La version suivante de ce livre a été utilisée pour créer ce guide d’étude : Weir, Andy. Projet Je vous salue Marie. New York : Livres Ballantine, 2021.
Lorsque le roman commence, Ryland Grace, professeur de sciences au collège, se réveille sur un vaisseau spatial appelé Hail Mary sans aucun souvenir de qui il est ni pourquoi il est là. Dans le dortoir du navire se trouvent également les cadavres de ses coéquipiers, les astronautes commandant Yáo Li-Jie et Olesya Ilyukhina. Alors qu’il commence à explorer le navire, deux souvenirs l’aident à s’orienter. Dans l’un d’entre eux, il voit un e-mail concernant une ligne rouge observée par des astronomes dans le système solaire. Dans un autre, un ami lui dit que cette ligne, appelée ligne Petrova du nom de son découvreur, va faire baisser le soleil au cours des prochaines années, au point qu’il pourrait y avoir une période glaciaire. Ryland se rend compte que ce doit être son travail de résoudre ce problème.
Dans un autre flash-back, Ryland reçoit la visite dans sa classe d’une femme nommée Eva Stratt. Elle lui dit qu’elle est membre de l’Agence spatiale européenne chargée de résoudre le problème de la ligne Petrova et qu’elle souhaite que Ryland examine une forme de vie extraterrestre ramenée de l’espace par une mission appelée Arclight. Elle a choisi Ryland parce qu’il a déjà écrit un article controversé affirmant que la vie n’a pas besoin d’eau. Cet article a fait perdre à Ryland son emploi à l’université où il travaillait avant de devenir professeur au premier cycle du secondaire. Ryland se rend au laboratoire de Stratt et examine la forme de vie, qu’ils appellent Astrophage parce qu’elle « existe grâce à un régime d’étoiles » (52). Il cherche à déterminer pourquoi les Astrophages, qui semblent posséder de grandes quantités d’énergie, se rendent sur Vénus. Leur trajectoire de vol vers Vénus provoque la ligne Petrova qui obscurcit le soleil.
Dans le présent, Ryland explore le Je vous salue Marie et découvre qu’il y a 20 000 kilogrammes d’Astrophage à bord. Il trouve également les porte-conteneurs du navire, appelés coléoptères, et détermine qu’ils sont destinés à renvoyer des informations sur Terre. Il se rend compte que cela signifie qu’il n’est pas censé retourner sur Terre et qu’il mourra dans l’espace. Dans un flash-back, Ryland devient déterminé à résoudre le problème de l’Astrophage afin que ses élèves n’aient pas à vivre un terrible désastre. Il découvre qu’Astrophage se rend sur Vénus à la recherche de dioxyde de carbone, dont ils ont besoin pour se reproduire. Lorsqu’il appelle Stratt pour lui dire cela, il est immédiatement récupéré par le personnel de l’US Air Force et emmené sur un porte-avions chinois au milieu de l’océan. Là, il rencontre Stratt, des scientifiques et des chefs d’État du monde entier. Ils travaillent tous sur une mission visant à sauver le monde, qu’ils appellent Project Hail Mary, et Ryland en est désormais membre. Ils expliquent qu’ils vont fabriquer un vaisseau spatial propulsé par Astrophage et envoyer des astronautes vers une étoile d’une autre galaxie appelée Tau Ceti, qui n’est pas affectée par Astrophage. C’est là que se trouve Ryland dans la chronologie actuelle.
Dans un autre flash-back, Stratt dit à Ryland qu’elle essaie de décider si les astronautes doivent être mis dans le coma pendant le voyage vers Tau Ceti pour éviter les conflits potentiels et les effets secondaires émotionnels d’une longue odyssée spatiale. Elle note qu’un groupe de recherche thaïlandais a découvert que certaines personnes possèdent un gène qui les rend résistantes aux effets secondaires potentiellement négatifs du coma, y compris la mort. Ryland suggère qu’ils choisissent pour la mission spatiale des astronautes porteurs du gène de résistance au coma. Dans le présent, Ryland voit un autre vaisseau, clairement pas venu de la Terre, en dehors du Je vous salue Marie. Il l’appelle le Blip-A en raison de la façon dont il apparaît sur le radar du Je vous salue Marie. Il propulse les moteurs du navire trois fois et le Blip-A fait de même. Ensuite, une paire de bras robotisés attachés au Blip-A lance un objet cylindrique dans sa direction. Il enfile la combinaison d’activité extravéhiculaire (EVA) du navire et sort pour l’attraper.
Dans un flash-back, Ryland et Stratt rencontrent un scientifique nommé Dr Lokken, qui Stratt met la main à la pâte pour concevoir des équipements de laboratoire pour le Je vous salue Marie. Dans le présent, Ryland ouvre le cylindre et trouve un modèle destiné à lui montrer d’où vient l’extraterrestre sur le Blip-A, un système que les scientifiques de la Terre appellent 40 Eridani, et que ce système est également affecté par l’Astrophage. L’extraterrestre du Blip-A relie son vaisseau au Je vous salue Marie avec un tunnel. Ryland entre dans le tunnel et voit l’extraterrestre, qui ressemble à « une araignée au gros cul » (174). Il y a un mur au centre du tunnel pour que Ryland puisse respirer de l’oxygène d’un côté et que l’extraterrestre, que Ryland appelle Rocky pour son apparence escarpée, puisse respirer de l’ammoniac de l’autre côté. La planète natale de Rocky, que Ryland appelle Erid, possède une atmosphère composée d’ammoniac. Le discours de Rocky semble musical à Ryland, et il décide d’utiliser un logiciel d’analyse des ondes sonores pour essayer de traduire ce qu’il dit. C’est efficace, et Ryland et Rocky discutent de leur problème commun d’astrophasage.
Dans un flash-back, Stratt et Ryland rendent visite à un scientifique en énergie, le Dr Redell, qui est incarcéré en Nouvelle-Zélande pour détournement de fonds. Redell dit qu’il serait possible d’enrichir des quantités massives d’Astrophage pour alimenter le Je vous salue Marie en recouvrant le désert du Sahara de panneaux noirs qui absorberont la lumière du soleil. Redell rejoint le projet Hail Mary. Dans le présent, Rocky dit à Ryland que tous ses coéquipiers sont tombés malades et sont morts. Dans un flash-back, Stratt demande à un climatologue nommé Dr Leclerc de découvrir comment prévenir une période glaciaire en libérant une grande quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère terrestre. Ils y parviennent en faisant exploser les glaciers de l’Antarctique avec des bombes à fusion. Ryland est testé pour le gène de résistance au coma. Dans le présent, Rocky fabrique une bulle pleine d’ammoniac dans laquelle il peut se déplacer pour pouvoir entrer dans le Je vous salue Marie.
Rocky dit à Ryland qu’il lui donnera suffisamment de carburant Astrophage pour lui permettre de revenir sur Terre. Dans un flash-back, Ryland rencontre les astronautes choisis pour la mission spatiale, dont les spécialistes scientifiques Annie Shapiro et Martin DuBois, qu’il formera. DuBois mentionne que Ryland possède le gène de résistance au coma. Dans le présent, Ryland et Rocky décident de prélever un échantillon de l’atmosphère d’une planète proche de Tau Ceti, qu’ils appellent Adrian. Ryland doit quitter le navire pour récupérer l’échantillon, une mission dangereuse qu’il accomplit avec courage. Mais alors qu’ils tentent de sortir de l’atmosphère d’Adrian, ils découvrent qu’un trou a été creusé dans la coque du Je vous salue Marie. Cela provoque une augmentation rapide de la gravité du navire. Ryland est ballotté dans la salle de contrôle et coincé par une chaise. Rocky quitte la sécurité de sa bulle et retire la chaise de Ryland, puis s’effondre. Ryland parvient à mettre Rocky en sécurité dans son sas rempli d’ammoniac avant de s’évanouir également. Un jour passe et Ryland récupère, mais Rocky continue de rester immobile dans le sas. Enfin, Rocky se réveille.
Dans un flash-back, Ryland vit dans une caravane près de l’installation de lancement de Baïkonour quelques jours avant le lancement du Je vous salue Marie. Une explosion se produit dans le centre de recherche voisin, tuant DuBois et Shapiro. Stratt dit à Ryland qu’il doit rejoindre la mission spatiale, car il n’a pas le temps de former un autre astronaute. Dans le présent, Rocky et Ryland examinent l’échantillon de l’atmosphère d’Adrian et découvrent qu’il contient un prédateur Astrophage, que Ryland appelle Taumoeba. Ryland cherche à créer une version du Taumoeba qui survivra sur Vénus et son équivalent près d’Erid, une planète qu’il appelle Threeworld. Il présume que les Taumoeba pourraient manger l’Astrophage et limiter l’obscurcissement du soleil et de l’étoile équivalente dans la galaxie d’Erid. Les lumières s’éteignent et Ryland se rend compte que les générateurs du Hail Mary sont en panne. Ryland et Rocky découvrent que Taumoeba a infiltré les réservoirs de carburant et qu’ils consomment l’Astrophage. Ils retournent au Blip-A pour obtenir plus de carburant. Dans un flash-back, Stratt dit à Ryland qu’il doit rejoindre la mission et qu’elle le droguera et le forcera si elle le doit.
Dans le présent, Ryland s’en souvient et se rend compte qu’il n’est pas le héros qu’il pensait être. Il se rend également compte que son approvisionnement en nourriture est très limité, puisque le Je vous salue Marie n’était pas destiné à revenir sur Terre. Il élève avec succès Taumoeba qui peut survivre sur Vénus et Threeworld. Ryland donne Rocky Taumoeba à ramener à Erid et les deux se séparent. Dans un flash-back, Ryland est dans une cellule de prison à Baïkonour et il reçoit la visite de Stratt, qui lui dit qu’elle le force à participer à la mission parce que c’est le seul moyen de sauver le monde.
Dans le présent, Ryland se rend compte que certains Taumoeba se sont échappés des réservoirs dans lesquels ils étaient détenus. Il pense que la même chose a dû se produire sur le Blip-A. Si Rocky ne s’en rend pas compte, le Taumoeba mangera tout le carburant de l’Astrophage. Ryland choisit de retourner au Blip-A et de sauver Rocky, même si cela signifie qu’il n’aura pas assez de nourriture pour revenir sur Terre. Il sauve Rocky et les deux emmènent le Je vous salue Marie à Erid. Ryland renvoie l’un des coléoptères sur Terre, contenant le Taumoeba qui peut survivre sur Vénus.
Dans le dernier chapitre, Ryland vit sur Erid dans un dôme construit pour lui par des scientifiques éridiens, où ils ont reproduit l’atmosphère terrestre. Rocky dit à Ryland que le soleil a retrouvé son éclat d’antan – il a sauvé la Terre. Il demande à Ryland s’il envisage de rentrer chez lui et Ryland dit qu’il n’en est pas sûr. Ryland donne un cours de sciences aux enfants éridiens.