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Resultados científicos revolucionarios en la estación espacial de 2023

The voyage to interstellar space.

Susannah Darling

Katy Mersmann

The magnetometer, the cosmic ray subsystem, the plasma instrument.

By all means, Voyager 1 and Voyager 2 shouldn’t even be here. Now in interstellar space, they are pushing the limits of spacecraft and exploration, journeying through the cosmic neighborhood, giving us our first direct look into the space beyond our star.

But when they launched in 1977, Voyager 1 and Voyager 2 had a different mission: to explore the outer solar system and gather observations directly at the source, from outer planets we had only seen with remote studies. But now, four decades after launch, they’ve journeyed farther than any other spacecraft from Earth; into the cold, quiet world of interstellar space.

Originally designed to measure the properties of the giant planets, the instruments on both spacecraft have spent the past few decades painting a picture of the propagation of solar events from our Sun. And the Voyagers’ new mission focuses not only on effects on space from within our heliosphere — the giant bubble around the Sun filled up by the constant outflow of solar particles called the solar wind — but from outside of it. Though they once helped us look closer at the planets and their relationship to the Sun, they now give us clues about the nature of interstellar space as the spacecraft continue their journey.

The environment they explore is colder, subtler and more tenuous than ever before, and yet the Voyagers continue on, exploring and measuring the interstellar medium, a smorgasbord of gas, plasma and particles from stars and gas regions not originating from our system. Three of the spacecraft’s 10 instruments are the major players that study how space inside the heliosphere differs from interstellar space. Looking at this data together allows scientist to piece together our best-yet picture of the edge of the heliosphere and the interstellar medium. Here are the stories they tell.

On the Sun Spot , we have been exploring the various instruments on Voyager 2 one at a time, and analyzing how scientists read the individual sets of data sent to Earth from the far-reaching spacecraft. But one instrument we have not yet talked about is Voyager 2’s Magnetometer, or MAG for short.

During the Voyagers’ first planetary mission, the MAG was designed to investigate the magnetospheres of planets and their moons, determining the physical mechanics and processes of the interactions of those magnetic fields and the solar wind. After that mission ended, the Voyager spacecraft studied the magnetic field of the heliosphere and beyond, observing the magnetic reach of the Sun and the changes that occur within that reach during solar activity.

Getting the magnetic data as we travel further into space requires an interesting trick. Voyager spins itself around, in a calibration maneuver that allows Voyager to differentiate between the spacecraft’s own magnetic field — that goes along for the ride as it spins — and the magnetic fields of the space it’s traveling through.

The initial peek into the magnetic field beyond the Sun’s influence happened when Voyager 1 crossed the heliopause in 2012. Scientists saw that within the heliosphere, the strength of the magnetic field was quite variable, changing and jumping as Voyager 1 moved through the heliosphere. These changes are due to solar activity. But once Voyager 1 crossed into interstellar space, that variability was silenced. Although the strength of the field was similar to what it was inside the heliosphere, it no longer had the variability associated with the Sun’s outbursts.

This graph shows the magnitude, or the strength, of the magnetic field around the heliopause from January 2012 out to May 2014. Before encountering the heliopause, marked by the orange line, the magnetic strength fluctuates quite a bit. After a bumpy ride through the heliopause in 2012, the magnetic strength stops fluctuating and begins to stabilize in 2013, once the spacecraft is far enough out into the interstellar medium.

In November 2018, Voyager 2 also crossed the heliopause and similarly experienced quite the bumpy ride out of the heliopause. Scientists are excited to see how its journey differs from its twin spacecraft.

Scientists are still working through the MAG data from Voyager 2, and are excited to see how Voyager 2’s journey differed from Voyager 1.

Much like the MAG, the Cosmic Ray Subsystem — called CRS — was originally designed to measure planetary systems. The CRS focused on the compositions of energetic particles in the magnetospheres of Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune. Scientists used it to study the charged particles within the solar system and their distribution between the planets. Since it passed the planets, however, the CRS has been studying the heliosphere’s charged particles and — now — the particles in the interstellar medium. 

The CRS measures the count rate, or how many particles detected per second. It does this by using two telescopes: the High Energy Telescope, which measures high energy particles (70MeV) identifiable as interstellar particles, and the Low Energy Telescope, which measures low-energy particles (5MeV) that originate from our Sun. You can think of these particles like a bowling ball hitting a bowling pin versus a bullet hitting the same pin — both will make a measurable impact on the detector, but they’re moving at vastly different speeds. By measuring the amounts of the two kinds of particles, Voyager can provide a sense of the space environment it’s traveling through.

These graphs show the count rate — how many particles per second are interacting with the CRS on average each day — of the galactic ray particles measured by the High Energy Telescope (top graph) and the heliospheric particles measured by the Low Energy Telescope (bottom graph). The line in red shows the data from Voyager 1, time shifted forward 6.32 years from 2012 to match up with the data from Voyager around November 2018, shown in blue.

CRS data from Voyager 2 on Nov. 5, 2018, showed the interstellar particle count rate of the High Energy Telescope increasing to count rates similar to what Voyager 1 saw then leveling out. Similarly, the Low Energy Telescope shows a severe decrease in heliospheric originating particles. This was a key indication that Voyager 2 had moved into interstellar space. Scientists can keep watching these counts to see if the composition of interstellar space particles changes along the journey.

The Plasma Science instrument, or PLS, was made to measure plasma and ionized particles around the outer planets and to measure the solar wind’s influence on those planets. The PLS is made up of four Faraday cups, an instrument that measures the plasma as it passes through the cups and calculates the plasma’s speed, direction and density.

The plasma instrument on Voyager 1 was damaged during a fly-by of Saturn and had to be shut off long before Voyager 1 exited the heliosphere, making it unable to measure the interstellar medium’s plasma properties. With Voyager 2’s crossing, scientists will get the first-ever plasma measurements of the interstellar medium.

Scientists predicted that interstellar plasma measured by Voyager 2 would be higher in density but lower in temperature and speed than plasma inside the heliosphere. And in November 2018, the instrument saw just that for the first time. This suggests that the plasma in this region is getting colder and slower, and, like cars slowing down on a freeway, is beginning to pile up around the heliopause and into the interstellar medium.

And now, thanks to Voyager 2’s PLS, we have a never-before-seen perspective on our heliosphere: The plasma velocity from Earth to the heliopause.

These three graphs tell an amazing story, summarizing a journey of 42 years in one plot. The top section of this graph shows the plasma velocity, how fast the plasma across the heliosphere is moving, against the distance out from Earth. The distance is in astronomical units; one astronomical unit is the average distance between the Sun and Earth, about 93 million miles. For context, Saturn is 10 AU from Earth, while Pluto is about 40 AU away.

The heliopause crossing happened at 120 AU, when the velocity of plasma coming out from the Sun drops to zero (seen on the top graph), and the outward flow of the plasma is diverted — seen in the increase in the two bottom graphs, which show the upwards and downward speeds (the normal velocity, middle graph) and the sideways speed of the solar wind (the tangential velocity, bottom graph) of the solar wind plasma, respectively. This means as the solar wind begins to interact with the interstellar medium, it is pushed out and away, like a wave hitting the side of a cliff.  

Looking at each instrument in isolation, however, does not tell the full story of what interstellar space at the heliopause looks like. Together, these instruments tell a story of the transition from the turbulent, active space within our Sun’s influence to the relatively calm waters on the edge of interstellar space.

The MAG shows that the magnetic field strength decreases sharply in the interstellar medium. The CRS data shows an increase in interstellar cosmic rays, and a decrease in heliospheric particles. And finally, the PLS shows that there’s no longer any detectable solar wind.

Now that the Voyagers are outside of the heliosphere, their new perspective will provide new information about the formation and state of our Sun and how it interacts with interstellar space, along with insight into how other stars interact with the interstellar medium.

Voyager 1 and Voyager 2 are providing our first look at the space we would have to pass through if humanity ever were to travel beyond our home star — a glimpse of our neighborhood in space.  

Related links:

• Video: “NASA Science Live: Going Interstellar”
• Explore Voyager 2 data on “The Sun Spot” blog

By  Susannah Darling NASA’s Goddard Space Flight Center , Greenbelt, Md.

Voyages interstellaires, villes géantes… : comment la  science-fiction pense l’énergie

Chercheur en astrophysique, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Disclosure statement

Roland Lehoucq does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.

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Cette année The Conversation France est partenaire des Utopiales , festival international de science-fiction à Nantes du 31 octobre au 4 novembre. Retrouvez notre auteur, Roland Lehoucq, aujourd’hui à 14h pour son université éphémère « Énergie et science-fiction » .

Les œuvres de science-fiction mettent souvent en scène des vaisseaux interstellaires ultrarapides, de vastes stations orbitales ou de gigantesques métropoles planétaires. La plupart de ces artefacts relèvent de l’imagination la plus débridée. En revanche, d’autres survivent à une analyse plus poussée, fondée sur les sciences et les techniques que nous maîtrisons : à défaut d’être réalisables dans un futur proche, ceux-là ont un fonctionnement pensable. Si l’on suppose que les univers de la science-fiction obéissent aux mêmes lois que le nôtre, pourquoi ces projets sont-ils, pour l’instant, hors de notre portée ? Au-delà des difficultés techniques propres à la réalisation d’un instrument fonctionnel, que ce soit un grille-pain, une voiture, un sabre-laser ou un vaisseau interstellaire, la différence entre nous et ces ingénieurs de fiction est d’abord la capacité à utiliser une grande quantité d’énergie.

En physique, l’énergie mesure la capacité d’un système à effectuer des transformations. Pour soulever une brique au sommet d’un mur, faire bouillir un litre d’eau, rouler en voiture ou aller sur la Lune, il faut d’abord de l’énergie.

On doit fournir à la brique l’énergie nécessaire pour passer du niveau du sol au sommet du mur, à l’eau celle qui élèvera sa température en dépit des pertes thermiques, à la voiture de quoi persister dans son mouvement contre les frottements aérodynamiques qu’elle subit, à la fusée de quoi vaincre l’attraction gravitationnelle terrestre. Plus la transformation est importante, plus l’énergie mise en jeu doit être importante et, de ce point de vue, la science-fiction ne fait pas les choses à moitié.

Quelle énergie pour faire voyager un vaisseau interstellaire

Considérons par exemple la question du voyage interstellaire. Les étoiles sont si lointaines que pour les atteindre en un temps raisonnable, comparable à la durée de vie humaine, il faut que le vaisseau se déplace à une vitesse au moins 1 000 fois supérieure à celle atteinte par nos sondes interplanétaires. Imaginons un vaisseau de 1 000 tonnes de charge utile lancé vers l’étoile Alpha du Centaure à une vitesse moyenne égale au dixième de celle de la lumière. Elle mettra environ 50 ans pour atteindre son objectif et aucun être humain ne pourra y prendre place vu sa faible masse. À sa vitesse de croisière, sa seule énergie de mouvement (cinétique) est de l’ordre de celle que consomme toute l’humanité en un an. Et si l’on considère le Venture Star qui, dans le film Avatar , met moins de six ans à atteindre Alpha du Centaure, c’est plutôt 100 000 fois l’énergie consommée par toute l’humanité dont il faut disposer pour propulser ce vaisseau et lui faire atteindre sa vitesse de croisière. On peut donc gloser à l’envie sur les techniques de propulsion du futur, le voyage interstellaire ne sera possible que lorsque nous disposerons d’une grande quantité d’énergie.

Autre exemple : la science-fiction met souvent en scène des super-armes comme l’Étoile de la Mort, de la saga Star Wars . Un petit calcul d’ordre de grandeur permet d’estimer l’énergie nécessaire au fonctionnement de son « turbo-laser » capable de détruire une planète – Alderande est la première à en faire les frais. La cohésion d’une planète étant assurée par sa gravité propre, la détruire nécessite d’y injecter une quantité d’énergie supérieure à son énergie de cohésion gravitationnelle. En supposant qu’Alderande ressemble à la Terre, cette énergie est 500 milliards de fois supérieure à la production annuelle d’énergie de toute l’humanité !

Et cette valeur n’est qu’un minimum car, dans cette hypothèse, les débris de la planète se répandront dans l’espace à une vitesse égale à sa vitesse de libération, de l’ordre de 11 kilomètres par seconde pour la Terre. Il faudra donc attendre des heures pour qu’ils soient raisonnablement dispersés. Or, dans le film, la destruction d’Alderande prend à peine une seconde, suggérant que la vitesse d’expansion est bien supérieure à la vitesse de libération : grâce aux images on peut même l’évaluer à environ 10 000 kilomètres par seconde. L’énergie mise en jeu est donc un million de fois supérieure à celle de notre première estimation ! N’en jetez plus, l’Étoile de la Mort est un artefact hors de notre portée car sa puissance rivalise avec celle des étoiles les plus brillantes de notre galaxie.

Revenons sur Terre

Depuis la maîtrise du feu, il y a 500 000 ans, l’humanité a peu à peu domestiqué de nombreuses formes d’énergie pour réaliser des projets toujours plus nombreux et plus ambitieux. Toutes les sources d’énergie disponibles ont été utilisées à des degrés divers mais elles n’ont pas toutes le même intérêt ou la même facilité d’usage. Les combustibles fossiles (pétrole, gaz et charbon) ne sont disponibles qu’en quantité finie et donc épuisable mais ils sont faciles à extraire, à transporter et à stocker. L’énergie nucléaire est aussi épuisable, mais elle est un million de fois plus concentrée que l’énergie chimique des combustibles fossiles : la fission d’un gramme d’uranium-235 dégage autant d’énergie qu’une tonne de pétrole. Elle est aussi plus difficile à extraire, nécessite de construire des centrales complexes et de gérer des déchets à longue durée de vie. Enfin, les énergies éolienne, solaire et hydraulique sont renouvelables mais faiblement concentrées, les deux premières étant en plus intermittentes.

Remarquons qu’aucune source d’énergie n’a été remplacée par une autre, mais que toutes se sont ajoutées. Il n’y a jamais eu de transition énergétique, seulement une augmentation considérable de l’énergie dont dispose l’humanité, notamment occidentale : la quantité d’énergie consommée par l’humanité a été multipliée par 30 depuis 1800. Cette hausse faramineuse lui a permis de considérablement démultiplier les transformations de son environnement, dont le dérèglement climatique en cours est l’une des conséquences les plus évidentes. La part prélevée à l’écosystème terrestre a longtemps été négligeable par rapport aux ressources disponibles il faut bien reconnaître qu’après un gros siècle de croissance exponentielle, nos activités rivalisent désormais avec les forces de la Nature. Ainsi l’humanité consomme annuellement 10 fois l’énergie totale dégagée par un ouragan en une journée ou 50 fois l’énergie produite par le plus fort séisme jamais enregistré. C’est bien parce que nous disposons de grandes quantités d’énergie que nous avons transformé notre environnement sur de très grandes échelles, de l’artificialisation du paysage à la perturbation du climat.

Classer les civilisations en fonction de leur maîtrise de l’énergie

Partant du principe que l’accès à l’énergie est la voie privilégiée du développement technique et de la réalisation de grands projets, le physicien russe Nikolai Kardashev (1932-2019) a proposé en 1964 de classer les civilisations selon leur consommation d’énergie.

Dans sa première catégorie, il place celles qui contrôlent à grande échelle toutes les formes d’énergie disponibles sur leur planète, de l’énergie éolienne à la fusion thermonucléaire. À ce niveau un voyage interstellaire devient énergétiquement possible car il ne représente plus qu’une faible fraction du budget énergétique global. Une civilisation atteint le deuxième niveau si elle dispose de toute l’énergie rayonnée par son étoile, gigantesque : chaque seconde, la Terre reçoit du Soleil une énergie 12 000 fois supérieure à celle qui est consommée par l’humanité dans le même temps. Pris dans son ensemble, le Soleil rayonne en un millionième de seconde autant d’énergie que l’humanité en consomme en une année.

Une civilisation capable de capter l’essentiel de l’énergie d’une étoile dispose d’une quantité d’énergie des milliards de fois supérieure à celle d’une civilisation de la première catégorie. C’est à ce niveau que se situe la Fédération des planètes de la série Star Trek . Au bout de quelques milliards d’années, le stock d’énergie nucléaire d’une étoile ordinaire finit lui aussi par s’épuiser. Cela laisse amplement le temps d’entreprendre la colonisation d’une galaxie et d’accéder au troisième rang de la classification de Kardashev, celui de la maîtrise de l’énergie rayonnée par plusieurs étoiles. Sautant d’étoile en étoile, une telle civilisation finira par collecter l’énergie d’une fraction appréciable de la population stellaire de sa galaxie. Les Borg de la série Star Trek et l’Empire de la saga Star Wars sont deux exemples de telles super-civilisations. L’humanité du XXI e  siècle est en route vers le premier niveau de cette échelle et l’on peut douter de ses capacités à passer le cap de l’épuisement inéluctables de ses ressources fossiles et minérales. Une chose est sûre : la Terre est un système fini dont nous atteignons les limites. Ce sont elles qui contraindront les futurs possibles.

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Voyage interstellaire : surmonter les obstacles pour atteindre les étoiles

A l’origine de mythes, cosmogonie et questionnement philosophique et scientifique, la nuit étoilée a toujours inspiré les êtres humains. Mais lorsque l’on s’est rendu compte que tous ces petits points dans le ciel n’étaient pas un motif de tapisserie céleste créé par Dieu, mais bien des soleils comme le nôtre, possédant presque tous, un système de planète, et après avoir brûlé vivant Giordano Bruno, on s’est demandé : Et si on pouvait les visiter !

Depuis, la science-fiction en a fait un de ces thèmes les plus courants, à coup de colonies, d’empire galactique, et de confédération des planètes.

Ensuite est venu le temps où l’espace n’était plus seulement quelque chose que l’on regarde depuis la Terre, mais une destination. Grâce à la propulsion chimique des fusées, nous avons été sur la Lune, envoyé des rovers sur Mars, et des sondes aux 4 coins du système solaire si bien que la question se pose : Est-il possible de voyager vers d’autres systèmes solaires ?

La réponse est oui. Les lois de la physique n’interdisent pas aux objets d’aller d’une étoile à une autre. D’ailleurs, en 2017, Oumuamua fut le premier objet détecté à provenir d’un autre système solaire. Supposément de l’étoile véga dans la constellation de la Lyre. Preuve de faisabilité donc.

Le truc avec l’univers, c’est que c’est grand. Si grand que le concept de distance ne fait pas vraiment sens pour l’esprit humain. Tellement grand que même le truc qui va le plus vite dans tout l’univers, met des années pour voyager entre les étoiles ! Avec la technologie des sondes Voyager, un voyage vers l’étoile la plus proche, à savoir Proxima Centauri, mettrait environ 76 000 ans. Pas terrible pour faire seulement 4 années lumières. Certaines étoiles sont à des dizaines de milliers d’années lumières de distance ! Et c’est juste en prenant uniquement notre galaxie ! Est ce que je vous ai déjà dit que l’univers est grand ?

Bon la première chose à déterminer avant d’envisager un voyage vers une autre étoile c’est vers quelle système on souhaite aller, autrement dit la destination. Trois candidats sont à moins de 10 années lumières. Alpha Centauri à 4,3 AL, L’étoile de Barnard à 6 AL et Sirius à 8,7 AL. Alpha Centauri a l’avantage non seulement d’être la plus proche mais de posséder l’exoplanète Proxima Centauri b qui semble être dans la zone habitable même si on a encore aucune idée si la vie y est possible.

Comment voyager vers d’autres étoiles ?

Voyons maintenant quelles sont les différentes possibilités qui s’offrent à nous pour un tel voyage, et pour cela j’ai demandé conseil à Sébastien Carassou , docteur en astrophysique, que vous connaissez peut-être grâce à sa chaîne YouTube The sense of wonder . Si vous voulez plus de détails sur certaines des technologies que l’on va mentionner, je vous invite à regarder les vidéos de the sense of wonder sur le sujet des voyages interstellaires. Et aussi à regarder cette excellente conférence donnée en 2001 par l’astrophysicien Nicolas Prantzos qui m’a beaucoup servi dans la recherche pour cette vidéo.

Ici on va se contenter de dresser une liste assez large des différentes possibilités connues basé sur les lois de la physique dans un premier temps, puis on ira dans le spéculatif. On va faire ce que l’ingénieur et père de la nanotechnologie Eric Drexler appelle de l’ingénierie exploratoire, ou science appliquée théorique. Il s’agit d’étudier les propriétés des systèmes physiques possibles, y compris ceux qui ne peuvent encore pas être construits, en utilisant des méthodes telles que la simulation informatique et la dérivation des lois physiques. Ce n’est pas infaillible, mais c’est sans doute le meilleur outil méthodologique que nous ayons pour penser l’avenir de la technologie et, a fortiori, un déterminant clé de l’avenir de l’humanité.

Déjà, il faut prendre en compte que toutes les propositions ne sont pas égales dans leur faisabilité. On peut classifier les improbables en quelque sorte. Il existe d’un côté les impossibilités catégoriques, comme voyager plus vite que la lumière. De l’autre, les choses faisables dès aujourd’hui. Entre les deux, on a un ensemble d’improbabilité d’ordre pratique. Voyager à 1% de la vitesse de la lumière, on a une bonne idée de comment y arriver. Créer un trou de ver traversable, c’est pensable dans la mesure où c’est permis par la relativité générale, mais les moyens d’y parvenir sont si considérables qu’on flirte avec l’impossible.

On peut catégoriser les différentes méthodes en voyage habité ou inhabité, ainsi qu’en propulsion lente ou rapide. Voyons donc nos options.

Les voyages inhabités

La première c’est la propulsion chimique actuelle. Même si ce n’était pas l’objectif principal, les sondes Voyager 1 et 2, lancées en 1977, sont en route vers l’espace interstellaire mais il faudra des dizaines voire des centaines de milliers d’années avant qu’elles n’atteignent une autre étoile. Ceci dit, apparemment dans 40 000 ans, Voyager 1 passera à 1,6 AL de l’étoile de la constellation de Camelopardalis. Si proche …

Bon autant dire tout de suite que l’intérêt d’attendre des milliers d’années est très faible. Il est plus facile d’obtenir des financements si l’on sait que des résultats arriveront au cours de sa vie. C’est pourquoi en 2016, le milliardaire russe Yuri Milner, Stephen Hawking et Mark Zuckerberg ont lancé le projet Breakthrough Starshot qui propose d’envoyer mille minuscules engins spatiaux (à l’échelle du centimètre) en orbite terrestre. Ensuite, un réseau de lasers au sol concentre un faisceau lumineux sur les voiles solaires des sondes pour les accélérer une par une jusqu’à la vitesse cible en 10 minutes.

Pour aller encore plus vite, des nano-engins spatiaux à vitesse proche de la lumière pourraient être possibles, construits sur la technologie de puces électroniques existante avec un propulseur nanométrique. Des chercheurs de l’Université du Michigan développent des propulseurs utilisant des particules chargées. Leur technologie est appelée “propulseur d’extraction de champ de nanoparticules”, ou nanoFET.

Les voyages habités lents

Bon, tout ça c’est bien beau mais ce qui nous intéresse le plus, c’est d’envoyer des humains en chair et en os. Ou à la limite juste le matériel génétique. Et oui, un voyage interstellaire robotique transportant des embryons humains congelés à un stade précoce est une possibilité théorique de la catégorie des missions habités lentes. Cette méthode d’expansion spatiale nécessite, entre autres, le développement d’un utérus artificiel et des avancées dans le domaine des robots entièrement autonomes et des intelligences artificielles éducatives qui remplacent les parents humains. Pour faire simple, le scénario de la série Raised by wolves. Éthiquement discutable c’est le moins qu’on puisse dire. Je vois cette option en cas où nous sommes au bord de l’extinction et décidons de disperser le futur de l’humanité dans la galaxie. Une sorte de canot de sauvetage de dernier recours avec chance de succès proche de zéro.

Pareil pour l’autre méthode théorique des missions habités lentes appelé vaisseau générationnel ou arche interstellaire. Il s’agit de construire un vaisseau spatial gigantesque possédant son propre écosystème. Il servirait d’habitat pour des centaines voire milliers de passagers et leur descendant au cours d’un voyage qui prendrait plusieurs dizaines de milliers d’années si la propulsion n’est pas significativement meilleure que ce que l’on sait faire aujourd’hui.

Alors une des grosses interrogations vis à vis des voyages habités lents c’est ce que le physicien Robert L. Forward a appelé wait calculation, littéralement le calcul de l’attente. Selon lui, une mission habitée interstellaire qui ne peut pas être achevée en 50 ans ne devrait pas être lancée. Car si l’on postule que la civilisation à l’origine du lancement continue de faire des progrès dans la propulsion, alors elle pourrait tout simplement construire des meilleurs vaisseaux, disons 2000 après le lancement du vaisseau générationnel, et ces derniers arriveront à destination bien avant puisque voyageant plus vite. Imaginez, après des centaines de générations, de sacrifices, de catastrophes et de souffrances, vous faites partie de celle qui arrive sur l’exo-planète. Le sas s’ouvre et … une civilisation florissante d’ex-Terrien vous salue. Un peu les boules quand même ! On a exploré plus en détail le concept de vaisseau générationnel dans cette vidéo .

Un dérivé du vaisseau générationnel c’est ce que j’appelle le vaisseau d’amortel. En gros, si on extrapole les tendances en médecine et génie génétique, on envisage la réelle possibilité que le vieillissement biologique pourrait être aboli. Ainsi, nos descendants pourraient avoir des durée de vie indéfinie, cela ne veut pas dire immortel mais sans limite fixe. Comme certains organismes aujourd’hui. Dès lors, certains pourraient prendre part à de très long voyages spatiaux, sans la nécessité de renouveler les générations, ou alors à plus faible mesure.

Et enfin dernière méthode théorique d’un voyage habité lent c’est la biostase ou l’animation suspendue. De drôles de termes pour décrire un état similaire à l’hibernation où les fonctions vitales de l’organisme sont extrêmement lentes voire arrêtées. Ce qui permet de survivre le voyage de milliers d’années dans ce qui est appelé un sleeper ship, vaisseau dormant. Très présent dans la Science Fiction, l’animation suspendue peut également être utile pour réduire la consommation de ressources du système de survie.

Certaines de ces méthodes sont en principe mutuellement exclusives. S’il s’avère que c’est possible de mettre un humain en biostase, alors envoyer des vaisseaux dormants est beaucoup plus logique que des vaisseaux générationnels. Aussi bien d’un point de vue d’ingénierie, de ressource mais également éthique.

Les voyages habités rapides

Maintenant, voyons la dernière catégorie de voyage interstellaire. C’est celle qui comprend les missions habités rapides. Clairement, nous ne visiterons pas d’autres étoiles avec la propulsion chimique de nos fusées actuelles. Il nous faut nous rapprocher le plus possible de la vitesse de la lumière, tout en respectant bien entendu les lois de la physique tel qu’on les connaît. L’idée est typiquement de voyager à au moins 10% de la vitesse de la lumière pour atteindre l’étoile la plus proche dans un délai plus court que la durée de vie de l’équipage.

La propulsion nucléaire

La première option possible serait d’utiliser la propulsion nucléaire. Car lorsque vous séparez un atome d’uranium en le bombardant avec un neutron, il émet une énorme quantité d’énergie par rapport à n’importe quelle réaction chimique : 1 kilogramme de carburant U-235 peut libérer l’équivalent énergétique d’un facteur ~1000 fois plus efficace que les carburants à base de produits chimiques.

Alors à priori ça peut faire peur vu le halo symbolique du nucléaire avec les accidents de centrales (qui sont très rares), et la menace des armes nucléaires. Du coup l’idée d’être assis à quelques centimètres d’explosion nucléaire est difficile à vendre. En effet, la propulsion nucléaire pulsée est une méthode hypothétique qui utilise des explosions nucléaires pour la poussée de la fusée. Donc pour faire simple, la fusée est propulsée par les ondes de choc d’explosion nucléaire à répétition. C’est comme si elle surfait sur les ondes de choc.

Bien qu’apparemment complètement folle, cette approche permettrait en théorie d’atteindre 10% de la vitesse de la lumière. Et elle a été sérieusement considérée par certains scientifiques du projet Manhattan dans les années 50 avec le projet Orion. Comme on peut le voir sur cette vidéo, ils ont même pu faire des tests, sans bombe nucléaire par contre. L’engouement n’a pas duré très longtemps et les fonds ont principalement migré vers un certain projet Apollo.

Mais quand on parle de nucléaire, n’oublions pas la fusion qui dégage bien plus d’énergie que la fission. Si on veut se déplacer vers les étoiles, il nous faudra peut-être utiliser l’énergie des étoiles. Poétique n’est ce pas ?

Des études de faisabilité comprennent le projet Daedalus, réalisé par la British Interplanetary Society entre 1973 et 1978, le projet Longshot, un projet étudiant parrainé par la NASA et l’US Naval Academy, achevé en 1988. les contraintes techniques pour utiliser ce type de propulsion dépassent notre niveau technologique de plusieurs ordres de grandeurs !

A noter également que nous ne savons encore pas faire de la fusion nucléaire contrôlée. Ça va venir mais c’est quand même une précision importante et nul doute que lorsque nous aurons une maîtrise suffisante de cette technologie, elle servira tout d’abord à alimenter la civilisation, avant d’être utilisée comme source de propulsion.

Le collecteur Bussard

Mais on peut aller encore plus loin avec la fusion nucléaire. Un certain monsieur Bussard, nom tout droit sorti du cluedo, a conceptualisé en 1960 le Bussard Ramjet ou collecteur Bussard. Son idée est très intéressante. Étant donné que l’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers, et qu’il fait partie des ingrédients de la fusion nucléaire, pourquoi ne pas en collecter durant le voyage ! C’est un peu comme une voiture qui fait le plein en roulant ! Idée parfaite n’est ce pas ! Bon, cas classique du plus facile à dire qu’à faire et au fil des années, d’autres scientifiques ont révélé le collecteur Bussard comme très peu faisable en pratique.

Premier problème, c’est que bien qu’étant l’élément le plus abondant dans l’univers, les atomes d’hydrogène restent très rares dans l’espace interstellaire. 1 atome d’hydrogène par centimètre cube d’espace. C’est pourquoi le concept initial propose un champ électromagnétique de plusieurs milliers de kilomètres de diamètre à l’avant du vaisseau, espérant capter le plus d’atome d’hydrogène possible.

Mais créer un champ magnétique aussi gigantesque nécessite des aimants d’une puissance incroyable. Il faudrait également ioniser les atomes pour les charger électriquement sinon le champ électromagnétique ne sert à rien. Et il n’est pas clair comment l’hydrogène sera utilisé comme combustible si les atomes arrivent à des vitesses relativistes. Bref, d’un point de vue ingénierie, c’est du costaud !

Des alternatives ont été proposées pour contourner certains problèmes comme le Ram Augmented Interstellar Rocket (RAIR) qui transporte sa propre réserve de carburant pour la fusion et utilise l’hydrogène capturé pour augmenter la performance du vaisseau.

L’antimatière

Et pour finir, il n’y a rien de connu qui ait un meilleur rapport de conversion matière en énergie que l’antimatière. 1G d’antimatière produit environ l’équivalent énergétique de Fat Man, la bombe ayant détruit Hiroshima en 1945. Le tout petit problème c’est que l’antimatière n’est pas quelque chose que l’on trouve à tous les coins de rues. Depuis les premiers instants après la big bang, toute l’antimatière a disparu. Il faut donc en fabriquer et, on sait faire. Mais le processus coûte très très cher. Il faut un accélérateur de particules. Le genre de structure qui, de base, nécessite des milliards à construire. Ensuite, lorsqu’un antiproton est produit suite à la collision de particule, il faut pouvoir le stocker. Or l’antimatière ne peut pas toucher la matière sans être immédiatement annihilée ! Mais là aussi, même si c’est délicat, on sait faire. Le dernier problème c’est la quantité que l’on peut produire. Pour faire simple, des miettes. Ou plutôt des nano-miettes. L’équivalent de nano-gramme par an si on fait tourner un accélérateur de particules comme le LHC à plein temps juste pour ça. Donc construire un vaisseau qui utilise pour sa propulsion la substance la plus chère qu’on puisse jamais imaginer est tout de suite problématique.

Mais admettons que l’efficacité de la production d’antimatière soit améliorée par plusieurs ordre de grandeurs au cours des siècles prochains, plusieurs types de propulsion sont envisageables. Celles qui utilisent directement l’énergie de l’annihilation de l’antimatière, celles qui chauffent un fluide ensuite utilisé pour la propulsion, et celles qui utilisent l’antimatière pour produire de l’électricité pour une certaine forme de propulsion spatial électrique.

L’antimatière peut nous permettre d’atteindre jusqu’à 50% de la vitesse de la lumière pour un voyage vers Proxima du Centaure en maximum 10 ans.

Pas pour demain

Alors quand peut-on espérer voir d’autres systèmes solaires ? L’astrophysicien français Roland Lehoucq suppose qu’une mission interstellaire ne fait sens que si elle coûte aux alentours d’un pourcent du budget énergétique annuel de la civilisation humaine. En tous cas, hors crise existentiel ou la survie de l’humanité en dépend. Or, les vaisseaux reposant sur la fusion nucléaire ou l’antimatière par exemple, représentent des centaines de fois plus d’énergie que l’on utilise par an. Faudrait faire le calcul si quelqu’un est à l’aise avec les équations ! Il faudrait donc multiplier par au moins 100 la production énergétique de l’humanité avant de considérer des missions du type Daedalus. La dernière fois que l’humanité a fait un tel bond fut lors du passage entre l’ère préindustrielle et industrielle. Il nous faut donc attendre la prochaine révolution industrielle. On peut supposer que si on maîtrise la fusion nucléaire contrôlée à grande échelle pour alimenter notre civilisation, ce sera peut être suffisant et on aura la motivation d’utiliser 1% pour une mission interstellaire. Ce sera peut être dans 200, 300 ans ou plus mais probablement pas durant le 21e siècle. Tout ça c’est approximatif mais on voit bien que le cœur du problème est énergétique. La physique nous dit que c’est possible de faire un vaisseau à antimatière. En regardant le cahier des charges, les ingénieurs sont capables de penser ce type de propulsion, mais ils nous disent que l’énergie nécessaire dépasse des centaines de fois ce qu’on sait produire aujourd’hui. Merci au revoir, repassez le siècle prochain.

Un dernier point important à prendre en compte lorsque l’on envisage les voyages interstellaires, c’est qu’en atteignant des fractions significatives de la vitesse de la lumière, le moindre objet se transforme en projectile dévastateurs. Un grain de poussière cosmique qui percute le vaisseau va générer une énergie cinétique énorme. Il y a donc tout un ensemble d’alliages de protections à concevoir qui repose sur des progrès dans la science des matériaux.

Aussi capillotracté que soient les propositions que nous avons listé, elles reposent toutes sur les lois de la physique que l’on connaît. Ce qui nous manque vraiment pour les voyages interstellaires ce n’est pas une nouvelle physique. Ce qui nous manque ce sont les technologies, qui dépassent de loin ce dont nous sommes capables aujourd’hui. Et peut-être que nous ne les aurons jamais. C’est donc plus un problème d’ingénierie que physique.

Mais il est important de garder à l’esprit que ce n’est pas parce que nous n’avons pas les technologies pour faire quelque chose, que c’est impossible. Après tout, l’équation qui sert à envoyer des fusées dans l’espace a été formulée par le scientifique Russe Konstantin Tsiolkovsky en 1903, à une époque où c’était au mieux, de la fantaisie. Mais il connaissait la chimie et la physique, ce qui lui a permis d’anticiper ce qui pourrait exister plus de 50 ans dans le futur. C’est ce qui a de bien avec l’ingénierie exploratoire. Ainsi, est ce qu’on peut vraiment affirmer qu’un vaisseau du type Daedalus ne sera pas faisable en 2358 ? Non. On a vu un ensemble de possibilités plus ou moins pratique et ce que je retiens surtout, c’est l’ingéniosité et la créativité des physiciens et ingénieurs lorsqu’ils se penchent sur la question en gardant comme base les lois de la physique.

Et quand on pousse le curseur encore plus loin dans le futur, on entre dans le territoire des civilisations de type 2, mégastructure et de la loi d’Arthur C.Clarke “Une technologie suffisamment avancée est indiscernable de la magie”.

Alors je sais que de nombreuses personnes vont m’interpeller dans les commentaires : Tu as l’esprit fermé ! Pourquoi se cantonner aux lois de la physique d’aujourd’hui, on est loin de tout savoir !

Et oui, vous avez raison. Mais il me semble plus logique de regarder tout d’abord ce que l’on peut faire avec les lois de la physique que l’on connaît aujourd’hui, avant d’ouvrir la porte à la catégorie contenant les “On ne sait pas que l’on ne sait pas”. C’est -à -dire des potentielles révolutions en physique fondamentales qui nous font complètement changer de paradigme. Comme on dit, lorsqu’on perd ses clés de voiture en pleine nuit, il vaut mieux commencer par les chercher sous le lampadaire.

Les projets à la frontière de la physique

Si on s’éloigne du lampadaire, on trouve en effet des projets qui reposent sur des lois physiques spéculatives, à la limite de nos connaissances voire complètement hypothétiques. Et il est intéressant de noter que la NASA a activement investi dans cette voie. Le Breakthrough Propulsion Physics Project (BPP) était un projet de recherche financé par la NASA de 1996 à 2002 pour étudier diverses méthodes de propulsion d’engins spatiaux qui nécessiteraient des percées en physique avant de pouvoir être réalisées.

Le premier est un concept qui fait tête d’affiche en Science Fiction. Les trous de ver ou pont Einstein-Rosen. Sur le papier, c’est basé sur une solution spéciale des équations de champ d’Einstein qui permet non pas de voyager plus vite que la lumière, mais de relier deux points de l’espace. Donc ça permet de contourner le concept de distance en quelque sorte. Belle astuce ! En pratique, il semble qu’il faudrait une matière exotique de masse négative pour maintenir un trou de ver suffisamment longtemps pour permettre le passage d’un vaisseau. Or toute matière connue a une masse positive. Petit bémol ! Il y a également la plausibilité des voyages dans le temps. Ce qui pose également tout son lot de problèmes à coup de paradoxe et violation de la causalité. Mais je ne fais pas honneur au concept des trous de ver ici puisqu’il existe de nombreuses déclinaisons et cela mériterait une vidéo dédiée.

Ensuite on trouve le concept de propulsion Alcubierre proposé par le physicien du même nom. Appelé également warp drive. Pour le dire simplement, cette méthode consiste à étirer le tissu de l’espace-temps dans une sorte de vague qui, en théorie, provoquerait la contraction de l’espace devant un objet tandis que l’espace derrière lui se dilaterait. Un vaisseau spatial à l’intérieur de cette vague serait alors capable de vitesses supraluminiques, du point de vue de ce qui se trouve à l’extérieur. Il y a juste un problème. Là encore, cela ne fonctionne que si on utilise une sorte de matière exotique de masse négative. Même Alcubierre a déclaré que l’idée ne fonctionnerait probablement pas en pratique. Récemment, une équipe associée à la startup Applied Physics ont publié un article suggérant que certains ajustements sur l’engin d’Alcubierre pourraient le rendre possible – sans avoir besoin d’énergie négative. Donc sait-on jamais.

Ces deux concepts de voyages sont les plus connus lorsqu’on envisage la physique spéculative. L’énergie du vide quantique revient également souvent, le EmDrive, l’effet casimir, la propulsion à base de trou noir, d’énergie noir, de matière noir et tout ce qui dépasse l’horizon de nos connaissances. Le physicien Michio Kaku a même proposé qu’en numérisant son esprit, on pourrait théoriquement l’envoyer sous forme de paquet d’information sur des faisceaux lasers. Ce qui permettrait de créer des autoroutes interstellaires pour des consciences digital voyageant à la vitesse de la lumière. Spéculatif ? oui juste un peu !

Pour conclure, les voyages interstellaires rapides et habités se heurtent à des contraintes qui les rendent improbables jusqu’à un certain seuil technologique, en grande partie lié à la quantité d’énergie disponible. Ce qui nous rapproche du concept d’échelle de Kardashev qui est une classification de civilisation technologique basée sur leur utilisation énergétique. Si on représente un arbre technologique, similaire à ceux qu’on trouve dans les jeux de gestion/stratégie, alors le voyage interstellaire est déverrouillé lorsqu’une civilisation atteint le stade type 1 ou type 2. Vision simpliste mais qui aide à établir une feuille de route.

Je souhaite terminer cet épisode par mentionner un certain biais cognitif lorsqu’on réfléchit aux voyages interstellaires. C’est évident que l’on aimerait bien pouvoir voyager à l’autre bout de la galaxie en autant de temps qu’il faut pour faire bouillir la théière. On comprend bien pourquoi un auteur qui souhaite raconter les péripéties d’un groupe d’individus entre différentes planètes va chercher à contourner le problème des distances. C’est pas terrible si Dark Vador met 10 000 ans pour atteindre Coruscant ! Donc un petit coup de propulsion hyperspatial et c’est réglé. Or beaucoup d’entre nous ont été introduit à l’espace, la science, l’univers par Star Wars, Star Trek, Mass Effect, les romans d’Asimov et Frank Herbert. Ensuite, on en apprend plus sur les lois de la physique et surtout cette satané constante de la vitesse de la lumière et l’improbabilité de voir des voyages aussi cool que ceux présents dans la science-fiction. C’est normal d’être un peu frustré voir déçu. Donc le biais cognitif se manifeste avec une envie accru d’y croire. Comme dans X-files, I want to believe.

C’est finalement assez proche des réflexions autours du paradoxe de fermi et des civilisations extra-terrestre. Pour beaucoup, ce serait cool si il existait une confédération des planètes galactique attendant sagement que l’on passe un rite de passage. Ce serait moins cool si on était seul. Mais la coolitude n’est pas un argument qui pèse très lourd. En tous cas, pas autant que les lois de la physique.

D’ailleurs, la difficulté des voyages interstellaires est une des solutions du paradoxe de Fermi. Si les civilisations extraterrestres se répandent lentement dans la galaxie avant leur extinction, alors c’est logique de ne pas avoir de trace de leur existence.

Mais là, j’ouvre la porte à un énorme sujet et cet article est déjà suffisamment long donc on verra ça une autre fois.

y as t’il un vocal ?

Oui, en haut de l’article, clique sur la video 😉

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Interstellar Mission

Mission Objective

The mission objective of the Voyager Interstellar Mission (VIM) is to extend the NASA exploration of the solar system beyond the neighborhood of the outer planets to the outer limits of the Sun's sphere of influence, and possibly beyond. This extended mission is continuing to characterize the outer solar system environment and search for the heliopause boundary, the outer limits of the Sun's magnetic field and outward flow of the solar wind. Penetration of the heliopause boundary between the solar wind and the interstellar medium will allow measurements to be made of the interstellar fields, particles and waves unaffected by the solar wind.

Mission Characteristic

The VIM is an extension of the Voyager primary mission that was completed in 1989 with the close flyby of Neptune by the Voyager 2 spacecraft. Neptune was the final outer planet visited by a Voyager spacecraft. Voyager 1 completed its planned close flybys of the Jupiter and Saturn planetary systems while Voyager 2, in addition to its own close flybys of Jupiter and Saturn, completed close flybys of the remaining two gas giants, Uranus and Neptune.

At the start of the VIM, the two Voyager spacecraft had been in flight for over 12 years having been launched in August (Voyager 2) and September (Voyager 1), 1977. Voyager 1 was at a distance of approximately 40 AU (Astronomical Unit - mean distance of Earth from the Sun, 150 million kilometers) from the Sun, and Voyager 2 was at a distance of approximately 31 AU.

It is appropriate to consider the VIM as three distinct phases: the termination shock, heliosheath exploration, and interstellar exploration phases. The two Voyager spacecraft began the VIM operating in an environment controlled by the Sun's magnetic field with the plasma particles being dominated by those contained in the expanding supersonic solar wind. This is the characteristic environment of the termination shock phase. At some distance from the Sun, the supersonic solar wind is held back from further expansion by the interstellar wind. The first feature encountered by a spacecraft as a result of this interstellar wind/solar wind interaction was the termination shock where the solar wind slows from supersonic to subsonic speed and large changes in plasma flow direction and magnetic field orientation occur.

Voyager 1 is escaping the solar system at a speed of about 3.6 AU per year, 35 degrees out of the ecliptic plane to the north, in the general direction of the Solar Apex (the direction of the Sun's motion relative to nearby stars). Voyager 2 is also escaping the solar system at a speed of about 3.3 AU per year, 48 degrees out of the ecliptic plane to the south. To check Voyager 1 and 2’s current distance from the sun, visit the mission status page.

Passage through the termination shock ended the termination shock phase and began the heliosheath exploration phase. The heliosheath is the outer layer of the bubble the sun blows around itself (the heliosphere). It is still dominated by the Sun’s magnetic field and particles contained in the solar wind. Voyager 1 crossed the termination shock at 94 AU in December 2004 and Voyager 2 crossed at 84 AU in August 2007. After passage through the termination shock, the Voyager team eagerly awaited each spacecraft's passage through the heliopause. which is the outer extent of the Sun's magnetic field and solar wind.

In this region, the Sun's influence wanes and the beginning of interstellar space can be sensed. It is where the million-mile-per-hour solar winds slows to about 250,000 miles per hour—the first indication that the wind is nearing the heliopause.

On Aug. 25, 2012, Voyager 1 flew beyond the heliopause and entered interstellar space, making it the first human-made object to explore this new territory. At the time, it was at a distance of about 122 AU, or about 11 billion miles (18 billion kilometers) from the sun. This kind of interstellar exploration is the ultimate goal of the Voyager Interstellar Mission. Voyager 2, which is traveling in a different direction from Voyager 1, crossed the heliopause into interstellar space on November 5, 2018.

The Voyagers have enough electrical power and thruster fuel to keep its current suite of science instruments on until at least 2025. By that time, Voyager 1 will be about 13.8 billion miles (22.1 billion kilometers) from the Sun and Voyager 2 will be 11.4 billion miles (18.4 billion kilometers) away. Eventually, the Voyagers will pass other stars. In about 40,000 years, Voyager 1 will drift within 1.6 light-years (9.3 trillion miles) of AC+79 3888, a star in the constellation of Camelopardalis which is heading toward the constellation Ophiuchus. In about 40,000 years, Voyager 2 will pass 1.7 light-years (9.7 trillion miles) from the star Ross 248 and in about 296,000 years, it will pass 4.3 light-years (25 trillion miles) from Sirius, the brightest star in the sky. The Voyagers are destined—perhaps eternally—to wander the Milky Way.

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Podcast: Could interstellar travel be possible?

NASA physicist Les Johnson discusses the science behind travelling to distant stars.

Is interstellar travel currently possible, given what we know about the Universe and given our scientific and engineering knowhow?

In this podcast, NASA physicist Les Johnson discusses the science of interstellar travel, whether it's currently possible, and the challenges facing humanity as we seek to explore beyond our own Solar System.

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Episode Four

Episode Three

Episode Two

An illustration shows the position of NASA's Voyager 1 and Voyager 2 probes outside of the heliosphere, a protective bubble created by the sun that extends well past the orbit of Pluto.

Interstellar space even weirder than expected, NASA probe reveals

The spacecraft is just the second ever to venture beyond the boundary that separates us from the rest of the galaxy.

In the blackness of space billions of miles from home, NASA’s Voyager 2 marked a milestone of exploration, becoming just the second spacecraft ever to enter interstellar space in November 2018. Now, a day before the anniversary of that celestial exit, scientists have revealed what Voyager 2 saw as it crossed the threshold—and it’s giving humans new insight into some of the big mysteries of our solar system.

The findings, spread across five studies published today in Nature Astronomy , mark the first time that a spacecraft has directly sampled the electrically charged hazes, or plasmas, that fill both interstellar space and the solar system’s farthest outskirts. It’s another first for the spacecraft, which was launched in 1977 and performed the first—and only—flybys of the ice giant planets Uranus and Neptune. ( Find out more about the Voyager probes’ “grand tour”—and why it almost didn’t happen .)

See pictures from Voyager 2's solar system tour

Voyager 2’s charge into interstellar space follows that of sibling Voyager 1, which accomplished the same feat in 2012. The two spacecrafts’ data have many features in common, such as the overall density of the particles they’ve encountered in interstellar space. But intriguingly, the twin craft also saw some key differences on their way out—raising new questions about our sun’s movement through the galaxy.

“This has really been a wonderful journey,” Voyager project scientist Ed Stone , a physicist at Caltech, said in a press briefing last week.

“It’s just really exciting that humankind is interstellar,” adds physicist Jamie Rankin , a postdoctoral researcher at Princeton University who wasn’t involved with the studies. “We have been interstellar travelers since Voyager 1 crossed, but now, Voyager 2’s cross is even more exciting, because we can now compare two very different locations ... in the interstellar medium.”

Inside the bubble

To make sense of Voyager 2’s latest findings, it helps to know that the sun isn’t a quietly burning ball of light. Our star is a raging nuclear furnace hurtling through the galaxy at about 450,000 miles an hour as it orbits the galactic center.

FREE BONUS ISSUE

The sun is also rent through with twisted, braided magnetic fields and, as a result, its surface constantly throws off a breeze of electrically charged particles called the solar wind. This gust rushes out in all directions, carrying the sun’s magnetic field with it. Eventually, the solar wind smashes into the interstellar medium, the debris from ancient stellar explosions that lurks in the spaces between stars.

Like oil and water, the solar wind and the interstellar medium don’t perfectly mix, so the solar wind forms a bubble within the interstellar medium called the heliosphere. Based on Voyager data, this bubble extends about 11 billion miles from the sun at its leading edge, surrounding the sun, all eight planets, and much of the outer objects orbiting our star. Good thing, too: The protective heliosphere shields everything inside it, including our fragile DNA, from most of the galaxy’s highest-energy radiation.

The heliosphere’s outermost edge, called the heliopause, marks the start of interstellar space. Understanding this threshold has implications for our picture of the sun’s journey through the galaxy, which in turn can tell us more about the situations of other stars scattered across the cosmos.

“We are trying to understand the nature of that boundary, where these two winds collide and mix,” Stone said during the briefing. “How do they mix, and how much spillage is there from inside to outside the bubble, and from outside the bubble to inside?”

Scientists got their first good look at the heliopause on August 25, 2012, when Voyager 1 first entered interstellar space. What they began to see left them scratching their heads. For instance, researchers now know that the interstellar magnetic field is about two to three times stronger than expected, which means, in turn, that interstellar particles exert up to ten times as much pressure on our heliosphere than previously thought.

“It is our first platform to actually experience the interstellar medium, so it is quite literally a pathfinder for us,” says heliophysicist Patrick Koehn , a program scientist at NASA headquarters.

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Leaky boundary.

But for all that Voyager 1 upended expectations, its revelations were incomplete. Back in 1980, its instrument that measured the temperature of plasmas stopped working. Voyager 2’s plasma instrument is still working just fine, though, so when it crossed the heliopause on November 5, 2018, scientists could get a much better look at this border.

For the first time, researchers could see that as an object gets within 140 million miles of the heliopause, the plasma surrounding it slows, heats up, and gets more dense. And on the other side of the boundary, the interstellar medium is at least 54,000 degrees Fahrenheit, which is hotter than expected. However, this plasma is so thin and diffuse, the average temperature around the Voyager probes remains extremely cold.

In addition, Voyager 2 confirmed that the heliopause is one leaky border—and the leaks go both ways. Before Voyager 1 passed through the heliopause, it zoomed through tendrils of interstellar particles that had punched into the heliopause like tree roots through rock. Voyager 2, however, saw a trickle of low-energy particles that extended more than a hundred million miles beyond the heliopause.

Another mystery appeared as Voyager 1 came within 800 million miles of the heliopause, where it entered a limbo-like area in which the outbound solar wind slowed to a crawl. Before it crossed the heliopause, Voyager 2 saw the solar wind form an altogether different kind of layer that, oddly, was nearly the same width as the stagnant one seen by Voyager 1.

“That is very, very weird,” Koehn says. “It really shows us that we need more data.”

Interstellar sequel?

Solving these puzzles will require a better view of the heliosphere as a whole. Voyager 1 exited near the heliosphere’s leading edge, where it collides with the interstellar medium, and Voyager 2 exited along its left flank. We have no data on the heliosphere’s wake, so its overall shape remains a mystery. The interstellar medium’s pressure might keep the heliosphere roughly spherical, but it’s also possible that it has a tail like a comet—or that it is shaped like a croissant .

But while other spacecraft are currently outward bound, they won’t be able to return data from the heliopause. NASA’s New Horizons spacecraft is zooming out of the solar system at more than 31,000 miles an hour , and when it runs out of power in the 2030s, it’ll fall silent more than a billion miles short of the heliosphere’s outer edge. That’s why Voyager scientists and others are calling for a follow-up interstellar probe . The goal: a 50-year, multi-generation mission that explores the outer solar system on its way into unexplored regions beyond the solar wind.

“Here's an entire bubble, [and] we only crossed it with two points,” study coauthor Stamatios Krimigis , the emeritus head of the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory's space department, said at the briefing. “Two examples are not enough.”

A new generation of scientists is eager to run with the baton—including Rankin, who did her Ph.D. at Caltech with Voyager 1’s interstellar data with Stone as her adviser.

“It was amazing to work on this cutting-edge data from spacecraft that were launched before I was born and still doing amazing science,” she says. “I’m just really thankful for all the people who have spent so much time on Voyager.”

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Voyages interstellaires

Nous sommes nombreux à rêver de voyager vers les étoiles. Et si la technologie qui emmènera des êtres humains au-delà de notre Système solaire n’est pas encore au point, les ingénieurs travaillent déjà à y expédier de toutes petites sondes. Des chercheurs suggèrent même aujourd’hui qu’il pourrait être très enrichissant d’y intégrer quelques passagers un peu particuliers…

Ils veulent envoyer des tardigrades vers d'autres planètes !

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No Time for Caution explores all things "Interstellar" with both unflinching sincerity and a heavy dose of humor. It's a semi-regular feature of www.quantifiableconnection.com.

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I'm a huge sci-fi nerd, and I love Interstellar, so when I happened upon this podcast by accident, I got really excited...but now I want more episodes! Andy and Tim are great to listen to, and I love how knowledgable Andy is about the movie (as one would be after seeing it 30+ times)...sometimes they get off topic, but that's okay. The incorporation of clips from the movie and other relevant sources also helps move the podcast along and keep things interesting. Andy, record some more! I'll talk about the movie with you if you need another guest!

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