Сферы дайсона: История и возможности воплощения идеи / Хабр

История и возможности воплощения идеи / Хабр

Общепринятый приоритет в изобретении концепции колоссального космического сооружения, обозначаемого термином «Сфера Дайсона», принадлежит англо-американскому ученому Фримену Дайсону. Но, как и всегда в истории, если хорошо поискать, то можно найти предшественников, излагавших нечто похожее, заложивших некие основы, опираясь на которые наш современник Дайсон смог предложить такую дерзновенную идею.

Сам Фриман Дайсон признавал, что вдохновился идеей из фантастического романа «Создатель Звезд» («The Star Maker», Olaf Stapledon), автор которого Олаф Стэпледон описал похожее сооружение (кольца вокруг звезд без планет и новые искусственные планеты) ещё в 1937 году.

Но и Олаф Стэпледон мог позаимствовать идею у ещё одного автора: Джон Десмонд Бернал ( J. D. Bernal, «The World, the Flesh, and the Devil») в статье «Мир, Плоть и Дьявол» описывал сферические космические колонии, построенные из тонких оболочек вокруг перемещенных на новые орбиты астероидов. Он также неявно намекал, что когда таких колоний станет много, то тогда они будут перехватывать большую часть энергии нашего светила.


Основоположник космонавтики, наш соотечественник Константин Эдуардович Циолковский, тоже предлагал обитаемые космические колонии, но не в форме сферы, а в форме пирамиды или конуса, развернутые прозрачным основанием в сторону Солнца (с растениями и обитателями, расположенными на стенках конуса) – так называемые «эфирные города». Причём тут сфера Дайсона? А при том, что на приведенной ниже картинке из дневника Циолковского видно, что он изображал эти конусы именно объединенными в упорядоченную сеть (чем не часть сферы Дайсона?) с помощью неких балок или тросов, проходящих через центры этих объектов (слева внизу):

Помимо этих авторов американский фантаст Раймонд З. Галлун (Raymond Z. Gallun) тоже излагал нечто похожее.

Ещё в средневековье (XV век), итальянский мыслитель XV века Марсилио Фичино, предвидя возможности человека в будущем (интуитивно ощущая, что возможности человека развиваются на основе познания, т. е. точных знаний человека о законах природы) совершенно самоуверенно (для своего времени) написал:

Человек измеряет землю и небо… Ни небо не представляется для него слишком высоким, ни центр земли слишком глубоким… А так как человек познал строй небесных светил, то кто станет отрицать, что гений человека почти такой же, как у самого творца небесных светил, и что он некоторым образом мог бы создать эти светила, если бы имел орудия и небесный материал.

Поразительные слова, как бы предвещающие дерзания будущих покорителей космоса! — замечает Лев Любимов, автор той книги по искусству (и там оказывается пишут про астрономию!), где я прочел эти строки («Небо не слишком высоко» – золотой век итальянской живописи, серия «В мире прекрасного», Лев Любимов, Москва,

Детская литература

,

1979

).

Надо заметить, что хотя сфера Дайсона это не аналог светила — звезды или планеты, но она в некотором смысле использует первое и заменяет второе. Под сферой Дайсона можно понимать не только сферу, но любую конструкцию. Главное, чтобы эта конструкция была масштабной и перехватывала значительную часть излучения Солнца (а не тысячные доли процента, как существующие в нашей системе планеты). Конечно, итальянец Марсилио Фичино в XV веке не мог выдумать концепцию сферы Дайсона (ему не хватало знаний) и просто мечтал о создании подобия природных небесных тел, но тем не менее он смог обозначить в своем коротком тексте три из четырех основных проблем по созданию цивилизацией сферы Дайсона:

1. Метод создания – каким «некоторым образом» можно создать сферу, радиусом 50-250 миллионов километров?
2. Средства создания – какими «орудиями» можно создавать такую сферу, чтобы не навредить себе и всей своей системе?
3. Материал для создания – тот самый «небесный материал«, который определяет своим наличием, количеством и качеством саму возможность создания такой сферы (а также методы и скорость строительства).
4. Место расположения – которое нужно определить заранее, до строительства, чтобы потом не оказалось, что наличие сферы в этом месте только усложняет жизнь цивилизации или просто опасно для своей системы.

Начнем с последней проблемы – с места расположения сферы, так как это самое важное решение, заметно влияющее на последующие. И ответ на вопрос о размещение сферы напрямую зависит от назначения сферы.

Классификация по расположению

Вариант А: Если нам нужна сфера Дайсона просто для получения максимума энергии от Солнца (без учета сохранения освещенности планет, особенно освещенности Земли), то было бы логичнее расположить сферу как можно ближе к Солнцу.

Возникают три основные проблемы:

  1. Проблема гравитационной устойчивости и стабильности — сфера не должна падать на Солнце, ломаться или деформироваться от гравитации Солнца, а также от гравитации ближайших планет (Меркурия и Венеры).
  2. Проблема охлаждения сферы — сфера не должна плавиться или деформироваться от энергии Солнца.
  3. Если проблема охлаждения решена, то остается проблема переноса массы с Солнца на сферу – солнечный ветер и коронарные выбросы будут достигать поверхности сферы, повреждать её, оседать на ней, утяжелять и заряжать её.

Вариант Б: Если нам нужна сфера как поверхность обитания для людей (со всей необходимой инфраструктурой, атмосферой, почвой, растениями и животными), то сфера должна быть прочной и располагаться там, где свет Солнца имеет примерно ту же интенсивность что и на поверхности Земли — т.е. на расстоянии орбиты Земли или даже дальше (чтобы скомпенсировать отсутствие или слабость атмосферы, магнитосферы, нужных для защиты от излучения Солнца).

Возникают три новые основные проблемы (выше изложенные проблемы Варианта А не исчезают, но уходят на второй план):

  1. Стабильность – сфера не должна задевать орбиты других планет (например Земли), не должна сильно притягиваться ими. Поэтому она должна быть далеко вне орбиты Земли (на 30-50 млн. км или на 0.2-0.3 а.е.).
  2. Прочность и толщина сферы – вопрос в том, достаточно ли прочная поверхность сферы: помимо технологии во многом это определяется составом и качеством материала Солнечной системы.
  3. Наличие материала – если его недостаточно, то и строить такую сферу не имеет смысла.

Вариант В: Если нам нужна сфера с тонкой примитивной (легко ремонтируемой) поверхностью, перехватывающей свет от Солнца, но не обязательно твердой (выдерживающей почву, людей), зато с максимальной площадью поверхности и с минимальным потоком энергии (чтобы не волноваться за перегрев сферы), то сфера должна располагаться где-то ещё дальше от светила.

Для такой сферы тоже актуальны три основные проблемы (остальные проблемы менее важны):

  1. Наличие материала – для такой огромной сферы его может и не хватить.
  2. Стабильность сферы — остается проблемой, но не такой срочной.
  3. Столкновения с астероидами, кометами и т.п. — проблема серьезнее, чем для ранее изложенных вариантов, так как поверхность такой сферы в единицу времени пересекают гораздо больше мелких небесных тел.

Классификация по назначению

Из беглого рассмотрения местоположения сферы Дайсона очевидно, что многое также определяется назначением сферы:

Назначение 1: Тесный энергетический кокон вокруг звезды

Как можно ближе к звезде создается вращающаяся (необязательно сплошная) прочная охлаждаемая оболочка с уловителями (а также преобразователями и излучателями) энергии — чтобы получить максимум энергии при минимальных объемах строительства. Как близко к Солнцу можно построить такую сферу? Если принять неопасным разогрев оболочки Солнцем до 1000 К (без специального охлаждения), то радиус будет равен около 23 млн км, что лежит внутри орбиты Меркурия (радиус его орбиты от 40 до 60 млн км) — эти расчеты взяты со списка ответов на типичные вопросы по сфере Дайсона.

Вся полученная световая энергия преобразуется в другую (например, в электрическую) и потом либо передается куда-то (например, лазером или радиоволной), либо применяется на месте. Состояние, освещенность, стабильность орбит планет и даже само их существование в расчет не принимаются – если нужно, то они разбираются на материалы для создания сферы.

Несмотря на некоторую экстремальность такого назначения сферы (нестабильность сферы надо постоянно парировать выпуском газов/солнечного ветра с разных направлений, или работой двигателей на внешней/внутренней оболочке сферы) и проблему прочности (для нашего уровня развития главной проблемой является прочности любых современных материалов) эта конструкция вполне оправдана для цивилизаций высокого уровня. Особенно если таким способом осваивается не своё светило, а чужая звезда. Это ведь не колыбель цивилизации, где разбирать или заслонять от светила планеты не поднимется рука (просто из уважения к истории своего мира), не говоря уже о нарушении стабильности орбит других планет при разборке даже одной планеты. Если такая чужая звезда имеет неудачный (с точки зрения цивилизации) спектр, не обладает пригодными для освоения и обитания планетами, то и жалеть такую систему со звездой никто особо не будет: планеты пойдут на создание сферы.

Конструкция такого вида особенно оптимальна для белых карликов: эти неактивные, медленно (миллиарды лет) остывающие остатки звезды светят стабильно: температура их поверхности остывает со средней скоростью около 10000 K за 1 миллиард лет — эта оценка основана на разнице температур нового белого карлика: от 90 000 К (оценка по линиям поглощения) или 130 000 К (оценка по рентгеновскому спектру), до температур ниже 4000 К (так называемый черный карлик) для некоторых белых карликов, остывших за 13 миллиардов лет (время жизни Вселенной). Белые карлики светят без вспышек и выбросов коронарной массы, они невелики по размерам и по светимости — вокруг них можно сделать сферу радиусом в десятки раз меньше (даже менее 1 млн. км), чем вокруг активного Солнца или других звёзд схожего размера. Но проблема прочности сферы остается.

В 2015 году двое турецких ученых рассчитали радиусы сфер Дайсона (пригодных для обитания людей на внешней прочной поверхности с комнатной температурой) для разных типов белых карликов. Результаты лежат в пределах 2-5 млн. км, а количество материала на создание такого рода сфер с толщиной оболочки около 1 м примерно равно материалу всей Луны. Эту работу заметили и в США и у нас в СМИ.

С красными карликами дело несколько сложнее: у них часто бывают вспышки, их жесткое излучение опаснее солнечного. Но и у них есть свои преимущества: их много, а их вес от 30% и вплоть до 8% от веса Солнца, значительно меньшие значения светимости и малые геометрические размеры позволяют построить сферы радиусом поменьше, чем для Солнца, а уж продолжительность их жизни далеко перекрывает и ожидаемую продолжительность жизни Солнца и время остывания белых карликов до уровня, когда получение энергии сферой уже мало.

Вывод: Данное назначение сферы Дайсона имеет смысл для определенных типов небольших звезд, но явно не для родной системы цивилизации и не для первой попытки любой цивилизации построить сферу Дайсона. Вот когда цивилизация выйдет на звездные просторы, то тогда и начнет «гасить» ближайшие звезды (особенно карлики) такими коконами, образуя тем самым в небе «пузырь Ферми» без звезд (термин Ричарда Кэрригана). В оптическом диапазоне это будет похоже на звёзды, находящимся в туманности, но при этом прилично светящиеся в ИК-диапазоне. Название «пузырь Ферми» было предложено из-за того, что подобная группа сфер Дайсона будет постепенно расширяться в соответствии предположением Энрико Ферми о скорости расширения ареала таких цивилизаций в 0,001 — 0,01 от скорости света.

Назначение 2: Огромная поверхность для заселения людьми

Самое амбициозное, трудное в создании и материально затратное назначение для сферы Дайсона. Требует воистину огромного количества материалов и ресурсов для создания. Если мы не считаем возможным разборку Земли или её затемнение, то радиус такой сферы должен быть около 190-250 млн. км (на 40-50 млн. км за земной орбитой для уменьшения взаимного влияния сферы и Земли).

В связи с простыми выводами из физических законов (Закон Гаусса) — так называемая теорема Ньютона об отсутствии гравитации внутри сферических тел (по-английски: Shell theorem) — для любой равномерно плотной сферической оболочки гравитация внутри оболочки зависит только от массы внутри (а не от массы самой оболочки). 2] = 0.04 миллиньютона.

Это вроде ерунда, какие-то мизерные доли от силы тяжести на Земле (9.8 ньютона действуют на пробный килограмм на поверхности нашей планеты). Но проблема в том, что ещё на этот килограмм оболочки давит вес всех других килограммов, составляющих сектора купола сферы снизу и сверху (см. наглядный рисунок ниже).

Да, их вес на таком расстоянии от Солнца минимален, те самые 0.04 миллиньютона, но эту мизерную силу надо векторно умножить на миллионы этих килограмм, составляющих массу сектора купола. Результирующая сила зависит от толщины оболочки и даже для сантиметровых толщин она просто ужасна (так как размеры и масса сектора купола огромна).

Если создать вращающуюся сферу (при сборке сферы из элементов, только так и надо начинать: все элементы экваториального кольца должны предварительно выводится на стабильную орбиту, что требует вращения вокруг светила со скоростями близкими к орбитальным скоростям планет: 30 км/сек для Земли или около 25 км/сек для орбиты за земной, но до марсианской), то это вращение поможет собранной жесткой оболочке сферы только на экваторе и рядом с ним. 24 кг вещества, что хватит для строительства оболочки Дайсона радиусом 1 а.е. с массой всего 42 кг/м2 и около сантиметровой толщины.

Вывод: Данное назначение сферы Дайсона имеет смысл только для идеалистических мечтаний о мощи цивилизации. Современные материалы не позволяют создать такую сферу. Кроме того никакой материал и никакие новые технологии не изменят того факта, что внутренняя поверхность сферы не пригодна для обитания в чистом виде (нужна ещё внутренняя прозрачная сфера для удержания атмосферы от падения вниз к светилу), а сама сфера опасно нестабильна. И главное: материала в нашей системе просто не хватит.

Назначение 3: Легкие концентраторы энергии звезды

Такие сферы могут быть как дальше, так и ближе земной орбиты. Главное то, что их назначение это не проживание максимального количества людей на их внутренней поверхности, а использование излучаемой Солнцем энергии, пусть и не 100% этой энергии. Эти допущения по назначению открывают широкие возможности по формам и типам конструкций. Можно выбрать ту, которая доступна текущим технологиям, не замахиваясь на нереальное. Например можно отойти от сферы к отдельным элементам, составляющих так называемый Рой Дайсона, на орбите вокруг Солнца (у Меркурия), которые получают и перерабатывают энергию и посылают её дальше потребителям.

Можно рассмотреть и элементы без преобразования энергии, которые просто посылают отраженный солнечный свет в нужном направлении (упоминается здесь). Набор таких нежестких колец (из элементов роя) с разными радиусами и углами к плоскости эклиптики может в принципе перехватывать даже больше 50% солнечного излучения, даже если кольца не сплошные (не жесткие) и между самими кольцами есть зазоры.

Да, это не сфера в геометрическом смысле слова, но вполне практичная альтернатива сфере. Главное — это отказаться от самой сферы — как говорится: Вам шашечки или доехать надо?

Вывод: данное расплывчатое назначение сферы Дайсона придает большую гибкость всей концепции и позволяет рассмотреть несколько форм и типов конструкций, с разными исходными задачами и с разными результатами, а также с разными потенциалами совершенствования и модернизации.

К такому же выводу пришел и футурист Стьюарт Армстронг, выбрав в качестве естественной перспективы для цивилизации Рой Дайсона (Dayson Swarm), построенный из материала Меркурия и расположенный примерно на его орбите: смотри то самое видео выше (с 2:50 по 4:50) на английском, с рассуждениями про разработку гематита (химическая формула Fe2O3) на Меркурии, про отражатели и коллекторы света. Этот футуристический план по «разработке всего Меркурия до конца» был замечен и у нас в официально-скандальной прессе и на сайте Popular Mechanics.

Классификация типов конструкций

Так называемый I тип сферы Дайсона это не сплошная условная сфера — Рой Дайсона (Dayson Swarm) — из отдельных, никак между собой не связанных элементов, движущихся по своим стабильным орбитам, на более-менее постоянном удалении от центрального светила. Орбиты регулируются тягой любых двигателей на самих элементах.

Так называемый II тип сферы Дайсона это не сплошная условная сфера из отдельных несвязанных элементов, парящих на постоянном удалении от центрального светила за счет баланса силы притяжения и силы давления света/солнечного ветра. 20 кг.

Отбрасывая II и III тип сферы Дайсона из-за отсутствия на данный момент (и в обозримом будущем) подобных материалов мы снова приходим к рою Дайсона — к сфере I типа, просто потому, что она реальнее всех остальных типов.

Есть и другие, экзотичные типы конструкций (к примеру тут), но все они ещё сложнее и нереальнее.

Сфера Дайсона начинается с Кольца

Рассмотрим сам процесс создания Сферы Дайсона, точнее Роя Дайсона в виде Кольца.

С чего техническая цивилизация начнет монтаж любой сферы Дайсона? С вывода отдельных элементов сферы на орбиту. Только элементы сферы Дайсона, двигающиеся по стабильной круговой орбите с нужным радиусом, могут быть собраны вместе (без жесткого соединения, с зазорами), чтобы постепенно шаг за шагом сформировать… увы, не сферу, а только кольцо, так как чем выше или ниже элемент над плоскостью кольца, тем сложнее его поставить на стабильную орбиту, не пересекающую уже созданное кольцо и не сильно удаленное от него по радиусу. Хотя есть прикидки, как сделать много индивидуальных непересекающихся орбит для элементов. Например, красивый вариант с разными восходящими узлами орбиты и перицентрами (но с одинаковым наклонением и радиусом) — этот вариант Роя с максимальным количествои индивидуальных орбит в виде «кружевного» тора под названием Jenkins Swarm (Рой Дженкинса) использован для картинки на обложке этой статьи.

Монтаж скорее всего начнется со сборки части кольца Дайсона в плоскости эклиптики. Ведь вне плоскости эклиптики меньше астероидов и другого материала для создания элементов кольца. А в плоскости эклиптики и материала больше, и доставить на нужный радиус этот материал легче, и придать ему (или уже построенному элементу кольца) нужную орбитальную скорость проще. Назовем такую нежесткую конструкцию из отдельных близко расположенных элементов роя Кольцом Дайсона (так как Кольцо Нивена по определению обязательно жесткое).

После создания гибкого (состоящего из несвязанных или слабо связанных элементов) кольца заданного радиуса, с накоплением опыта и усовершенствованием технологии, цивилизации можно создавать и другие кольца, уже поперек плоскости эклиптики и под углом к ней, но эти кольца должны быть с заметно увеличенным или уменьшенным радиусом, чтобы не задевать первоначальное кольцо.

Это всё по первой части статьи: история идеи бегло рассмотрена и выбран оптимально-реализуемый вариант сферы Дайсона.

Во второй части статьи рассматривается метод строительства Кольца Дайсона на основе роя из стандартных, автономных элементов. Рассчитываются параметры такого Кольца для Солнечной системы с двумя вариантами расположения Кольца: до орбиты Земли (за орбитой Венеры, поближе к Солнцу) и за орбитой Земли (до орбиты Марса). Также подробно рассматривается стандартный элемент такого Кольца, его геометрические и весовые параметры и возможные функции.

В третьей части статьи раскрываются цели построения такого Кольца, способы его применения и способы нестандартного применения отдельных автономных элементов Кольца вне самой орбиты Кольца. Также обсуждается проблема обнаружения такого гигантского сооружения извне.

Сферы Дайсона вокруг черных дыр связали с внеземным разумом

Международная команда астрономов во главе с Тайгером Сяо из Национального университета Цин Хуа представила исследование, теоретически предсказывающее, что высокоразвитые цивилизации способны использовать так называемые сферы Дайсона вокруг черных дыр для получения мощной энергии.

Об открытии коротко рассказывает журнал Science. В своей работе исследователи доказывают, что теоретически высокоразвитые инопланетные цивилизации, если бы они существовали, могли бы построить вокруг черных дыр мегаструктуры, называемые сферами Дайсона.

Эти теоретические структуры названы в честь физика Фримена Дайсона, который в 1960 году сформулировал идею о них. Он утверждал, что если потребности человечества в энергии продолжат расти, то рано или поздно наступит момент, когда наше энергопотребление приблизится или даже превысит общую энергию, доступную на Земле.

Для цивилизации это фактически означает гибель. Но она может спастись, если найдет альтернативные источники энергии. Дайсон предположил, что любая достаточно развитая цивилизация, которая хочет выжить, должна будет строить массивные структуры вокруг звезд и с их помощью черпать энергию прямо оттуда.

В новом исследовании астрономы взглянули на теорию Дайсона под другим углом. Они пишут, что такие сферы было бы целесообразнее строить вокруг черных дыр, поскольку их энергия гораздо мощнее звездной. Например, она может в 100 тысяч раз превышать энергию нашего Солнца. Ученые уверены, что при изучении черных дыр стоит сконцентрировать внимание на поиске сфер Дайсона, существование которых автоматически докажет и существование неких внеземных обществ.

Команда проанализировала черные дыры трех разных размеров, которые в четыре, пять и 20 миллионов раз превышают массу Солнца. Соответственно, были установлены нижний и верхний пределы черных дыр, которые образовались в результате коллапса массивных звезд. Кстати, в исследование была включена и массивная черная дыра Стрелец A*, расположенная в центре Млечного Пути.

Исследователи пишут, что черные дыры обычно считаются потребителями, а не производителями энергии. Однако известно, что их мощные гравитационные поля способны генерировать энергию с помощью нескольких теоретических процессов. К таковым относятся излучение, испускаемое скоплением газа вокруг дыры, вращающийся аккреционный диск материи, медленно падающий к горизонту событий, релятивистские струи материи и энергии, которые «выстреливают» вдоль оси вращения дыры, и излучение Хокинга — теоретически предсказанный знаменитым физиком процесс, при котором черные дыры могут терять массу, высвобождая при этом энергию.

Команда астрономов при помощи компьютерного моделирования произвела расчеты для различных сценариев и пришла к выводу, что аккреционный диск, окружающий газ и струи черных дыр могут служить постоянными источниками энергии. Причем, как показали расчеты, энергия одного только аккреционного диска черной дыры с массой, равной 20 массам Солнца, может произвести такое же количество энергии, как и сферы Дайсона, построенные вокруг 100 тысяч звезд. Словом, такая технология могла бы обеспечить любую цивилизацию практически нескончаемым мощным источником энергии.

Примечательно, что исследователи предложили и способ обнаружить потенциальные сферы Дайсона. По их мнению, на существование таких структур может указывать, например, «сигнал отработанного тепла». Ученые также предсказали, что подобные сигналы могут быть обнаружены в данных различных телескопов, включая космические телескопы Hubble и Galaxy Evolution Explorer.

Сфера Дайсона собирает энергию звезд

Увеличить. | Кевин Гилл из Лос-Анджелеса создал это изображение сферы Дайсона. Чтобы дать вам представление о масштабе… яркий объект внутри — звезда, похожая на наше Солнце. Эта сфера Дайсона состоит из массивных независимо вращающихся арочных панелей. Изображение с Викисклада. Не хватает только опустошенной планеты или луны… источника сырья для создания этой гигантской структуры.

Крупнейший строительный проект Земли

Что, если бы люди могли использовать все солнечная энергия? Что, если внеземные цивилизации уже научились собирать энергию звезд? В 1960 году физик и астроном Фриман Дж. Дайсон предложил использовать солнечные коллекторы на орбите, чтобы совершить этот невероятный подвиг. Сначала он исследовал это как мысленный эксперимент. В настоящее время мы называем эти гигантские мегаструктуры именем сфер Дайсона . Некоторые астрономы хотят их искать!

Мы никогда не видели сферу Дайсона. Идея все еще существует только в мире мысли. Все началось с двухстраничной статьи Дайсона в журнале 9.0005 Science в 1960 году. Название было «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения». Дайсон представлял себе структуру сбора энергии размером с Солнечную систему как технологию, которая была бы неизбежной для развитых цивилизаций во Вселенной. Он предположил, что поиск доказательств существования таких структур может привести к открытию разумной жизни в галактике.

Фриман Дайсон на семинаре «Долгое время», Сан-Франциско, 5 октября 2005 г. Фото Джейкоба Аппельбаума / Wikimedia Commons. Первый шаг к сфере Дайсона? Изображение через langalex. Сфера Дайсона может быть полностью построена из отдельных зеркал, вращающихся вокруг Солнца и обращенных к нему внутрь. Это изображение является скриншотом из видео ниже. Еще одна концепция художника о сфере Дайсона, построенной развитой цивилизацией для захвата энергии звезды. Изображение с сайта CapnHack/BigThink.com.

Тайна звезды Табби

В последние годы астрономы исследовали реальную возможность существования сферы Дайсона. В нем участвовала причудливая звезда, обозначенная как KIC 8462852 и более известная как звезда Табби. Номенклатура исходит от ее первооткрывательницы Табеты Бояджян. Свет этой звезды странный. Первоначально астрономы думали, что свет звезды может указывать на сферу Дайсона. С тех пор от этой идеи отказались, но разговор о звезде, пока ее обсуждали астрономы, был захватывающим.

А в 2018 году появились и другие возможности. Например, было предложение использовать миссию Gaia для поиска сфер Дайсона.

Таким образом, сферы Дайсона оставались исключительно областью научной фантастики или науки возможности в течение 20-го века. Но идея о них теперь кажется астрономам настолько реальной, что некоторые из них внимательно изучают отдельные звезды в поисках их признаков.

Что такое сфера Дайсона?

Первоначально некоторые представляли сферу Дайсона как искусственную полую сферу материи вокруг звезды, и Дайсон первоначально использовал слово оболочка . Но Дайсон не представлял коллекторы энергии в твердой оболочке. В переписке с другими учеными в журнале Science после своей статьи 1960 года Science Дайсон писал:

Твердая оболочка или кольцо, окружающее звезду, механически невозможно. Форма «биосферы», которую я себе представлял, состоит из разрозненного скопления или роя объектов, движущихся по независимым орбитам вокруг звезды.

Центральная точка на этом изображении представляет собой звезду. Простейшая форма сферы Дайсона может начинаться как кольцо коллекторов солнечной энергии на расстоянии, скажем, 100 миллионов миль от звезды. Эту конфигурацию иногда называют кольцом Дайсона. Изображение с Wikimedia Commons. Со временем цивилизация могла бы продолжать добавлять кольца Дайсона в пространство вокруг своей звезды, создавая относительно простую, но невероятно мощную сферу Дайсона. Изображение с Викисклада.

Сфера Дайсона может быть, скажем, размером с орбиту Земли вокруг Солнца. Мы вращаемся на расстоянии 93 миллионов миль (около 150 миллионов километров). Веб-сайт SentientDevelopments описывает сферу Дайсона следующим образом:

Она будет состоять из оболочки солнечных коллекторов (или мест обитания) вокруг звезды. В этой модели вся (или, по крайней мере, значительная часть) энергии попадет на принимающую поверхность, где ее можно будет использовать. [Дайсон] предположил, что такие структуры будут логическим следствием долгосрочного выживания и растущих энергетических потребностей технологической цивилизации.

И, конечно же, писатели-фантасты усердно писали о сферах Дайсона. Сам Дайсон признался, что позаимствовал из научной фантастики. После этого он создал свое техническое исследование идеи мегаструктуры, собирающей энергию от своей звезды. Олаф Стэплдон впервые упомянул эту идею в своем научно-фантастическом романе 1937 года «Создатель звезд». Дайсон, по-видимому, читал книгу Стэплдона и использовал ее как источник вдохновения.

Увеличить. | В конце концов, по мере развития цивилизации — с помощью безграничной энергии, получаемой от ее звезды, — окружающая ее сфера Дайсона, несомненно, также будет развиваться, причем трудно предсказать. Представление этого художника о сфере Дайсона взято с сайта SentientDevelopments.com.

Инопланетяне построили сферы Дайсона?

Что могут искать астрономы в поисках доказательств существования сфер Дайсона? Еще до открытия звезды Табби астрономы были разочарованы десятилетиями поиска радиосигналов от разумных цивилизаций за пределами Земли и их отсутствия. И поэтому несколько астрономов в 2013 году обдумывали новую стратегию поиска. Учтите, что если бы вокруг звезды была установлена ​​система коллекторов солнечной энергии — мегаструктура, свет звезды изменился бы. Солнечные коллекторы будут поглощать и переизлучать энергию звезды. Астрономы говорили о поиске этой переизлучаемой энергии.

Стивен Баттерсби по адресу New Scientist написал отличную статью о том, как астрономы ищут сферы Дайсона, используя переизлученную энергию, выпущенную в апреле 2013 года. Статья доступна только по подписке, но если искать по названию («Мегапроекты пришельцев: Охота началась»), вы можете найти альтернативную ссылку.

В 2018 году ученые заговорили об использовании миссии Gaia Европейского космического агентства для поиска сфер Дайсона. О такой возможности читайте здесь.

Хорошее видео о сфере Дайсона

Кстати, никто никогда не говорил, что построить сферу Дайсона будет легко. Видео ниже заставило меня пару раз громко рассмеяться, когда сухой голос британского ведущего сказал что-то вроде:

Конечно, нам пришлось бы разорить всю планету, чтобы получить сырье.

и

Mercury будет хорошим кандидатом.

Это забавное видео и заставляет задуматься, если у вас есть время.

Итог: Сфера Дайсона — это название гигантской структуры, состоящей, вероятно, из множества частей, которая будет окружать солнце и собирать его энергию. Сила может быть использована для выполнения задач, которые мы в настоящее время можем только представить.

Как построить сферу Дайсона за пять (относительно) простых шагов

Дебора Берд

Просмотр статей

Об авторе:

Дебора Берд создала радиосерию EarthSky в 1991 году и основала EarthSky.org в 1994 году. она является главным редактором этого веб-сайта. Она получила множество наград от вещательного и научного сообществ, в том числе астероид под названием 3505 Берд в ее честь. Научный коммуникатор и педагог с 19 лет.76, Берд верит в науку как в силу добра в мире и жизненно важный инструмент для 21-го века. «Быть ​​редактором EarthSky — это все равно, что организовывать большую глобальную вечеринку для крутых любителей природы», — говорит она.

Что такое сфера Дайсона?

Представление художника о том, как может выглядеть сфера Дайсона.
(Изображение предоставлено: dottedhippo/iStock/Getty Images Plus)

Сфера Дайсона — это теоретический мега-инженерный проект, который окружает звезду с платформами, вращающимися в тесном строю . Это идеальное решение для жилого пространства и производства энергии, предоставляющее его создателям достаточную площадь поверхности для жилья и возможность улавливать каждый бит солнечного излучения, исходящего от их центральной звезды.

Зачем строить сферу Дайсона?

Зачем кому-то строить такое причудливое чудовище? По словам британско-американского физика-теоретика Фримана Дайсона, который первым высказал предположение об этих предполагаемых структурах в 1960 году, разумные инопланетные виды могли бы подумать об этом после того, как обосновались на некоторых лунах и планетах в их местном звездном окружении. По мере увеличения их населения эти инопланетяне начнут потреблять все большее количество энергии.

Предполагая, что население и промышленность этого инопланетного общества росли скромно на 1% в год, расчеты Дайсона показали, что площадь и потребности пришельцев в энергии будут расти в геометрической прогрессии, увеличившись в триллион раз всего за 3000 лет. Если бы в их Солнечной системе было тело размером с Юпитер, инженеры вида могли бы попытаться выяснить, как разобрать планету на части и распределить ее массу в сферической оболочке.

При строительстве сооружений на расстоянии, в два раза превышающем расстояние от Земли до Солнца, этого материала будет достаточно для строительства огромного количества орбитальных платформ толщиной от 6 до 10 футов (от 2 до 3 метров), позволяющих инопланетянам жить на обращенной к звездам поверхности. «Оболочка такой толщины может быть удобной для жилья и содержать все оборудование, необходимое для использования солнечного излучения, падающего на нее изнутри», — писал Дайсон.

Но, по словам Дайсона, после поглощения и использования солнечной энергии сооружению в конечном итоге придется переизлучать энергию, иначе она будет накапливаться, в результате чего сфера в конечном итоге расплавится. Это означает, что для удаленного наблюдателя свет звезды, обернутой сферой Дайсона, может казаться тусклым или даже полностью затемненным — в зависимости от того, насколько плотными были орбитальные платформы — и в то же время сиять необычайно ярко в инфракрасном диапазоне длин волн, невидимом для наблюдателя. невооруженным глазом.

Окружая свою звезду роями собирающих энергию спутников, развитые цивилизации смогли создать сферы Дайсона. [Прочитайте полную инфографику о Сфере Дайсона здесь.] (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)

Существуют ли сферы Дайсона?

Из-за своего инфракрасного излучения сферы Дайсона считаются своего рода техносигнатурой — признаком активности, которую далекие астрономы могли бы использовать, чтобы сделать вывод о существовании разумных существ во Вселенной, согласно отчету НАСА . Несколько наземных исследователей просканировали инфракрасные карты ночного неба в надежде обнаружить сферы Дайсона, но до сих пор никто не увидел ничего необычного.

В 2015 году астроном Табета Бояджян, тогда работавшая в Йельском университете, сообщила о загадочном затемнении света от звезды под названием KIC 8462852, чье нерегулярное мерцание выглядело так, как будто исследователи никогда раньше не видели. Другие ученые предположили, что странные провалы света могут быть результатом частично построенной сферы Дайсона.0089 идея вызвала сенсацию в СМИ . Кампании по поиску других признаков технологической активности объекта, который стал известен как звезда Табби в честь Бояджяна, , оказались пустыми , и большинство исследователей теперь думают, что световые узоры объекта имеют какое-то неинопланетное объяснение.

На протяжении десятилетий сферы Дайсона были основным продуктом научно-фантастических СМИ . Еще в 1937 году в романе Олафа Стэплдона «Создатель звезд» (Methuen Publishing, 1937) описал, как системы в одной конкретной галактике были «окружены дымкой световых ловушек, которые фокусировали солнечную энергию для разумного использования, так что вся галактика была затемнена», изображение, которое Дайсон признал как влияние на его мышление. В своем романе «Мир-кольцо» (Ballantine Books, 1970) писатель Ларри Нивен описал искусственную структуру в форме кольца, охватывающую звезду, а в эпизоде ​​​​1992 года «Звездный путь: Следующее поколение» звезда была окружена жесткой оболочкой.

Еще предстоит выяснить, существуют ли такие причудливые структуры за пределами человеческого воображения. В своих предположениях Дайсон не предполагал, что все технологические общества будут реализовывать этот диковинный проект. Скорее, некоторые могли бы, рассуждал он, и поэтому для астрономов-людей было бы полезно искать эти колоссальные примеры разумного разума.

Дополнительные ресурсы:

  • Прочтите больше о сферах Дайсона на EarthSky.org.
  • Узнайте больше о техносигнатурах и поиске разумной жизни из астробиологической программы НАСА.
  • Смотреть: Должны ли мы построить сферу Дайсона? от PBS Space Time.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected]