et canaliser. L’origine et la nature de la Force ne sont pas clairement comprises par les Jedi, qui avancent deux théories concurrantes. D’un côté la notion de Force Unifiée, majoritaire dans l’Ordre Jedi et imaginant la Force comme un milieu subtil reliant chaque particule de l’univers; et de l’autre la notion de Force Vivante, supposant que la Force provient de l’énergie psychique générée par les êtres vivants. George Lucas introduisit dès les premières ébauches de son univers la notion supplémentaire de midi-chloriens, micro-organismes endosymbiotiques dont la proportion dans les cellules serait positivement corrélée avec la capacité d’utiliser la Force. Cependant, il faut attendre la sortie de la Menace Fantôme en 1999 pour que leur existence soit révélée aux spectateurs. Il n’existe pas de lien de cause à effet biologique avéré entre les midi-chloriens et la sensibilité à la Force, uniquement une corrélation statistique. Certaines légendes Sith considèrent cependant ces micro-organismes comme le sensorium Dei de chaque manipulateur de la Force. Leur contrôle permet alors de contre-carrer l’entropie et de vaincre la mort. Mais si le midi-chlorien n’est qu’un organite cellulaire sensible à la Force, il ne fait que repousser le problème de l’origine de cet « esprit subtil » et s’accorde avec l’idée d’une Force éthérée. Enfin, les éclairs de Force des sorciers Sith ou la lumière de Force des chevaliers Jedi permettent également de supposer que cette force éthérée influe aussi bien sur la gravitation que sur l’électromagnétisme, revisitant au passage les hypothèses de Maxwell.

Les rayons lasers deviendraient visibles grâce à l’éther. Si comme l’affirmait Huygens la propagation de la lumière est attribuée à l’éther luminifère, alors il nous fait réécrire pour l’univers de Star Wars toutes les lois de l’optique ondulatoire. Lorsque nous utilisons un pointeur laser, le faisceau nous est visible qu’en pointant sa cible ou si de la matière interfère avec le flux de photons. L’expérience est simple à réaliser : au-dessus d’un pointeur laser, saupoudrez un peu de poussière de craie. Le faisceau devient alors visible par diffraction. Si au contraire, la lumière nécessite une transmission par de l’éther, comment interagit ce milieu subtil au cours de la propagation d’une onde éthérée de Fresnel ? La formulation d’un éther solide et élastique laisse également supposer que cette transmission puisse échauffer et exciter à son tour ce milieu. Lors de sa désexcitation, l’éther pourrait alors libérer de l’énergie sous forme de photons. A chaque impulsion d’une arme laser, un rayon lumineux suivrait la trajectoire du faisceau, à la manière de balles traçantes. Il se dissiperait alors que l’éther se désexcite rapidement. Nous obtenons ainsi l’effet visuel des tirs d’armes laser dans Star Wars. Il est même imaginable que cet état d’excitation de l’éther suive des règles quantiques : il faudrait atteindre un quantum d’énergie suffisant pour générer cette excitation et la désexcitation sous forme d’émission lumineuse. Or les armes de tir laser sont particulièrement dangereuses, ce qui laisse supposer que le faisceau laser est suffisamment puissant pour atteindre ce quantum lors de sa transmission.

Dans un espace éthéré, tout le monde vous entend crier. Curieusement, la propagation des ondes sonores dans l’éther fut moins discutée que la propagation d’ondes lumineuses. Et pourtant, plus la notion d’éther se rapproche d’un milieu solide et élastique, plus se pose la question de sa capacité à transmettre une interaction mécanique. Or l’onde sonore est justement une perturbation propagée par compression-dilatation d’un milieu matériel. Le son ne se propage donc pas dans le vide, mais les scènes de combats spatiaux de la saga nous indiquent que cet univers de fiction autorise tout de même sa propagation dans l’espace. La conclusion la plus simple s’imposant alors est que le milieu spatial de Star Wars n’est pas vide… mais rempli d’éther. Il ne reste alors plus qu’à supposer que les tirs de laser ou les allumages de moteurs provoquent également des vibrations de l’éther, propageant ainsi ces effets sonores si caractéristiques des scènes d’affrontement spatial. Enfin, l’absence de vide permet d’envisager des explosions dans l’espace, tout en rendant à nouveau les roquettes et autres missiles efficaces dans un combat spatial. Les ondes de choc se propagent dans notre milieu éthéré, et les fameuses charges sismiques du Slave 1 qui ont fait bondir de leur siège plus d’un physicien lors de la diffusion de l’épisode II deviennent enfin « réalistes » !

Les vaisseaux spatiaux se comportent enfin comme des avions ! Sur Terre, la portance aérodynamique permet d’expliquer comment une aile d’avion permet à l’appareil de s’élever et de se maintenir en altitude. Le principe est simple, il s’agit de la force subie par un corps au cours de l’écoulement d’un fluide. Étant donné que cette force s’exerce perpendiculairement, elle permet de quitter le plancher des vaches alors que l’appareil prend de l’élan. Au terme de cet article, nous avons défini l’éther de Star Wars comme un milieu subtil, intermédiaire des interactions gravitationnelles et électromagnétiques, mais également doté de propriétés solides et élastiques. Supposons que l’éther suive certaines des lois d’écoulement en mécanique des fluides, et malgré les paradoxes liés au fait que l’éther ne freine aucun corps selon les savants du XVIIème siècle, ce milieu peut-il alors assurer une portance aérodynamique dans l’espace ? Du moins cette interprétation permet-elle de régler le problème des figures acrobatiques des vaisseaux spatiaux telles que rapportées à l’écran, identiques dans une atmosphère comme dans l’espace ! Chose totalement impossible dans notre réalité : un combat spatial au-dessus de la Terre se limiterait à des allumages occasionnels des réacteurs pour corriger la direction, accélérer ou ralentir, des phases de tir quasiment invisibles à l’œil nu suivies de la dislocation en morceaux épars des cibles touchées. Le tout dans un silence le plus total, sans la moindre explosion. Tout au plus rajoutez une petite touche de projections de particules glacées si des réservoirs sont accidentellement percés. De plus, si l’éther ne freine pas la matière, pourquoi les réacteurs des vaisseaux spatiaux de Star Wars restent-ils allumés à vitesse constante ? Encore un paradoxe à régler, mais cette fois-ci de mécanique classique !

 

 

Nous l’avons vu au cours de cet article, la physique de l’univers Star Wars nécessite de revisiter entièrement notre compréhension moderne des interactions élémentaires et du milieu spatial. Clin d’œil amusant à l’histoire des sciences, il est possible de solutionner dans les grandes lignes une partie des paradoxes physiques de la saga en réintroduisant le concept d’éther physique. Mais cette réinterprétation ne suffit pas à régler d’autres problèmes majeurs, comme le voyage supraluminique, la conception d’un sabre laser ou encore la production d’assez d’énergie pour exploser une planète d’un seul tir d’Étoile Noire. Il n’est pas non plus question de vouloir à tout prix crédibiliser cet univers de space fantasy, ni à l’inverse de pointer du doigt ses incohérences scientifiques. George Lucas n’a jamais prétendu nous livrer une saga de hard science ni même réinventer la physique moderne. Comme pour toute œuvre de fiction, le lecteur ou spectateur aura la sagesse de suspendre son incrédulité, selon l’expression du poète Coleridge, afin de profiter du spectacle qui lui est offert. Accordons donc à notre imagination le bénéfice de la romance, tout en profitant de cette belle occasion qui nous est fournie de nous livrer à ce stimulant exercice de scientifiction !


Flatland – Edwin A. Abbott

flatland_coverTout le monde vous le dira, le plat pays de Flatland n’a que deux dimensions : la longueur et la largeur. Les hommes sont des figures géométriques, dont l’identification de leur nombre de côtés permet de les situer sur l’échelle sociale. Les femmes, quant à elles, ne sont que des lignes au babillage incessant. Mais tout gentleman vous le dira, les hypothèses de mondes à trois dimensions ou plus ne sont que de dangereuses hérésies qu’un honnête homme se doit d’ignorer ! Ainsi pensait notre hôte le Carré, respectable notable de Flatland et narrateur de cette allégorie satirique écrite en 1884 par Edwin Abbott.

Critique de la rigide société victorienne de la fin du XIXème siècle, Flatland nous introduit un surprenant monde à deux dimensions : les hommes présentent à la naissance des figures géométriques euclidiennes définissant leur statut social. Les triangles isocèles constituent la plus basse classe sociale, les triangles équilatéraux sont des marchands (petite bourgeoisie), les carrés font office de notables, les pentagones sont des médecins, les hexagones entrent dans la haute bourgeoisie, et les plus grands polygones représentent l’aristocratie jusqu’à ce que leur nombre croissant de côtés leur ouvre les portes de la caste monarchique des cercles. Si la plupart des hommes demeurent dans la caste de leurs pères, l’ascension sociale se caractérise par l’apparition de nouveaux côtés à la naissance. Mais la fréquence du phénomène biologique est inversement proportionnelle au statut social des géniteurs. Ainsi le Carré, notre guide dans ce curieux pays, nous explique qu’il est issu d’une longue lignée de triangles isocèles, son père ayant été le premier d’entre eux à s’élever jusqu’à la caste de triangle équilatéral. Viennent ensuite la richesse, la réussite sociale et la possibilité d’enfanter des rejetons dotés de côtés supplémentaires. Le Carré, respectable notable de Flatland, a ainsi quatre fils pentagones et deux petits-fils hexagones. Sa famille est donc en pleine ascension sociale.

Ce petit monde bien rangé ne manque pas d’assujettir la femme au simple statut de ligne. Considérée à la fois comme une génitrice et pourvoyeuse de statut social, elle représente un atout crucial pour les figures géométriques de castes inférieures qui chercheront à souscrire un mariage arrangé avec une famille de caste supérieure et ainsi augmenter leurs probabilités d’enfanter des rejetons supérieurs. La femme présente également une menace pour ces figures géométriques, sa pointe formant un durillon mortel si par malheur elle vient à transpercer un homme. Et voilà notre pauvre femme obligée de manifester en permanence sa présence par un babillage incessant, sous peine d’exécution capitale en cas de rébellion contre cette société patriarcale ! La satire de la société victorienne n’est donc guère difficile à deviner, et l’allégorie du Pr. Abbott pourrait s’apparenter à un brûlot politique s’il n’introduisait pas rapidement un élément perturbateur dans la vie bourgeoise de notre Carré. Alors que ce dernier s’apprête à fêter dignement le troisième millénaire, voilà qu’une Sphère pénètre dans sa maison plate. Le Carré, qui croit d’abord à l’intrusion d’un cercle de la noblesse, s’aperçoit rapidement que cette figure géométrique ne vient pas du nord mais d’en haut !

Flatland devient dès lors un curieux essai géométrique, dans lequel une Sphère tente de convaincre un Carré que le monde ne se limite pas aux seules dimensions que sa perception lui permet d’appréhender. A partir de cette révélation, la Sphère veut faire du Carré le prophète de l’Evangile des Trois Dimensions, mais ce dernier est partagé entre la contemplation géométrique et ses nouveaux devoirs religieux. Abbott, professeur et théologien anglais, oriente ici Flatland vers la satire mathématique et religieuse. Faisant voyager le Carré dans les curieux royaumes de Pointland et Lineland, il révèle à son narrateur comment science et religion modèlent la perception du monde : il suffit que la première peine à décrire l’univers pour que la seconde s’empresse d’imposer ses maximes. L’une comme l’autre, elles échouent lamentablement, et la religion de la Sphère n’est qu’une vaine tentative pour corriger ces échecs. Mais Abbott va encore plus loin dans l’allégorie. A l’époque de la rédaction de Flatland, les mathématiques supérieures ne dépassent guère les trois dimensions intuitives. Les quelques rares intrusions dans une quatrième dimension et au-delà se présentent comme des curiosités mathématiques, encore jugées comme des spéculations d’avant-garde. Sans en avoir eu la moindre intuition, Abbott va pourtant dialoguer à travers son allégorie avec la génération suivante de physiciens. En 1920, William Garnett publie dans la revue Nature une lettre intitulée « Euclide, Newton et Einstein » et dans laquelle il attire l’attention de ses contemporains sur la satire d’Abbott : « Il y a une trentaine d’années ou davantage, un petit jeu d’esprit fut écrit par le Dr Edwin Abbott, sous le titre Flatland (Le Plat Pays). A l’époque de sa publication, il ne suscita pas tout l’intérêt qu’il méritait […]. Transférons cette analogie à un mouvement de la quatrième dimension dans un espace tridimensionnel ! Supposons que le passé et l’avenir de l’univers soient dépeints dans un espace quadridimensionnel et visibles pour tout être qui a conscience de la quatrième dimension. S’il se produit un mouvement de notre espace tridimensionnel relatif à la quatrième dimension, tous les changements que nous ressentons et que nous attribuerons au passage du temps seront dus simplement à ce mouvement, l’ensemble de l’avenir ainsi que du passé existant toujours dans la quatrième dimension ». Flatland trouve soudain un écho avec les travaux d’Einstein ou de Minkowski, révèle la complexité d’un monde aux dimensions multiples, et séduit les physiciens en quête de réflexion sur les quatre dimensions de l’espace-temps. Un coup de maître pour ce cher Pr Abbott, dont le « jeu d’esprit » dépasse la satire sociale et religieuse et s’inscrit conceptuellement dans la physique et mathématiques modernes !

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La demeure du Carré (illustration de la 1ère édition anglaise).

Roman allégorique plutôt ignoré lors de sa parution, redécouvert par la « nouvelle » génération de scientifiques au début du XXème siècle, Flatland est entré dans la culture scientifique et populaire comme une œuvre insolite, démontrant que les limites de nos certitudes se doivent d’être dépassées si nous voulons explorer la physique de notre univers. La culture « geek » s’est plus récemment réapproprié Flatland, notamment grâce aux allusions qu’en font Sheldon Cooper dans la série The Big Bang Theory ou le Pr. Farnsworth dans Futurama. En 2007, Seth Caplan co-produisit une adaptation animée du roman d’Abbott. S’intéressant au problème de la découverte scientifique face à l’obscurantisme sociétal, Caplan gomme toute la satire de la société victorienne, réduisant Flatland à un film-document à destination des enseignants et animateurs scientifiques. L’adaptation y perd hélas en intérêt par rapport à l’œuvre originale.


Podcast #2 – Les Empires Galactiques

La Pax Romana dans les étoiles. Des milliers de planètes unifiées sous la bannière d’un Empereur. D’immenses flottes spatiales s’affrontant dans l’espace, conquérant de nouveaux domaines. Et de gigantesques mondes-capitales régnant au cœur de ces hégémonies stellaires. Les Empires galactiques font partie intégrante des meilleurs univers de space-opéra. Mais quels points communs partagent-ils avec la Rome Antique, leur lointaine source d’inspiration historique ? Quelles limites économiques et sociologiques menacent ces empires interstellaires ? Et pourrons-nous un jour relier les mondes d’un Impérium galactique tout en respectant les Lois de la Physique?

C’est ce que je vous propose de découvrir dans ce second épisode podcast du Traqueur Stellaire !

 


Top 10 des projets de SF que la NASA veut réaliser pour explorer l’univers

L’agence spatiale américaine cherche en permanence à faire progresser la recherche appliquée. Si certains de ces projets n’ont jamais dépassé le stade de la planche à dessin, d’autres ont abouti à la navette spatiale, à la station internationale ou encore aux premiers pas de l’homme sur la Lune. Cette année encore, de nombreux projets scientifiques ont été soumis au programme d’exploration spatiale de la NASA. Ceux ayant été admis en phase I de réalisation sont désormais crédités de 100.000 dollars américains. S’ils franchissent avec succès les études préliminaires d’une durée de neuf mois, ils seront autorisés à poursuivre en phase II pendant deux ans et seront crédités de 500.000 dollars supplémentaires.

Parmi les quinze sélectionnés pour cette première phase de R&D, dix projets m’ont particulièrement impressionné pour leurs connexions fantastiques entre sciences et science-fiction. Que ce soit le développement d’un GPS spatial, la création d’essaims de robots sociaux ou encore l’envoi d’un calamar robotisé dans les océans lunaires, il y a de quoi rêver à la science de demain ! Voici donc sans plus attendre mon top 10 des projets les plus fous actuellement à l’étude :

 

 

Chandra-crab1. Un système de navigation dans l’espace profond basé sur les pulsars

Comment fonctionnera le GPS de l’espace ? Peut-être grâce aux étoiles à neutrons et à leurs émissions électromagnétiques caractéristiques. Michael Hecht, chercheur au MIT, propose ainsi d’utiliser les données radio des quasars, pulsars et autres sources d’émissions similaires afin de guider les vaisseaux spatiaux dans l’espace. Le projet, baptisé DARN (Differential Deployable Autonomous Radio Navigation) équipera peut-être un jour les systèmes de navigation de sondes interstellaires. Première phase de ce projet : dresser un catalogue de ces sources électromagnétiques afin de permettre leur reconnaissance et déterminer sa propre localisation dans l’espace. Pour Proxima Centauri, tournez à droite après la prochaine planète naine.

 

 

interstellar_travel2. Des micro-satellites pour l’exploration interstellaire

A l’heure actuelle, nos rares sondes en passe de quitter définitivement le système solaire sont semblables à des bouteilles jetées en mer, sans grand espoir de garder le contact avec elles. Phil Lubin, de l’Université de Californie, souhaite renouveler l’exploit et même multiplier le nombre de sondes envoyées vers l’espace profond. Ses satellites-plaquettes seraient propulsés directement par rayons lasers, une technologie développée depuis 40 ans par les ingénieurs de la NASA. Les satellites miniatures seraient conçus pour compléter la détection à longue distance actuellement menée par les télescopes orbitaux. Ces minuscules satellites pourraient même théoriquement accélérer jusqu’à des vitesses relativistes, faisant d’eux nos premières véritables sondes interstellaires !

 

 

LROC_moon_view3. Des essaims de robots explorateurs sur la Lune

La Lune présente d’importantes ressources naturelles que l’agence spatiale américaine ne souhaite pas négliger. Afin de prospecter plus efficacement la surface de notre satellite naturel, Jeffrey Plesia de l’Université Hopkins propose le concept CRICKET, acronyme de « Cryogenic Reservoir Inventory by Cost-Effective Kinetically Enhanced Technology ». Un essaim de robots parcourt la surface lunaire à la manière d’insectes sociaux. L’un d’eux est un orbiteur (la Reine, en charge de la coordination, localisation et communication), un autre est un collecteur (la Ruche, en charge de la réception des échantillons, du ravitaillement et de la navigation à la surface) et tous les autres robots de l’essaim sont des Criquets (des Ouvriers chargés de l’exploration et de la prospection). Chaque Criquet serait équipé d’analyseurs chimiques et de capteurs numériques, permettant ainsi de dresser rapidement de vastes cartes géologiques lunaires à haute résolution.

 

 

atmosphere_jupiter4. Surfer sur les courants atmosphériques des géantes gazeuses

Soyons clairs : il ne s’agit pas de poser le pied sur une géante gazeuse ! Le rêve littéraire se Simak serait difficilement réalisable, convenons-en sans ironie. Cependant, la NASA a peut-être trouvé une solution afin de contourner le problème : envoyer des robots planeurs dans l’atmosphère de ces géantes gazeuses. Ces WindBots utiliseraient l’énergie des puissants courants atmosphériques et champs magnétiques de Jupiter et Saturne afin d’explorer ces deux géantes de notre système solaire. A la clé, une maîtrise exceptionnelle de la robotique et la collecte de données inédites sur l’atmosphère des planètes gazeuses.

 

 

5. Miner des astéroïdes pour ravitailler les vaisseaux spatiaux

Un des problèmes majeurs pour l’exploration de notre système solaire à partir de propulseurs chimiques demeure le ravitaillement en carburant d’un vaisseau en transit dans l’espace. John Lewis de Deep Space Industries a peut-être la solution : exploiter directement le carburant disponible dans l’espace ! En minant les astéroïdes proches de la Terre, il serait ainsi possible de réapprovisionner les réservoirs d’un vaisseau spatial. Cependant, ce carburant spatial nécessiterait l’emploi d’un comburant approprié. Un problème délicat, car le peroxyde d’azote utilisé sur Terre par l’astronautique en raison de son stockage stable ne serait pas le meilleur choix à retenir pour ce carburant miné sur place. Reste donc à trouver une molécule alternative au peroxyde d’azote : il faudra qu’elle soit stockable sur Terre ou synthétisable dans l’espace !

 

 

deformable_mirror6. Des miroirs déformables selon les champs magnétiques

Un télescope réflecteur doté d’un miroir déformable et reconfigurable à volonté permettrait d’améliorer sensiblement la qualité et la précision des télescopes utilisés par les scientifiques. Deux équipes de l’Université de Northwestern et de l’Université de l’Illinois travaillent actuellement sur un revêtement intelligent disposé sur le dos d’un miroir déformable. Selon les impulsions fournées par une tête d’écriture magnétique sur le matériau, le miroir du télescope pourrait de se déformer et garder sa nouvelle configuration pendant de longues périodes d’observations. Une innovation qui révolutionnerait sensiblement l’astronomie !

 

 

philae_tchouri7. Provoquer des mini-séismes sur des astéroïdes ou des comètes

L’idée peut sembler un peu violente : afin de prospecter un astéroïde ou une comète, il suffirait de provoquer un mini-séisme à sa surface. Jeffrey Plescia, de l’Université Hopkins, propose ainsi de développer des nano-satellite CubeSats avec micro-sismomètres embarqués. Une fois le CubeSat en orbite autour de l’objet céleste à analyser, il s’y poserait et martèlerait sa surface avec un projectile. L’énergie sismique ainsi générée serait analysée par le CubeSat et fournirait de précieuses informations sur la structure du corps rocheux. La technique est directement inspirée de l’analyse de la structure interne de la Terres à partir d’ondes sismiques naturelles. Bon courage à nos amis américains, pour une fois nous autres européens avons une longueur d’avance avec Rosetta et Philae !

 

 

squid_robot8. Un sous-marin robotisé en forme de calamar pour explorer les océans lunaires

Dernièrement, la presse nous rapportait le projet d’un robot sous-marin développé pour une future exploration des lacs de méthane de Titan. Masn Peck, de l’Université de Cornell, veut aller encore plus loin en explorant l’océan sub-surfacique de la lune jovienne Europa. Son robot sous-marin est plutôt original, puisqu’il aurait l’allure d’un calamar géant ! Grâce à l’effet de turbine de ses tentacules mécaniques, il pourrait fournir l’énergie électrique nécessaire à l’électrolyse de l’eau, fournissant ainsi du dioxygène et du dihydrogène gazeux pour assurer le maintien de sa propre structure gonflable ainsi que sa propulsion. Notre calamar robotisé découvrira-t-il de la vie dans les océans des lunes de Jupiter ou Saturne ?

 

 

stratosphere9. Des drones volant en permanence dans la stratosphère

Vous souvenez-vous du film Interstellar et de ce drone indien redescendu accidentellement à basse altitude après des années de vol autonome dans la haute atmosphère ? Des ingénieurs américains souhaitent transformer ce rêve en réalité, grâce au développement d’une plate-forme permanente d’étude de la stratosphère terrestre. Utilisant le cisaillement du vent comme système de propulsion, le drone stratosphérique utiliserait également des films solaires et une éolienne intégrée comme sources d’approvisionnement électrique. L’avion automatisé sera envoyé en binôme, chacun volant à des altitudes différentes. Ils pourront ainsi fournir des données pour différents régimes significatifs de vents et s’adapteront aux conditions atmosphériques en assurant leur propulsion.

 

 

superconductivity10. Développer une super-congélation pour les missions dans l’espace profond

Afin de bénéficier des avantages d’une supraconduction et du stockage cryogénique dans l’espace, une équipe du NASA Kennedy Space Center propose de développer une technologie permettant d’atteindre de très basses températures sans avoir à dépenser de l’énergie en systèmes de refroidissement. Grâce à des surfaces à refroidissement passif extrême, les ingénieurs de la NASA sont parvenus à abaisser la température de prototypes de -50°c par rapport à la température ambiante. Mais leur technologie pourrait théoriquement être encore plus efficace dans le vide spatial. Avantage particulièrement intéressant de ces revêtements : ils pourraient également servir de boucliers contre les radiations cosmiques.

 

A lire aussi : une entreprise veut miner les astéroïdes, des ballons gonflables sur Vénus, un sous-marin dans les lacs de Titan.


Dernière valse pour les partisans du géocentrisme

Galilee-a-tortEn novembre 2010 se déroulait à l’Hôtel Garden Inn de South Bend, Indiana, la première – et unique – conférence catholique sur le géocentrisme. Ce rendez-vous exceptionnel que vous regrettez certainement d’avoir raté réunissait les dix plus grands détracteurs de l’héliocentrisme, dont parmi eux le Dr. Robert Sungenis et sa fracassante intervention : « Le Géocentrisme : Ils le savent, mais ils le cachent » ou encore le Dr. Robert Bennett et ses « expériences scientifiques démontrant l’immobilité de la Terre dans l’espace ». Tout un programme. Sachez que le merchandising n’était pas en reste, puisqu’il était même possible de repartir avec le livre des deux compères Sungenis et Bennet, « Galileo Was Wrong : The Church Was Right », 1200 pages d’un réquisitoire sans appel également disponible en version numérique sur CD-Rom. Inutile de préciser qu’après un tel tour de force, nos fiers géocentristes ne pouvaient que renvoyer dans les cordes la blasphématrice communauté scientifique.

Hélas, quatre années se sont écoulées, et il semblerait que ces mécréants de physiciens rechignent toujours à admettre l’évidence. Est-ce par dépit que nos fiers défenseurs du géocentrisme n’ont point souhaité renouveler leur rendez-vous scientifique de haut niveau ? Ou bien faut-il y voir la preuve qu’un complot ourdi depuis les plus hautes sphères supranationales œuvre pour nous cacher la vérité ? Mais trêves de sarcasmes ; aussi saugrenu que cela puisse paraître, le géocentrisme attire encore de nos jours quelques rares partisans. Internet se fait comme toujours l’écho de leurs élucubrations, et avec le temps deux mouvements distincts sont apparus : d’un côté les partisans d’une astrophysique purement biblique, de l’autre les adeptes des théories du complot en quête d’une improbable vérité. Autant dire qu’aucun de ces deux camps n’admet les enseignements pourtant élémentaires de nos manuels d’astronomie.

Mais comment peut-on croire encore au XXIème siècle que la Terre est le centre du système solaire ? Il peut sembler ridicule que des quidams puissent encore se fier au lever oriental et au coucher occidental du Soleil pour admettre le géocentrisme, ou encore rejeter le principe même de la force de Coriolis au nom de leur livre saint. La dispute semble elle-même largement dépassée, puisque dès le Vème siècle avant J.C., le philosophe grec Philolaos de Crotone émettait l’hypothèse que la Terre ne fut pas le centre de l’univers mais un astre tournant autour d’un grand « feu central ». Les grecs anciens avaient d’ailleurs perfectionné le système en un modèle hélio-géocentriste, que le savant Héraclide du Pont décrivait vers 340 av. J.C. comme la révolution de Vénus et Mercure autour d’un Soleil lui-même en orbite autour d’une Terre immobile. Sans oublier la première théorie scientifique d’héliocentrisme à proprement parler, que nous devons au savant Aristarque de Samos qui, au IIIème siècle av. J.C., proposa un modèle héliocentrique justifié par le postulat que les corps célestes de petit diamètre ne peuvent que tourner autour de ceux présentant un plus grand diamètre. Et pendant qu’en Europe médiévale la plupart des savants, bridés par l’autorité ecclésiastique, se limitaient aux critiques que formula Archimède en son temps pour rejeter l’héliocentrisme, les sciences indiennes et musulmanes connaissent un véritable âge d’or et de lumières. Les astronomes indiens Âryabhata (V-VIème siècle) et Bhāskarācārya (XIIème siècle), ainsi que le savant perse Nasir ad-Din at-Tusi (XIIIème siècle) développèrent leurs propres modèles d’univers héliocentriques. Pendant ce temps en Europe, deux périodes obscurantistes faisaient rage : d’abord la chute de Rome, ensuite les croisades d’une chevalerie chrétienne fanatisée.

Nicolas Copernic

Nicolas Copernic

Il faut attendre la Renaissance pour qu’enfin les astronomes européens osent enfin affirmer leurs intuitions personnelles. Le chanoine polonais Nicolas Copernic (1473-1543) publie en sa dernière année d’existence son fameux ouvrage De revolutionibus orbium coelestium, dans lequel il présente un nouveau modèle d’héliocentrisme. Copernic est encore considéré à tort comme le premier découvreur de ce modèle astronomique. Il s’agit d’un mythe habilement forgé par l’intéressé, qui retire dans la version finale de son ouvrage toute mention faite à Aristarque de Samos pour ne privilégier que Héraclide du Pont, certes plus populaire auprès des lettrés du moyen-âge mais lui permettant de suggérer à ses lecteurs la paternité de son modèle héliocentrique. Copernic n’est pas pour autant un fraudeur : son principal travail scientifique cherchait à corriger mathématiquement les erreurs et incompréhensions astronomiques de son époque, pour la plupart liées à l’utilisation de modèles géocentriques. Ses travaux sont ardemment défendus par le savant italien Galilée (1564-1642), qui ne fut pas son contemporain mais dont les observations astronomiques vinrent appuyer le modèle héliocentrique copernicien. Le personnage de Galilée mériterait un article à part entière tant son nom s’accompagne de rumeurs et fausses histoires. Contrairement à un des hoax les plus répandus, Galilée n’a jamais inventé la lunette astronomique, mais fut parmi les premiers à utiliser une lunette d’approche comme instrument d’observation céleste. Ses découvertes viennent progressivement infirmer le géocentrisme promu par l’Église. Dans un premier temps, il observa plusieurs satellites de Jupiter, que l’on baptise depuis « satellites galiléens », et remit partiellement en cause le géocentrisme à partir de ces découvertes. Quelques mois plus tard, il découvrit les phases de Vénus, comparables à celles de la Lune. Mais alors qu’il consignait ses observations, deux irrégularités vinrent le convaincre définitivement d’adopter l’héliocentrisme copernicien. D’abord, Vénus présente toutes les phases possibles et non certains quarts, comme le prédit le modèle géocentriste. Ensuite, la taille de Vénus varie au cours de son cycle de phases ; or si la Terre était immobile au centre du système, le diamètre de l’étoile du Berger devrait rester constant.

S’il existe bien une observation permettant de rejeter le géocentrisme sans le moindre doute, nous la devons à Galilée. Il suffirait en définitive de convaincre les partisans du géocentrisme d’observer tous les soirs Vénus à la lunette astronomique pendant plusieurs mois et de constater son évolution. Rien d’insurmontable pour quiconque s’équipant d’un télescope grand public et d’une caméra numérique adaptable. Certains astronomes amateurs se sont d’ailleurs prêtés à l’exercice et ont ainsi réalisé de superbes photomontages. Il faut cependant s’armer de patience, le cycle complet de Vénus durant 584 jours. Cependant, le phénomène reste compatible avec le modèle hélio-géocentriste de Tycho Brahé (1546-1601), lui-même inspiré des idées d’Héraclide du Pont. Dans la théorie de Brahe, le Soleil et la Lune tournent autour d’une Terre immobile, tandis que Mars, Mercure, Vénus, Jupiter et Saturne tournent autour du Soleil. Lors du procès de Galilée, l’inquisiteur jésuite Roberto Bellarmino (canonisé en 1931) reprit les thèses de Brahe pour infirmer les arguments de l’astronome italien. Le système de Copernic (1473 – 1543) fut déclaré contraire à la Bible par l’Église en 1616, tandis que système de Tycho Brahe était adopté par les jésuites, puis progressivement par l’Église catholique dans son ensemble. Contrairement à une autre légende tenace, si Galilée est condamné par l’Église, il ne fut jamais livré au bûcher. Son abjuration publique prononcée en 1633 lui épargna cette sentence à mort, de même qu’il ne rétorqua jamais sa fameuse phrase « et pourtant elle tourne » , aparté apocryphe qui, s’il l’eut prononcé, lui aurait valu pour le coup le bûcher. Galilée fut d’abord assigné à résidence chez l’archevêque Piccolomini à Sienne, avant d’être autorisé à retourner vivre dans sa villa d’Arcetri où il finit ses jours.

Qu’en est-il de l’abandon du modèle de Brahe ? Sa réfutation nécessita une meilleure connaissance astronomique et optique, mais s’opéra dès le siècle suivant. En 1728, l’astronome anglais James Bradley démontra la révolution de la Terre autour du soleil en résolvant le problème d’aberration de la lumière. En 1838, l’allemand Frederich Wilhelm Bessel mesura la parallaxe d’une étoile, donnée empirique que Galilée était incapable de fournir avec l’instrumentation de son époque pour prouver de manière irréfutable son prise de position en faveur du modèle héliocentrique. Quant à la rotation de la Terre sur elle-même, dernière clé du modèle, elle ne fut guère plus complexe à prouver expérimentalement. En 1851, Foucault (1819-1868) proposa au Panthéon de Paris une expérience restée célèbre : grâce au simple mouvement d’un pendule géant, il démontra de manière spectaculaire la rotation du globe terrestre.

Face à l’accumulation de preuves, l’Église catholique est bien obligée de faire machine arrière. Les levées d’index entourant les thèses héliocentriques sont prononcées en 1741 puis 1757. Il faudra pourtant attendre 1992 pour que le Vatican reconnaisse officiellement les erreurs commises par la plupart des théologiens lors de l’affaire Galilée. Il est donc difficile de croire qu’encore aujourd’hui, des militants se réclament du géocentrisme. Et pourtant, l’anecdotique conférence américaine de 2010 est là pour nous rappeler que certains intellectuels emprisonnent encore leur esprit critique derrière les barreaux de l’obscurantisme religieux. Le plus ridicule dans cette affaire ? nulle part dans la Bible il n’est dépeint de modèle astronomique pour notre système solaire : tout au mieux peuvent-ils tirer de l’Ancien Testament une traduction contestable à la source de leur interprétation subjective. Mais nos partisans d’une Terre immobile ne sont plus à une absurdité près !

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Mars : la NASA opte pour le moteur VASIMR

La course vers Mars n’est pas abandonnée, comme le claironne le journal Libération ! Il est vrai qu’après les retards accumulés, les annonces politiques sans cesses répétées et les désillusions autour du programme privé Mars One, le grand public se montre plutôt réticent quant à la promesse d’un astronaute foulant le sol martien d’ici les vingt prochaines années. Et pourtant, la NASA n’a pas encore jeté l’éponge. Parmi les obstacles rencontrés par ce projet pharaonique figurent la durée de la mission habitée, estimée à un an et demi. Durant le trajet, les astronautes devront lutter contre les effets négatifs d’un séjour prolongé dans l’espace sur le corps humain, mais seraient également menacés par une exposition prolongée aux radiations solaires. La mission pourrait donc être sérieusement compromise si des problèmes de santé invalidaient l’équipage durant leur voyage …

Prototype de moteur VASIMR. (c)  Ad Astra Rocket Company.

Prototype de moteur VASIMR. (c) Ad Astra Rocket Company.

Afin de rallier la planète rouge sans encombres, une solution logique consisterait à réduire considérablement le trajet aller-retour. Or pour y arriver, il faut trouver une alternative aux propulseurs chimiques traditionnels. La NASA pense avoir cependant trouvé une piste exploitable grâce au moteur VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket), une piste développée par un ancien astronaute de l’agence américaine, le Dr. Franklin Chang-Díaz. Selon ce physicien spécialiste des plasma, un vaisseau équipé d’une telle technologie rallierait Mars en seulement 39 jours. Son entreprise, Ad Astra Rocket Company, a donc été sélectionnée afin de développer un prototype à hauteur de 10 millions de dollars de crédits étalés sur trois ans. Le cahier des charges exige que le modèle valide l’échelon 5 sur une échelle de validation comprenant 9 étapes : le moteur devra être jugé crédible non pas uniquement en théorie (échelon 2) ou après la validation de ses composants en laboratoire (échelon 4), mais ses éléments constitutifs devront être testés dans un environnement représentatif et jugés intégrables à des modules spatiaux déjà existants. Les échelons 6 et 7 concernent quant à eux la réalisation de tests dans l’espace, la société Ad Astra Rocket Company devra donc fournir d’ici trois ans un prototype embarquable.

Les aspects physiques et techniques du moteur VASIMR ont déjà fait l’objet d’un article sur ce blog, les lecteurs intéressés pourront s’y rapporter. Outre le rêve martien, cette technologie a déjà été envisagée par des universitaires pour explorer et coloniser les lunes joviennes ! Plus sérieusement, il fut proposé voici quelques années d’installer un moteur VASIMR sur la station spatiale internationale, ceci afin de tester le prototype tout en corrigeant l’alititude de la station. Aucun programme concret de test n’a encore été proposé, l’objectif actuel étant pour la société du Dr. Franklin Chang-Díaz de relever le challenge de la NASA. Certains avis critiques se sont cependant montrés sceptiques quant au projet : Robert Zubrin, président de la Mars Society, estime pour sa part que le moteur nécessiterait un apport énergétique bien trop important et techniquement irréalisable avec la technologie spatiale actuelle. Affaire à suivre.

Un vaisseau à moteur Vasimr en orbite autour de Mars (vue d'artiste). (c) Ad Astra Rocket Company

Un vaisseau à moteur Vasimr en orbite autour de Mars (vue d’artiste). (c) Ad Astra Rocket Company