Что представляет собой Сфера Дайсона
Что такое Сфера Дайсона?
Сфера Дайсона — это предложенная Фрименом Дайсоном в 1959 году огромная гипотетическая искусственная структура. Она нужна для того, чтобы перехватывать огромное количество солнечной энергии. Дайсон подсчитал, что если нынешние, прогрессирующие по экспоненте темпы роста потребления энергии продолжаться, человеческая раса достигнет критической точки развития в течение следующих двух-трех тысячелетий. На этом этапе все невозобновляемые источники энергии, такие как ископаемое и ядерное топливо, будут исчерпаны. И даже возобновляемые источники, используемые в масштабах всей планеты, не смогут справиться с ее огромным дефицитом.
Ученым известно, что Земля перехватывает менее одной миллиардной доли от общего количества солнечного излучения. Чтобы обеспечить будущий рост, человечеству придется использовать гораздо больше энергии Солнца. Это можно было бы сделать с использованием сферы Дайсона: сферической оболочки толщиной 2-3 метра. Она должна быть сфокусирована на Солнце. И вращаться вокруг него на расстоянии примерно в два раза больше расстояния Земли от нашей звезды. Материал для построения сферы, предположил Дайсон, можно было бы получить в результате «разборки» планеты Юпитер и использования минералов и металлов из его недр.
Проблемы создания сферы Дайсона
После публикации предложения Дайсона в Science появилось несколько писем. В них говорилось, что сплошная околозвездная сфера будет подвержена очень серьезным воздействиям и будет нестабильна. Дайсон ответил, что на самом деле он предполагал, что это будет свободная конструкция из более чем 100 000 объектов. Которые будут летать по независимым орбитам в слое толщиной около 1 миллиона километров.
Такое фрагментированное расположение объектов в конструкции можно назвать сферой Дайсона I типа. А сплошную конструкцию — типа II. На самом деле лишь последний вариант впоследствии получил наибольшую известность. Это произошло благодаря ряду научно-фантастических произведений, сюжеты которых были построены вокруг этой темы. Это были такие произведения, как романы Роберта Силверберга. «Через миллиард лет», Боба Шоу «Орбитсвилль», и Джека Уильямсона «Стена Вокруг Звезды». Сфера типа II также упоминается в сериале «Звездный путь: следующее поколение».
Искусственная гравитация
Чтобы создать искусственную гравитацию сфера должна была бы вращаться. Но требуемая скорость вращения создавала бы экстремальные напряжения в оболочке. Эти напряжения стремились бы деформировать ее в сплющенный сфероид. И ни один известный материал не смог бы противостоять им.
Даже если структурная целостность оболочки и была бы достигнута, только экваториальные области были бы пригодны для постоянного проживания. По двум причинам: 1. Воздух внутренней биосферы будет стремиться собираться на экваторе, ведь только здесь будет достигнут максимальный уровень искусственной гравитации. 2. «Притяжение» уменьшалось бы по мере увеличения расстояния от экватора, пока не становилось нулевым на полюсах. Кроме того, сфера типа II будет неустойчивой. Так как даже малейшее столкновение, скажем, с астероидом или кометой, приведет к дрейфу структуры и, в конечном итоге, столкновению с Солнцем.
С другой стороны, сфера Дайсона типа I представляется вполне достижимым к постройке объектом. И, возможно, не только человеческая раса в конечном итоге построит нечто подобное. И у других цивилизаций, более продвинутых, чем наша, такая структура скорее всего уже есть. Дайсон обратил на это внимание и предположил, как такие структуры уже можно обнаружить в межзвездных просторах. Теоретически сфера Дайсона должна поглощать большую часть видимого и более коротковолнового излучения от звезды-хозяина. И повторно переизлучать его часть в виде инфракрасного излучения. Этот инфракрасный свет, по сути, был бы аналогичен тому, который излучают протозвезды.
Как найти сферу Дайсона?
Искусственный характер объекта мог бы быть определен другими способами. Дайсон говорит: «В частности, можно было бы обратить внимание на нерегулярные вариации света из-за того, что звездный свет как бы проходит сквозь щели в занавеске, а также на рассеянные электромагнитные поля и радиошумы, создаваемые крупномасштабными электрическими событиями …» В поисках предполагаемых сфер Дайсона вокруг звезд было проведено несколько исследований.
Есть еще один тип сферы Дайсона — так называемый пузырь Дайсона. В нем оболочка была бы очень тонкой и не вращающейся. Она состояла бы из солнечных парусов, отражающих свет на некие коллекторы для использования во внеземных средах обитания. Вся масса структуры была бы примерно такой же, как у Луны или большого астероида.
Источник
Сфера Дайсона: как нам застроить Солнечную систему
Существует ли разумная жизнь во Вселенной – один из самых главных вопросов, стоящих сегодня перед человечеством. Мы слушаем небо в разных радиодиапазонах, всматриваемся в другие звездные системы, отправляем послания вместе с космическими аппаратами, в надежде отыскать в бесконечных глубинах космоса братьев по разуму. Но каких-либо результатов как не было, так и нет. Учитывая скорость, с которой жизнь зародилась и распространилась по поверхности Земли и огромные просторы космоса, это выглядит несколько необычно. Ведь только в нашей галактике находится 400 миллиардов звезд, и каждая из них потенциально может стать колыбелью цивилизации.
Возможным объяснением подобного феномена является гипотетическая сфера Дайсона, которую продвинутая культура может построить вокруг своего Солнца. В этом случае обнаружение ее доступными нам методами будет крайне затруднено.
Что такое сфера Дайсона, и откуда взялось это понятие
Сфера Дайсона – фантастический проект создания огромной оболочки, расположенной вокруг центрального светила. Если размещать ее в нашей системе, размеры должны превышать радиус орбиты Венеры, а для постройки грандиозной конструкции необходимо вообще все вещество крупного небесного тела типа Юпитера.
Ее основная задача заключается в захвате и преобразовании значительной доли излучения звезды. Для этого внутреннюю поверхность сферы необходимо покрыть фотоэлектрическими элементами, причем их эффективность должна значительно превосходить современные аналоги. Существуют идеи использовать подобную сферу не только для получения энергии, но и для обитания людей.
Автором проекта считается известный американский физик-теоретик Фримен Дайсон. Он неоднократно заявлял, что данную идею «подсмотрел» в одном фантастическом романе. Ученый не любит название своего детища и не раз высказывался о желательности его замены.
Идеи постройки подобных циклопических сооружений в Солнечной системе высказывали и ранее. О такой сфере писал Циолковский в «Грезах о Земле и небе».
Для чего она необходима
Любая цивилизация, по мере своего развития, потребляет все больше энергии. Основываясь на этой констатации, советский астроном Николай Кардашев еще в середине 60-х годов разработал классификацию цивилизаций:
- 1-го типа полностью подчиняет себе энергетические ресурсы родной планеты– примерно 10¹⁶ Вт;
- 2-го типа способна аккумулировать всю энергию, которую излучает их звезда – 10²⁶ Вт;
- 3-го типа располагает техническими возможностями для доступа к энергии всей галактики – 10³⁶ Вт.
Позже ученый доработал классификацию, добавив в нее Тип 0 – цивилизации, которые способны использовать энергетические ресурсы отдельных государств, а также Типы 4 и 5, имеющие доступ к энергии значительных областей Вселенной.
Сфера Дайсона – сооружение, позволяющее полностью аккумулировать энергию звезды, то есть она является характерным признаком цивилизации второго типа. Поэтому ее основные свойства способны помочь в поисках внеземной разумной жизни. Дайсон полагает, что создание подобной структуры в Солнечной системе –только вопрос времени. В будущем человечество просто будет вынужденно построить сферу из-за стремительного роста потребления энергии.
Критика проекта или что может пойти не так
Согласно приведенной выше классификации, человечество сейчас находится на «нулевом» уровне. Мы пока даже теоретически не сможем построить ничего похожего на сферу вокруг звезды. Однако есть довольно авторитетные ученые, утверждающие, что подобную конструкцию невозможно построить в принципе.
Чтобы уравновесить силу притяжения Солнца, сферу нужно раскрутить вокруг центральной оси. Однако созданная таким образом центробежная сила не будет равномерной: она достигнет максимума на экваторе и минимума на полюсах, что неизбежно разрушит конструкцию. И это далеко не единственная проблема.
Где должна находиться сфера в Солнечной системе? Найти нужное место не так уж просто: если ее будут использовать для получения электроэнергии, то логично разместить конструкцию на очень близком расстоянии от звезды. Но при этом необходимо решить проблему ее устойчивости: она не должна ломаться под действием огромной солнечной гравитации.
Материал сферы не должен плавиться от энергии Солнца, деформироваться под воздействием солнечного ветра или коронарных выбросов. Придется подумать и о защите конструкции от ударов комет и астероидов, а также гравитации планет, находящихся неподалеку.
Если сфера Дайсона будет использоваться для проживания людей, ее лучше разместить примерно на том же расстоянии, где сегодня находится орбита Земли, и свет Солнца имеет оптимальную для нашего вида интенсивность. В этом случае требования к прочности и стабильности конструкции возрастают еще больше. Следует понимать, что если радиус сферы будет меньше орбиты Земли, наша родная планета окажется отрезанной от солнечного света, и жизнь на ней станет невозможной.
Появление новой грандиозной конструкции неизбежно нарушит стабильность движения планет и других небесных тел, которые находятся в системе.
К чисто инженерным проблемам необходимо добавить вопросы социального и экономического характера: неизвестно, как наладить жизнь триллионов разумных существ, проживающих в одном месте. Польский философ и футуролог Станислав Лем считал, что в этом случае человечество неизбежно ожидает регресс и крах культурных ценностей.
Советский астроном Иосиф Шкловский полагал идею создания сферы Дайсона утопической и абсолютно не нужной. По его мнению, человечество более или менее сможет обеспечить себя энергией другими способами. Например, используя варианты, основанные на ядерном синтезе.
В любом случае на нынешнем этапе технологического развития человечества постройка сферы Дайсона абсолютно невозможна. У нас нет материалов, источников энергии и знаний, необходимых для создания объекта радиусом в 150 млн километров. Нет аппаратов, способных доставить в космос огромные конструкции. Для реализации такого мегапроекта необходимо колоссальное количество вещества, причем речь идет даже не о массе пояса астероидов, а об использовании для строительства целых планет.
Альтернативные варианты сооружения
Из-за большой сложности сферы Дайсона было разработано несколько ее «упрощенных» версий.
Вот основные из них:
- Рой Дайсона. Простейший вариант конструкции, созданной для поглощения солнечной энергии. Представляет собой совокупность отдельных объектов, движущихся с разными скоростям и по независимым орбитам. На каждом из них можно разместить солнечные коллекторы или поселения людей;
- Пузырь Дайсона. Данная конструкция – модификация роя. Она также состоит из большого количества отдельных элементов, но каждый из них находится неподвижно в определенной точке пространства;
- Кольцо Нивена. Впервые было описано американским фантастом Нивеном в его знаменитой серии книг. Представляет собой кольцо небольшой ширины, находящееся на околосолнечной орбите;
- Раковина Покровского. Модификация сферы Дайсона, которую предложил советский физик и писатель-фантаст Покровский. Она представляет собой совокупность нескольких колец;
- Структура Крисвелла. Дальнейшее развитие сферы Дайсона с поверхностью, состоящей из отдельных фракталов.
Поиски во Вселенной
Если описанные выше мегаконструкции являются непременным этапом развития цивилизации, возможно, их число в Галактике измеряется тысячами и миллионами? В таком случае, зная свойства, мы можем искать в космосе другие цивилизации.
Сфера Дайсона должна полностью скрывать звезду, делая ее незаметной в видимой части электромагнитного спектра. Однако значительная доля энергии, полученной от светила, все равно должна уходить в космическое пространство в виде тепла, следовательно, сферу Дайсона вполне можно разглядеть в инфракрасный телескоп.
С начала 70-х годов действует программа SETI, что пытается найти в космосе следы внеземных цивилизаций. Поиск сфер Дайсона – одно из приоритетных направлений ее деятельности. Для этой цели применяется телескоп SIRTF, работающий в ИК-диапазоне.
В 2015 году появились данные телескопа Kepler о наблюдениях за звездой Табби в созвездии Лебедя. Ее нестандартное мерцание некоторые астрономы связали с неким астроинженерным сооружением, построенным вокруг нее. Правда, в 2017 году гипотеза была опровергнута: ученые доказали, что причиной аномалии является пылевое облако, вращающееся вокруг светила.
Идеи построить что-нибудь грандиозное за пределами атмосферы регулярно посещают горячие головы. Сегодня с таким проектом «носится» американский предприниматель, владелец «Амазона» и большой энтузиаст космических полетов Джозеф Безос. Его амбиции несколько скромнее, чем сфера Дайсона – филантроп хочет соорудить между Землей и Луной так называемый цилиндр О’Нила. Эта конструкция должна иметь диаметр 1,5 км и создавать искусственную силу тяжести за счет вращения.
Илон Маск недавно назвал эту идею бессмысленной и сравнил ее с проектом постройки США посреди Атлантического океана. Планы самого Маска тоже не всегда выглядят реалистично, но здесь с ним сложно не согласиться: пока человечество летает в космос на крайне неэффективных химических двигателях и получает львиную долю энергии от сжигания ископаемого топлива, о серьезных проектах за пределами атмосферы лучше забыть.
Источник