De l’impossibilité des voyages interstellaires à la vitesse de la lumière

Le présent article est la suite de celui-ci : https://jpcmanson.wordpress.com/2012/04/09/lideologie-ufologiste-sinvite-dans-un-article-scientifique-insolite/

C’est aussi une extension de l’article externe suivant : http://www.gurumed.org/2012/11/06/comment-un-voyage-la-vitesse-de-la-lumire-vous-tuerait-presque-instantanment/

Beaucoup fantasment sur la possibilité théorique des voyages interstellaires à une vitesse proche de la célérité de la lumière. Bien que le vide interstellaire soit poussé, il n’est pas absolu. D’après Gurumed, un voyage à la vitesse de la lumière nous tuerait instantanément. J’admets que ce site a raison.

D’après Gurumed, le vide interstellaire contiendrait 1,8 atome d’hydrogène par cm³. C’est-à-dire 1 800 000 atomes d’hydrogène par mètre cube.

Lorsqu’un vaisseau spatial se déplace à une vitesse très élevée proche de celle de la lumière, ces atomes d’hydrogène percutent la paroi du vaisseau spatial au point de désintégrer le vaisseau et l’équipage en un instant !

Comment quantifier le problème ?

m = masse d’un atome d’hydrogène = 1,67×10⁻²⁷ kg
v = vitesse du vaisseau spatial
S = surface frontale du vaisseau spatial
E = énergie cinétique relativiste d’un atome d’hydrogène
P = puissance énergétique du flux d’atomes d’hydrogène
c = vitesse de la lumière = 299 792 458 m/s
n = nombre d’atomes d’hydrogène par mètre cube

E = (1/2) m v² / √(1 – v²/c²)

P = E×S×v×n

Bon, qu’est-ce qu’on obtient concrètement ?

Je choisis un vaisseau spatial dont la surface frontale est S = 100 m². Mon vaisseau va se déplacer à 50% de la vitesse de la lumière.

Quelle est l’énergie cinétique relativiste d’un seul atome d’hydrogène qui percute la paroi de mon vaisseau ?

E = 0,5 × 1,67×10⁻²⁷ × (0,5 × 299792458)² / √(1 – 0,5²)

E = 2,166×10⁻¹¹ J = 135,375 MeV

Conséquence : à 50% de la vitesse de la lumière, un vaisseau spatial fonçant dans l’espace interstellaire est irradié par un flux d’atomes d’hydrogène qui percute la paroi du vaisseau (mieux vaut avoir un bouclier hors normes). Chaque atome d’hydrogène qui frappe la paroi émet un rayonnement gamma dont la longueur d’onde est de 2,29 femtomètres (soit à peu près la taille d’un proton), et l’énergie est d’environ 135 MeV, ce qui est un peu plus de 14% de l’énergie de masse d’un proton.

Ensuite, quelle est la puissance du flux d’hydrogène subi par le vaisseau spatial ?

P = 2,166×10⁻¹¹ × 100 × (0,5 × 299792458) × 1800000

P = 584 415,4 W

P = environ 584,4 kW

Cela correspond à un flux de 27 millions de milliards d’atomes d’hydrogène (de 135 MeV chacun) par seconde.

Même à 50% de la vitesse de la lumière, un voyage interstellaire est irréaliste…

On peut même évaluer la température atteinte par la surface frontale du vaisseau spatial : on a un flux de 584,4 kW sur une superficie de 100 m². Cela correspond à une température absolue de 566,6 K, soit presque 300°C.

Si le bouclier ne filtre pas les rayons gamma, alors en supposant qu’un pilote du vaisseau soit debout face au mouvement du vaisseau à 50% de la vitesse de la lumière, alors ce pilote expose 1 m² de son corps, il reçoit donc un flux de 5844 W de rayons gamma à 135 MeV. Si le pilote pèse 80 kg, il reçoit donc 73 W/kg de radiations. Par conséquent, le pilote subit une dose de 73 Sv/s (donc 7300 rem/s), soit une dose de 262800 Sv/h. Cette dose équivaut à 2305 milliards de fois (~2,3×10¹² fois) la dose tolérable de radioactivité (radioactivité naturelle = 0,114 µSv/h).

En conclusion : même à 50% de la vitesse de la lumière, les voyages interstellaires sont inévitablement mortels. Pour un homme, le flux d’hydrogène (bien que ce soit un vide interstellaire poussé) est mortel en moins d’un tiers de seconde…

© 2013 John Philip C. Manson

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