Сфера дайсона что это такое: Что такое сфера Дайсона? | Мир вокруг нас

Что такое сфера Дайсона? | Мир вокруг нас

Многие ученые предлагали космическую экспансию, как выход из этой проблемы, об этом написано огромное количество научно-фантастических произведений, снят ряд фильмов.

Но, помимо «жилплощади», развивающейся цивилизации требуется энергия, очень много энергии! Самой безопасной и в некотором роде самым очевидным ее источником является Солнце — зачем сжигать органические вещества или осуществлять опасные ядерные реакции, если все необходимое, как говорится, с неба падает. Вопрос только в том, чтоб уловить достаточное количество этой энергии.

Примерно в таком ключе рассуждал английский физик Фримен Джон Дайсон. В 1960 году он предложил крайне интересный астроинженерный проект, способный разрешить одновременно проблему нехватки места обитания и дефицита энергии.

Решение Ф. Дайсона

Астроинженерными можно назвать такие проекты, масштаб которых сопоставим с планетами, звездами и планетными системами. Разумеется, это идеи, предназначенные для далекого будущего, но, в отличие от простых фантазий, они научно обоснованы. Чтобы представить такие проекты, потребуется хорошее воображение и способность отбросить стереотипы. Сфера Дайсона в некотором роде жемчужина астроинженерных идей в прямом и переносном смысле. Так что же это такое?

Представьте огромную сферу, радиусом равную расстоянию от Земли до Солнца (1 астрономическая единица), внутри которой находится центральная звезда планетарной системы. Чтоб лучше понять идею, посмотрите на схему и дайте волю воображению. Для строительства такого циклопического сооружения потребуется масса вещества как минимум равная массе Юпитера. На внутренней поверхности сферы будут располагаться обитатели, которые смогут улавливать практически все излучение своей звезды.

Цивилизация сферы не зависит от какого-либо топлива, пока светит ее звезда, а для светил вроде Солнца этот срок составляет миллиарды лет. Энергопотребление такой цивилизации может достигнуть значения примерно 4×10²⁶ Вт. Чтоб представить масштаб, вспомните, сколько киловатт вы потребляете в месяц.

А уж сколько будет места: площадь внутренней поверхности подобной конструкции составляет примерно 600 миллионов земных поверхностей. Если разместить все современное человечество на таком количестве планет, подобных нашей, то на каждой из них обитало бы всего 10 человек, а здесь все в пределах одной планетарной системы. Какой уж тут квартирный вопрос, когда места хватит всем на тысячи поколений вперед. Звучит фантастически…

Кстати, сам Дайсон признается, что заимствовал идею сферы у фантаста Олафа Стэплдона, автора романа «Создатель звёзд», где описывается такая конструкция. А наш соотечественник К. Э. Циолковский был очень близок к идее сферы, предлагая строить вокруг Солнца множество космических поселений, которые в итоге смогут уловить всю солнечную энергию. Но именно Ф. Дайсон обосновал идею Сферы, рассчитал параметры конструкции, создал модели, так что название в честь него вполне справедливо.

А может, кто-то уже построил?

Естественно, что Сфера Дайсона будет построена не в следующий десяток лет и даже не в следующее столетие, и для Землян этот проект — далекая мечта. Но ведь Земля не единственная в космосе планета, и возможно, наши братья по разуму, отстоящие от нас на световые годы по расстоянию и обгоняющие нас на миллионы лет развития, уже построили подобные сферы.

Опять фантастика? Однако исследователи проекта поиска внеземного разума SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) отнеслись к идее поиска «чужих» сфер вполне серьезно. Предполагается, что конструкция высокоразвитой цивилизации будет излучать в инфракрасном диапазоне, ведь излишки тепла никому не нужны. Параметры излучения твердого тела такого размера будут отличаться от излучения туманностей, что теоретически позволит найти подобные артефакты среди естественных объектов.

Для поиска Сфер других цивилизаций планируется использовать космический инфракрасный телескоп NASA SIRTF (Space Infrared Telescope Facility). Так что, может быть, мы найдем проект Дайсона уже реализованным нашими космическими соседями.

Ложка дегтя и пути ее преодоления

Сможет ли человечество осуществить такой амбициозный проект, сможет ли его осуществить кто иной во Вселенной? Согласно мнению критиков, Сфера Дайсона в изначальной модификации была бы нестабильной и разрушилась.

Дело в том, что для преодоления силы притяжения Солнца или другой звезды конструкция должна вращаться вокруг оси. Тогда центробежная сила скомпенсирует гравитацию. В некотором роде эффект, напоминающий юлу. Однако сложность заключается в том, что центробежная сила максимальна на экваторе, а на полюсах равняется нулю. То есть на полюсах Сферу ничего не будет уравновешивать. Это привело бы к гибели всего астроинженерного сооружения. Для решения этого противоречия было предложено множество модификаций изначального проекта: это и кольцо Нивена, и менее амбициозные станции О’Нейла, и еще ряд смелых и грандиозных концепций, рассмотрение которых достойно отдельной статьи.

Крайне сложно будет добыть столько вещества, возвести конструкцию, защитить ее от внешних воздействий — все это в наших глазах делает проект практически невозможным. Но могли ли древние люди, сидя на дереве, представить ту же Останкинскую телебашню?

Осуществим этот проект или нет, все равно идея заслуживает внимания, как минимум со стороны писателей-фантастов, максимум со стороны инженеров, астрономов и других ученых. Может быть, Сфера Дайсона — это сказка, миф современности, но вспомните — история Дедала и Икара была написана несколько тысячелетий назад. А тысячелетия в масштабах Вселенной — это ничтожно мало.

Теги:

исследования,
космос,
проект,
энергетика,
астрономия,
энергия,
будущее,
наука,
изобретения

Сфера Дайсона: история теории, разновидности

Шел конец пятидесятых – Эйнштейн уже умер, а до изобретения диско оставалось еще больше десяти лет. Заняться было особо нечем, поэтому даже физики-теоретики начали читать фантастические романы, на основе которых потом придумывали невероятные теории.

Это все, конечно, шутки, но, как известно, в каждой байке есть толика правды. Фримен Дайсон действительно вдохновлялся идеями из фантастической литературы, когда придумывал концепт сферической звездной станции, которая будет поглощать свет от звезды. Не малую часть, что мы получаем сейчас, а всю энергию. Эта концепция получила название по фамилии того, кто ее придумал, и была именована как Сфера Дайсона.

В то время ученый и не думал о том, что человечество когда-либо сможет построить огромное сооружение вокруг Солнца, потому что это уже уровень цивилизации второго типа с энергопотреблением практически равным мощности самой звезды.

Не то что бы мы хотя бы на шаг, нет, на микрометр приблизились к постройке Сферы Дайсона со времен представления теории, но многие люди задумались над тем, что вообще нужно для такой постройки и как это осуществить. В связи с этим появилось несколько вариантов потенциальных разновидностей подобных сфер. Рассмотрим же все это поподробней.

Сфера Дайсона

Постройка

Перед тем, как начать что-либо строить, нужно понять, как будет выглядеть конечная конструкция. Во-первых, она должна быть выполнена в какой-либо стандартной форме, чтобы ее было проще возвести. В конце концов Кольцо Дайсона – это, возможно, самый амбициозный инженерный проект во Вселенной, а не курсовая работа студента архитектурного факультета.

Во-вторых, нужно сделать постройку модифицируемой, чтобы в последствии ее можно было совершенствовать – кто знает, что с ней может случится. Всего лишь огромная конструкция вокруг Солнца – да что вообще может пойти не так?

В-третьих, плоскость конструкции должна иметь вогнутость для фокусировки входящей энергии. Ну, и в-четвертых, должно быть совпадение центра массы и геометрического центра Сферы, чтобы ее было просто расположить и транспортировать. Да, я понимаю, что это огромное сооружение в космосе вокруг звезды, но не хотите же вы сказать, что строить его будут прямо вокруг Солнца?

Разновидности

Рой

Начнем с «оригинального» варианта Кольца. Ну, почти – Рой Дайсона ближе всех подходит к концепции, которую выдвинул сам ученый. Он выглядит как множество автономных кораблей, работающих на солнечной энергии, которые будут расположены вокруг звезды независимо друг от друга, образовывая тем самым нечто наподобие сферы. Если это слово здесь вообще уместно, то Рой Дайсона построить «проще» всего. Все элементы можно располагать постепенно, и рассчитать их количество тоже будет несложно. Более того, энергию между роем и планетой можно будет подавать любым беспроводным способом.

Естественно, не лишена такая концепция и недостатков. Орбитальная механика говорит: «Стойте-стойте, ребята, вы что, не подумали о том, что у каждого компонента роя будет своя орбита?». Действительно, расположение элементов в виде сферы будет затруднительно. Поэтому проще будет просто выстроить их в кольцо Дайсона, где у каждого корабля будет одинаковая орбита. Можно выстроить несколько колец, тем самым образовав сферу, но опять же – все будет хорошо до тех пор, пока орбиты разных элементов не начнут пересекаться. Тогда нас, скорее всего, ждет большой фейерверк вокруг Солнца. Ну и, в конце концов никто не знает, сколько орбитальных возмущений нас ждет при таком количестве элементов.

Рой Дайсона

Пузырь

Следующий вид сферы – Пузырь Дайсона. Такая постройка может представлять собой модифицированный Рой Дайсона.

Такие кольца уже не будут висеть на орбите звезды, а станут ее своеобразными статутами-спутниками, использующими радиационное давления для препятствования ее огромной силе притяжения. Эти конструкции не будут вращаться, поэтому и не столкнутся друг с другом – они должны быть абсолютно неподвижны.

Инженеры, конечно, ставят под огромное сомнение практичность подобного сооружения, но не исключают его вероятность.

Пузырь Дайсона

Оболочка

Если вы когда-либо видели художественное изображение Сферы Дайсона, а я почти уверен, что это так, то скорее всего это была та самая оболочка – сплошное покрытие вокруг звезды. Эта конструкция позволила бы перехватывать 100% солнечной энергии, а еще, это была бы огромная поверхность для жизни – если она вообще может быть пригодна для этого.

Сфера Дайсона в виде оболочки имела бы радиус одной астрономической единицы, а это значит, что внутри она бы получала практически столько же света, сколько Земля сейчас. Постройки без оболочки не смогли бы перехватывать 100% энергии, но и не забирали бы максимально возможную.

Оболочка Дайсона

Выводы

Сфера Дайсона – действительно одна из самых амбициозных теорий, которая не лишена смысла, но упирается в то, что претворить такое в жизнь практически невозможно. Да и никто не может сказать, как долго сможет продержаться подобная конструкция. В любом случае, мы с вами не сможем проверить это лично, так как по крайней мере в обозримом будущем создать Сферу Дайсона не представляется возможным.

Сфера Дайсона — Scholarpedia

Постпубликационная деятельность

Куратор: Ричард Кэрриган

Авторы:

0. 40 —

Евгений Михайлович Ижикевич

0,20 —

Фриман Дж. Дайсон

0,20 —

Роберт П. О’Ши

Ник Орбек

Риккардо Гуида

Тобиас Деннингер

Николау Леаль Вернек

Виорел Бадеску

• Д-р Фримен Дж. Дайсон, Институт перспективных исследований, Принстон, Нью-Джерси

• Доктор Ричард Карриган, Фермилаб, Батавия, Иллинойс

Сфера Дайсона — гипотетическая искусственная среда обитания, построенная вокруг звезды цивилизацией с достаточными технологиями. Он предназначен для максимально возможного захвата выходной мощности звезды и должен быть отличительной чертой цивилизации, способной контролировать ресурсы планетарной системы.

Поиск инопланетных цивилизаций

Джузеппе Коккони и Филип Моррисон, которые в то время были профессорами физики в Корнельском университете, в 1959 году предложили радиоастрономам искать искусственные радиосигналы, передаваемые инопланетными цивилизациями (Cocconi et ал., 1959). Такие сигналы могут быть направлены на нас инопланетянами или отправлены одной инопланетной цивилизацией другой и подслушаны нами. Коккони и Моррисон указали, что узкополосные радиосигналы, передаваемые существующими радарами и принимаемые существующими телескопами, могут быть обнаружены на межзвездных расстояниях, так что поиск таких сигналов имел смысл. Фрэнк Дрейк быстро начал поиски, которые он назвал «Проект Озма», используя радиотелескоп диаметром 85 футов в Грин-Бэнк (Дрейк, 1959). Он написал: «Он назван в честь королевы воображаемой страны Оз, очень далекого, труднодоступного места, населенного экзотическими существами». Никаких сигналов он не слышал. С тех пор поиск инопланетных радиосигналов продолжается с увеличением чувствительности и расширением охвата неба, но всегда с отрицательными результатами. Оказывается, инопланетные цивилизации, если они существуют по соседству с нами, не желают общаться по радио.

Дайсон в 1960 г. задал вопрос, существует ли какой-либо способ обнаружения инопланетных цивилизаций, не желающих общаться, и ответил на него утвердительно (Dyson, 1960). Он заметил, что любая цивилизация, использующая большой поток энергии, независимо от того, желает ли она общаться, по законам термодинамики будет вынуждена избавляться от отработанного тепла, которое должно излучаться в космос в виде инфракрасного излучения. Таким образом, необщительные цивилизации могли быть обнаружены как источники инфракрасного излучения при условии, что они использовали поток энергии, большой по сравнению с естественными источниками инфракрасного излучения в той же части неба. Дайсон предложил заняться поиском точечных источников излучения в десятимикронном диапазоне. Десятимикронное излучение будет исходить от внешней поверхности любой среды обитания, содержащей существ, при температуре около 300 градусов по Кельвину, при которой вода находится в жидком состоянии. Поскольку земная атмосфера сильно излучает в этом диапазоне, для поиска внеземных источников требуется телескоп с инфракрасным детектором, вращающийся в космосе. Интересно, что во время предложения Дайсона инфракрасная астрономия в десятимикронной области была в основном диким блеском в глазах нескольких индивидуалистов. С тех пор он стал одним из доминирующих окон в небо.

По мнению российского астрофизика Николая Кардашева (Кардашев, 1962), долгоживущие цивилизации, вероятно, принадлежат к трем типам, которые он называет I, II и III. Тип I контролирует ресурсы планеты, тип II контролирует ресурсы звезды, а тип III контролирует ресурсы галактики. Наша собственная цивилизация еще не относится к типу I, но будет таковой самое большее через несколько сотен лет. Сфера Дайсона является примером цивилизации типа II. Кардашев заметил, что переходы от рождения цивилизации к типу I, от типа I к типу II и от типа II к типу III будут быстрыми по сравнению с вероятным временем жизни цивилизаций, остающихся в одном из трех типов. Цивилизацию типа I на межзвездном расстоянии невозможно будет обнаружить с помощью существующих инструментов, а тип III в нашей собственной галактике изменит вид неба настолько радикально, что вряд ли ускользнет от нашего внимания. Таким образом, любая инопланетная цивилизация, которую мы обнаружим, скорее всего, будет цивилизацией типа II, контролирующей ресурсы звезды. Цивилизация займет среду обитания вокруг звезды и будет использовать в своих целях весь свет звезды. Затем поток энергии, переносимый звездным светом, будет излучаться в виде отработанного тепла с внешней поверхности среды обитания. С точки зрения двадцать первого века сфера Дайсона, построенная из осколков Юпитера, была бы большим проектом, в десять миллиардов триллионов раз тяжелее Международной космической станции. Бумага Дайсона (Дайсон, 19 лет)60), предлагая поиск искусственных источников инфракрасного излучения, отмечает, что для их создания может потребоваться «энергия, излучаемая солнцем за 800 лет».

В своей статье Дайсон писал: «Возьмем за модель нашу собственную солнечную систему, мы получим по крайней мере возможную картину того, что можно ожидать в другом месте. Я не утверждаю, что именно это произойдет в нашей системе; я только сказать, что это могло произойти в других системах». Он заметил, что масса Юпитера, если ее распределить в сферической оболочке, вращающейся вокруг Солнца на расстоянии, вдвое превышающем земное от него, будет иметь толщину 2 тонны на квадратный метр площади поверхности. «Оболочка такой толщины, — писал он, — может быть удобной для жилья и содержать все оборудование, необходимое для использования солнечного излучения, падающего на нее изнутри». Это замечание создало у читателей ложное впечатление, что среда обитания инопланетной цивилизации представляет собой большой круглый шар со звездой в центре. Различные писатели-фантасты переняли это представление о большом круглом шаре, населенном инопланетянами, и дали ему название «Сфера Дайсона». Дайсон использовал фразу «искусственная биосфера» для описания среды обитания инопланетной цивилизации. Он прекрасно понимал, что искусственная биосфера не может быть большим круглым шаром. Большой круглый шар, независимо от того, вращается он или нет, механически слишком слаб, чтобы выдержать собственный вес против гравитации звезды. Он представлял себе искусственную биосферу как облако обитаемых объектов, вращающихся вокруг звезды, достаточно плотно окружающих звезду, чтобы поглотить весь звездный свет, но с тщательно организованными орбитами, чтобы избежать столкновений.

Астрономические поиски

После предложения Дайсона прошло двадцать лет, прежде чем был запущен космический корабль с детектором длинноволнового инфракрасного излучения, охлаждаемым жидким гелием. В 1983 году инфракрасный астрономический спутник (IRAS), международная миссия, финансируемая совместно Соединенными Штатами, Великобританией и Нидерландами, провела первый обзор неба в длинноволновом инфракрасном диапазоне, обнаружив 245 389 источников (Beichman , 1987). Миссия была блестяще успешной. Было обнаружено, что небо заражено инфракрасными источниками. Подавляющее большинство источников являются идентифицируемыми природными объектами. Многие из них — только что родившиеся звезды, все еще погруженные в плотные пылевые облака, из которых они недавно сконденсировались. Пылевые облака нагреваются внутри себя новорожденными звездами и излучают энергию звезд в виде инфракрасного излучения. С точки зрения наших инфракрасных детекторов, эти естественные «звезды-коконы» выглядят так же, как инопланетные цивилизации. Старые звезды, такие как углеродные звезды, отходящие от асимптотической гигантской ветви, также сдувают большие пылевые облака. Если по соседству с нами и существуют инопланетные цивилизации, то они спрятаны среди огромной популяции естественных инфракрасных источников.

Поскольку большинство источников инфракрасного излучения имеют разумные астрофизические объяснения, важную роль играет знаменитая бритва Оккама, поэтому следует использовать самое простое объяснение. Тем не менее, несмотря на проблемы с естественными двойниками сферы Дайсона, ученые, такие как Карл Саган и Джилл Тартер, директор Центра исследований SETI в Институте SETI, пытались найти иголки сферы Дайсона в инфракрасном стоге сена. Недавно Дик Кэрриган (Carrigan, 2009) использовал информацию со спектрометра низкого разрешения (LRS) IRAS, чтобы развить более ранние поиски на основе фильтров IRAS, проведенные несколькими российскими астрономами, включая Кардашева и Вячеслава Слыша. Кэрриган обнаружил, что лишь несколько источников IRAS близки к тому, чтобы пройти проверку в качестве сферы Дайсона. Многие источники имеют четкие спектрографические линии, которые идентифицируют их как мимики. Часть инструментария Кэрригана подходит для планковского распределения абсолютно черного тела. Это шаг вперед, но также и шаг вниз по сравнению с первоначальной и более общей точкой зрения Дайсона. На практике большинство спектров LRS мало похожи на сферу Дайсона и имеют более высокие температуры. Поиск показывает, что в пределах нескольких сотен световых лет от Земли мало интересных кандидатов, если они вообще есть.

Несколько других астрономов, в том числе Дэн Вертимер, известный как создатель программы SETI@home, и Джун Джугаку искали так называемые «частичные» сферы Дайсона, где звезда лишь частично закрыта. Они проводили поиски, ища инфракрасные излишки вокруг видимых звезд. При поиске нескольких тысяч звезд не было сообщено о возможных кандидатах.

После IRAS были запущены другие космические аппараты, несущие более чувствительные детекторы и обнаружившие еще большее количество источников. Космический телескоп Spitzer — лучший в своем классе, с гораздо лучшим разрешением и чувствительностью, чем IRAS. В большинстве случаев миссия была сосредоточена на более детальном исследовании природных источников. Одна часть миссии, GLIMPSE (Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire), использовала фильтры для исследования инфракрасных источников в галактической плоскости. Эд Черчвелл из Университета Висконсина сообщает, что программа GLIMPSE идентифицировала порядка 100 миллионов источников, 90% из которых составляют холодные красные гиганты. К сожалению, все фильтры Спитцера работают на более коротких длинах волн, поэтому выборка населения смещена в сторону температур выше естественного диапазона для жизни. Чтобы продолжить поиск сфер Дайсона, необходимо продолжать решать проблему различения искусственных источников от естественных. Пока не будет отличной дискриминации с небольшим количеством ложных срабатываний, повышение чувствительности детекторов не поможет.

Литературное происхождение

Истинным прародителем идеи искусственной биосферы был писатель-фантаст Олаф Стэплдон. В своем романе «Создатель звезд» (Стэплдон, 1987, стр. 179), он описал внешний вид галактики в далеком будущем, населенной цивилизацией типа III и видимой с большого расстояния. «Мало того, что каждая солнечная система теперь была окружена сетью световых ловушек, которые собирали ускользающую солнечную энергию для разумного использования, так что вся галактика была затемнена, но и многие звезды, которые не подходили для того, чтобы быть солнцами, были разрушены и лишены их огромные запасы субатомной энергии». Роман был опубликован в 1937 году, а Дайсон прочитал его в 1945 году. К сожалению, он не упомянул Стэплдона, когда публиковал свою статью (Dyson, 1960). Если бы Дайсон отдал должное Стэплдону в этой статье, то искусственные биосферы назвали бы «облаками Стэплдона» и никогда не получили бы вводящего в заблуждение названия «сферы Дайсона».

Младший автор считает Дайсона слишком скромным. Современная SETI (Tarter, 2001) опирается на четыре великих столпа середины двадцатого века. Это парадокс Ферми — терпеливый космический путешественник может пройти долгий путь, путешествуя со скоростью 1/100 скорости света, так почему же он не появился здесь, признание Коккони и Моррисонса возможности межзвездного радио, уравнение Дрейка и Предложение Дайсона. Суть идеи Дайсона — искать пирамиды, а не радиосигналы — может в конечном итоге стать парадигмой, определяющей разум за пределами Солнечной системы.

Ссылки

• К. Бейхман, «Взгляд IRAS на Галактику и Солнечную систему», Ежегодные обзоры астрономии и астрофизики , 25, 521-563 (1987).
• Р. Кэрриган, «Верхний предел всего неба на основе IRAS для сфер Дайсона», Astrophysical Journal , 698, 2075-2086 (2009).
• Г. Коккони и П. Моррисон, «Поиски межзвездных коммуникаций», Nature , 184, с. 844 (1959) doi: 10.1038/184844a0.
• Ф. Дрейк, «Как мы можем обнаруживать радиопередачи с далеких планетарных систем?», Небо и телескоп , 19, 140 (1959).
• Ф. Дайсон, «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения», Science , 131, 1667 (1960).
• Н. Кардашев, «Передача информации внеземными цивилизациями» (на русском языке), Астрономический журнал , 41, 282 (1962), английский перевод, Советская астрономия AJ , 8, 217 (1964).
• О. Стэплдон, Star Maker , (Лондон, Метуэн, 1937 г.), выпуск к 50-летию (Лос-Анджелес, Джереми Тарчер, 19 лет)87).
• Дж. Тартер, «Поиск внеземного разума (SETI)», Ежегодные обзоры астрономии и астрофизики , 39, 511-548 (2001)

См. также

• Уравнение Дрейка
• СЕТИ

Сфера Дайсона — Scholarpedia

Фримен Дж. Дайсон и Ричард Кэрриган (2009), Scholarpedia, 4(5):6647.

doi:10.4249/scholarpedia.6647

редакция #88984 [ссылка/цитирование этой статьи]

Постпубликационная деятельность

Куратор: Ричард Кэрриган

Авторы:

0.40 —

Евгений Михайлович Ижикевич

0,20 —

Фриман Дж. Дайсон

0,20 —

Роберт П. О’Ши

Ник Орбек

Риккардо Гуида

Тобиас Деннингер

Николау Леаль Вернек

Виорел Бадеску

• Д-р Фримен Дж. Дайсон, Институт перспективных исследований, Принстон, Нью-Джерси

• Доктор Ричард Карриган, Фермилаб, Батавия, Иллинойс

Сфера Дайсона — гипотетическая искусственная среда обитания, построенная вокруг звезды цивилизацией с достаточными технологиями. Он предназначен для максимально возможного захвата выходной мощности звезды и должен быть отличительной чертой цивилизации, способной контролировать ресурсы планетарной системы.

Поиск инопланетных цивилизаций

Джузеппе Коккони и Филип Моррисон, которые в то время были профессорами физики в Корнельском университете, в 1959 году предложили радиоастрономам искать искусственные радиосигналы, передаваемые инопланетными цивилизациями (Cocconi et ал., 1959). Такие сигналы могут быть направлены на нас инопланетянами или отправлены одной инопланетной цивилизацией другой и подслушаны нами. Коккони и Моррисон указали, что узкополосные радиосигналы, передаваемые существующими радарами и принимаемые существующими телескопами, могут быть обнаружены на межзвездных расстояниях, так что поиск таких сигналов имел смысл. Фрэнк Дрейк быстро начал поиски, которые он назвал «Проект Озма», используя радиотелескоп диаметром 85 футов в Грин-Бэнк (Дрейк, 1959). Он написал: «Он назван в честь королевы воображаемой страны Оз, очень далекого, труднодоступного места, населенного экзотическими существами». Никаких сигналов он не слышал. С тех пор поиск инопланетных радиосигналов продолжается с увеличением чувствительности и расширением охвата неба, но всегда с отрицательными результатами. Оказывается, инопланетные цивилизации, если они существуют по соседству с нами, не желают общаться по радио.

Дайсон в 1960 г. задал вопрос, существует ли какой-либо способ обнаружения инопланетных цивилизаций, не желающих общаться, и ответил на него утвердительно (Dyson, 1960). Он заметил, что любая цивилизация, использующая большой поток энергии, независимо от того, желает ли она общаться, по законам термодинамики будет вынуждена избавляться от отработанного тепла, которое должно излучаться в космос в виде инфракрасного излучения. Таким образом, необщительные цивилизации могли быть обнаружены как источники инфракрасного излучения при условии, что они использовали поток энергии, большой по сравнению с естественными источниками инфракрасного излучения в той же части неба. Дайсон предложил заняться поиском точечных источников излучения в десятимикронном диапазоне. Десятимикронное излучение будет исходить от внешней поверхности любой среды обитания, содержащей существ, при температуре около 300 градусов по Кельвину, при которой вода находится в жидком состоянии. Поскольку земная атмосфера сильно излучает в этом диапазоне, для поиска внеземных источников требуется телескоп с инфракрасным детектором, вращающийся в космосе. Интересно, что во время предложения Дайсона инфракрасная астрономия в десятимикронной области была в основном диким блеском в глазах нескольких индивидуалистов. С тех пор он стал одним из доминирующих окон в небо.

По мнению российского астрофизика Николая Кардашева (Кардашев, 1962), долгоживущие цивилизации, вероятно, принадлежат к трем типам, которые он называет I, II и III. Тип I контролирует ресурсы планеты, тип II контролирует ресурсы звезды, а тип III контролирует ресурсы галактики. Наша собственная цивилизация еще не относится к типу I, но будет таковой самое большее через несколько сотен лет. Сфера Дайсона является примером цивилизации типа II. Кардашев заметил, что переходы от рождения цивилизации к типу I, от типа I к типу II и от типа II к типу III будут быстрыми по сравнению с вероятным временем жизни цивилизаций, остающихся в одном из трех типов. Цивилизацию типа I на межзвездном расстоянии невозможно будет обнаружить с помощью существующих инструментов, а тип III в нашей собственной галактике изменит вид неба настолько радикально, что вряд ли ускользнет от нашего внимания. Таким образом, любая инопланетная цивилизация, которую мы обнаружим, скорее всего, будет цивилизацией типа II, контролирующей ресурсы звезды. Цивилизация займет среду обитания вокруг звезды и будет использовать в своих целях весь свет звезды. Затем поток энергии, переносимый звездным светом, будет излучаться в виде отработанного тепла с внешней поверхности среды обитания. С точки зрения двадцать первого века сфера Дайсона, построенная из осколков Юпитера, была бы большим проектом, в десять миллиардов триллионов раз тяжелее Международной космической станции. Бумага Дайсона (Дайсон, 19 лет)60), предлагая поиск искусственных источников инфракрасного излучения, отмечает, что для их создания может потребоваться «энергия, излучаемая солнцем за 800 лет».

В своей статье Дайсон писал: «Возьмем за модель нашу собственную солнечную систему, мы получим по крайней мере возможную картину того, что можно ожидать в другом месте. Я не утверждаю, что именно это произойдет в нашей системе; я только сказать, что это могло произойти в других системах». Он заметил, что масса Юпитера, если ее распределить в сферической оболочке, вращающейся вокруг Солнца на расстоянии, вдвое превышающем земное от него, будет иметь толщину 2 тонны на квадратный метр площади поверхности. «Оболочка такой толщины, — писал он, — может быть удобной для жилья и содержать все оборудование, необходимое для использования солнечного излучения, падающего на нее изнутри». Это замечание создало у читателей ложное впечатление, что среда обитания инопланетной цивилизации представляет собой большой круглый шар со звездой в центре. Различные писатели-фантасты переняли это представление о большом круглом шаре, населенном инопланетянами, и дали ему название «Сфера Дайсона». Дайсон использовал фразу «искусственная биосфера» для описания среды обитания инопланетной цивилизации. Он прекрасно понимал, что искусственная биосфера не может быть большим круглым шаром. Большой круглый шар, независимо от того, вращается он или нет, механически слишком слаб, чтобы выдержать собственный вес против гравитации звезды. Он представлял себе искусственную биосферу как облако обитаемых объектов, вращающихся вокруг звезды, достаточно плотно окружающих звезду, чтобы поглотить весь звездный свет, но с тщательно организованными орбитами, чтобы избежать столкновений.

Астрономические поиски

После предложения Дайсона прошло двадцать лет, прежде чем был запущен космический корабль с детектором длинноволнового инфракрасного излучения, охлаждаемым жидким гелием. В 1983 году инфракрасный астрономический спутник (IRAS), международная миссия, финансируемая совместно Соединенными Штатами, Великобританией и Нидерландами, провела первый обзор неба в длинноволновом инфракрасном диапазоне, обнаружив 245 389 источников (Beichman , 1987). Миссия была блестяще успешной. Было обнаружено, что небо заражено инфракрасными источниками. Подавляющее большинство источников являются идентифицируемыми природными объектами. Многие из них — только что родившиеся звезды, все еще погруженные в плотные пылевые облака, из которых они недавно сконденсировались. Пылевые облака нагреваются внутри себя новорожденными звездами и излучают энергию звезд в виде инфракрасного излучения. С точки зрения наших инфракрасных детекторов, эти естественные «звезды-коконы» выглядят так же, как инопланетные цивилизации. Старые звезды, такие как углеродные звезды, отходящие от асимптотической гигантской ветви, также сдувают большие пылевые облака. Если по соседству с нами и существуют инопланетные цивилизации, то они спрятаны среди огромной популяции естественных инфракрасных источников.

Поскольку большинство источников инфракрасного излучения имеют разумные астрофизические объяснения, важную роль играет знаменитая бритва Оккама, поэтому следует использовать самое простое объяснение. Тем не менее, несмотря на проблемы с естественными двойниками сферы Дайсона, ученые, такие как Карл Саган и Джилл Тартер, директор Центра исследований SETI в Институте SETI, пытались найти иголки сферы Дайсона в инфракрасном стоге сена. Недавно Дик Кэрриган (Carrigan, 2009) использовал информацию со спектрометра низкого разрешения (LRS) IRAS, чтобы развить более ранние поиски на основе фильтров IRAS, проведенные несколькими российскими астрономами, включая Кардашева и Вячеслава Слыша. Кэрриган обнаружил, что лишь несколько источников IRAS близки к тому, чтобы пройти проверку в качестве сферы Дайсона. Многие источники имеют четкие спектрографические линии, которые идентифицируют их как мимики. Часть инструментария Кэрригана подходит для планковского распределения абсолютно черного тела. Это шаг вперед, но также и шаг вниз по сравнению с первоначальной и более общей точкой зрения Дайсона. На практике большинство спектров LRS мало похожи на сферу Дайсона и имеют более высокие температуры. Поиск показывает, что в пределах нескольких сотен световых лет от Земли мало интересных кандидатов, если они вообще есть.

Несколько других астрономов, в том числе Дэн Вертимер, известный как создатель программы SETI@home, и Джун Джугаку искали так называемые «частичные» сферы Дайсона, где звезда лишь частично закрыта. Они проводили поиски, ища инфракрасные излишки вокруг видимых звезд. При поиске нескольких тысяч звезд не было сообщено о возможных кандидатах.

После IRAS были запущены другие космические аппараты, несущие более чувствительные детекторы и обнаружившие еще большее количество источников. Космический телескоп Spitzer — лучший в своем классе, с гораздо лучшим разрешением и чувствительностью, чем IRAS. В большинстве случаев миссия была сосредоточена на более детальном исследовании природных источников. Одна часть миссии, GLIMPSE (Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire), использовала фильтры для исследования инфракрасных источников в галактической плоскости. Эд Черчвелл из Университета Висконсина сообщает, что программа GLIMPSE идентифицировала порядка 100 миллионов источников, 90% из которых составляют холодные красные гиганты. К сожалению, все фильтры Спитцера работают на более коротких длинах волн, поэтому выборка населения смещена в сторону температур выше естественного диапазона для жизни. Чтобы продолжить поиск сфер Дайсона, необходимо продолжать решать проблему различения искусственных источников от естественных. Пока не будет отличной дискриминации с небольшим количеством ложных срабатываний, повышение чувствительности детекторов не поможет.

Литературное происхождение

Истинным прародителем идеи искусственной биосферы был писатель-фантаст Олаф Стэплдон. В своем романе «Создатель звезд» (Стэплдон, 1987, стр. 179), он описал внешний вид галактики в далеком будущем, населенной цивилизацией типа III и видимой с большого расстояния. «Мало того, что каждая солнечная система теперь была окружена сетью световых ловушек, которые собирали ускользающую солнечную энергию для разумного использования, так что вся галактика была затемнена, но и многие звезды, которые не подходили для того, чтобы быть солнцами, были разрушены и лишены их огромные запасы субатомной энергии». Роман был опубликован в 1937 году, а Дайсон прочитал его в 1945 году. К сожалению, он не упомянул Стэплдона, когда публиковал свою статью (Dyson, 1960). Если бы Дайсон отдал должное Стэплдону в этой статье, то искусственные биосферы назвали бы «облаками Стэплдона» и никогда не получили бы вводящего в заблуждение названия «сферы Дайсона».

Младший автор считает Дайсона слишком скромным. Современная SETI (Tarter, 2001) опирается на четыре великих столпа середины двадцатого века. Это парадокс Ферми — терпеливый космический путешественник может пройти долгий путь, путешествуя со скоростью 1/100 скорости света, так почему же он не появился здесь, признание Коккони и Моррисонса возможности межзвездного радио, уравнение Дрейка и Предложение Дайсона. Суть идеи Дайсона — искать пирамиды, а не радиосигналы — может в конечном итоге стать парадигмой, определяющей разум за пределами Солнечной системы.

Ссылки

• К. Бейхман, «Взгляд IRAS на Галактику и Солнечную систему», Ежегодные обзоры астрономии и астрофизики , 25, 521-563 (1987).
• Р. Кэрриган, «Верхний предел всего неба на основе IRAS для сфер Дайсона», Astrophysical Journal , 698, 2075-2086 (2009).
• Г. Коккони и П. Моррисон, «Поиски межзвездных коммуникаций», Nature , 184, с. 844 (1959) doi: 10.1038/184844a0.
• Ф. Дрейк, «Как мы можем обнаруживать радиопередачи с далеких планетарных систем?», Небо и телескоп , 19, 140 (1959).
• Ф. Дайсон, «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения», Science , 131, 1667 (1960).
• Н. Кардашев, «Передача информации внеземными цивилизациями» (на русском языке), Астрономический журнал , 41, 282 (1962), английский перевод, Советская астрономия AJ , 8, 217 (1964).