Le programme Breakthrough Starshot vise à traverser les vastes distances jusqu'à Alpha Centauri, le système stellaire le plus proche, en seulement quelques décennies. Utilisant des lasers de haute puissance pour propulser des voiles réfléchissantes légères, le projet cherche à atteindre des vitesses relativistes, permettant aux engins spatiaux de couvrir les 4,37 années-lumière en quelques années. Des recherches récentes soulignent l'importance du choix des matériaux des voiles, proposant des structures en cœur-coquille — des particules sphériques composées de deux matériaux distincts — comme solution prometteuse.
Breakthrough Starshot prévoit de déployer de minuscules engins spatiaux équipés de capteurs et de systèmes de communication, chargés de collecter des données sur les exoplanètes et les phénomènes interstellaires durant leur voyage. Si cela réussit, cette mission pourrait représenter le premier pas significatif de l'humanité vers l'exploration de systèmes stellaires lointains et la recherche de vie extraterrestre.
Voyager à des vitesses relativistes pose des défis uniques, notamment la dilatation du temps, qui pourrait permettre aux missions vers des étoiles lointaines de se dérouler au cours d'une vie humaine du point de vue du voyageur. Cependant, atteindre ces vitesses nécessite de surmonter d'importantes exigences énergétiques, car l'énergie cinétique augmente de manière exponentielle avec la vitesse. De plus, l'environnement à de telles vitesses présente des risques, tels que d'éventuelles collisions avec des particules et une exposition accrue aux radiations.
Pour compléter le voyage en quelques décennies, les engins spatiaux doivent atteindre environ 20 % de la vitesse de la lumière. Le choix des matériaux appropriés pour les voiles est crucial. Une étude récente menée par des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne s'est concentrée sur l'identification des matériaux optimaux, en particulier les sphères en cœur-coquille.
Ces structures sont basées sur un design matriciel ancré dans la théorie de Mie, qui décrit comment les particules sphériques diffusent les ondes électromagnétiques. Les chercheurs ont examiné les propriétés réfléchissantes et les temps d'accélération des sphères fabriquées à partir d'aluminium, de silicium, de dioxyde de silicium et de diverses combinaisons.
Les résultats ont indiqué qu'une coquille composée de silicium et de dioxyde de silicium offrait les meilleures performances. Cette recherche fournit des informations précieuses sur les structures de matériaux pour les voiles légères, suggérant que les sphères en cœur-coquille, auparavant inexplorées dans la physique des voiles légères, représentent une direction prometteuse pour de futures études expérimentales.