Сфера Дайсона
В 2015-м году, на основе данных, собранных телескопом Kepler, было опубликовано исследование аномальных изменений светимости космического объекта под названием KIC 8462852 (Звезда Табби). Объяснить аномальную светимость оказалось совсем не просто, в результате чего СМИ и некоторые ученые бросились в крайность, предположив, что астрономы имеют дело с объектом не природного происхождения. Согласно этому предположению, вокруг звезды вращается некий гигантский объект, который и влияет на изменение ее светимости. Речь идет о конструкции невообразимых размеров – сфере Дайсона.
Историческая справка
Прежде всего, следует отметить, что данное инженерное сооружение было дано в честь американского физика-теоретика Фримена Дайсона, который разработал большую часть концепции конструкции. Согласно самому Дайсону, ученый был вдохновлен научно-фантастическим романом британского философа Олафа Стэплдона – «Создатель звезд», который был написан в 1937-м году. В романе было описано сооружение в виде кольца вокруг звезд без планет. Точно определить основоположника идеи сложно, так как подобные конструкции, в более примитивном виде, описывались и ранее.
Конструкция и смысл сферы Дайсона
Данный астроинженерный проект представляет собой тонкую оболочку сферической формы, которая сооружена вокруг действующей звезды. Радиус сферы Дайсона, предположительно, должен быть порядка радиуса орбит планет. Для постройки же подобного сооружения вокруг нашего Солнца , человечеству потребуется вещество с массой, близкой к массе Юпитера.
Смысл данной конструкции состоит в максимально эффективном поглощении энергии излучения звезды, а также в обеспечении людям жилого пространства на своей внутренней стороне.
На сегодняшний день человечество не обладает достаточными знаниями и ресурсами для создания столь масштабной конструкции вокруг Солнца. Большинство проблем, которые могут возникнуть при создании сферы Дайсона, можно выделить в четыре определенные проблемы:
- Не разработаны методы и технологии, которые позволили бы человечеству создать конструкцию, радиус которой может составлять около 150 млн. километров.
- Человечество не обладает требуемыми инструментами и знаниями, чтобы создать достаточно прочное сооружение, которое бы выполняло описанные выше функции.
- Как уже упоминалось, для создания сферы Дайсона потребуется немыслимый запас материала, из которого будет состоять конструкция.
- Требуется точно определить расположение сферы относительно Солнца. Данная проблема единственная из перечисленных, над решением которой можно размышлять уже сегодня.
Возможные вариации конструкции
- Первый тип сферы Дайсона представляет собой множество не связанных объектов, каждый из которых движется по своей собственной орбите. Орбиты могут контролироваться при помощи двигателей, расположенных на самих этих объектах. Такая конструкция несколько напоминает рой насекомых, в результате чего и называется Рой Дайсона.
- Согласно второму возможному типу – конструкция представляет собой также набор несвязанных элементов, которые, однако, стабильно парят на определенном расстоянии от звезды за счет балансирования двух сил: гравитации с одной стороны, и давления света – с другой. Чтобы подобная модель была осуществима, требуется, чтобы элементы сферы состояли из неизвестного сегодня материала, очень легкого и прочного, около 0,78 грамм/м2. Такие элементы называют «стабильные сателлиты», для краткости – «статиты».
- Третий предполагаемый тип структуры говорит о сплошной сфере, которая, как и второй тип, парит за счет баланса гравитационных сил и давления света. Отличным есть то, что данная сфера не состоит из множества объектов, а представляет собой цельное тела. Для создания сферы Дайсона III-го типа также требуется сверхлегкий и прочный элемент.
Очевидно, сфера Дайсона способна решить ряд проблем, которые могут возникнуть у человечества в будущем, среди которых две основные: ограниченность жилого пространства на Земле и недостаток энергетических ресурсов. Однако, на сегодня построение такой конструкции невозможно по ряду причин, связанных с имеющимися технологиями и недостатком требуемых ресурсов.
В то время как часть исследований направлена на изучение новых веществ и материалов, другая часть занимается теоретическим описанием требуемых параметров конструкции. Успехи современной науки позволяют нам предполагать о возможности создания столь масштабного проекта в пределах нашей Солнечной системы, а также не исключают существования сферы Дайсона за ее пределами .
Источник
Сфера Дайсона — объект, который даст нам всю энергию Солнца!
Когда-нибудь мы станем настолько продвинутой, цивилизацией, что сможем строить космические станции и осуществлять межзвёздные перелёты безо всяких усилий. И тогда нам потребуется энергия, много энергии. Откуда её брать? Ответ на этот вопрос нам даст самый знаменитый мегапроект — Сфера Дайсона . Разберёмся, как её построить и каких типов она бывает!
P.S. и кажется, мы уже нашли её в космосе. Но обо всём по порядку.
Сфера Дайсона.
Идея о создании такого объекта, который способен использовать абсолютно всю энергию звезды, высказывали ещё в 30-ых годах XX века. Константин Эдуардович Циолковский, основоположник советской и российской космической науки, предлагал обитаемые космические колонии, но не в форме сферы, а в форме пирамиды или конуса, развернутые прозрачным основанием в сторону Солнца.
Его идею переработал американский физик Фриман Дайсон. Он создал концепцию сооружения, способного перехватывать всю, либо б о льшую энергию светила — сферу Дайсона.
Саму сферу можно построить в любой системе, лишённой жизни. Берём ресурсы других планет и начинаем строить кокон. Для белых карликов потребуется материала примерно столько же, сколько на Луне, а толщина Сферы будет составлять 1 метр.
Здесь начинается самое интересное. Никто ведь не думает о том, что мы сделаем две половинки шара и закроем ими звезду? Это попросту невозможно с точки зрения физики — такая структура попросту упадёт на звезду, ведь та движется с огромной скоростью. Кроме этого, нужно учесть прочность такой конструкции, её орбиту и способы передачи и накопления энергии светила.
И вот ещё вопрос: если мы можем сделать прочный кокон, который сожмёт Солнце, то почему бы тогда не сделать огромный шар и поместить туда жилые ячейки, производственные базы и многое другое?
Обитаемая звезда
Что, если использовать энергию светила сразу же на поверхности, а не передавать её на другие планеты? Тогда внутри этого объекта можно будет создать огроменную обитаемую звезду. Места там хватит для нескольких квадриллионов (. ) людей!
Сейчас в мире живёт 7.6 миллиардов людей. Плюсуем сюда различных животных, растения, грибов и получаем до 1 триллиона живых организмов. А здесь уместятся 4 квадриллиона людей, только людей, не считая собак, кошек, домашние цветочки, рыб, комаров и прочую живность. Это офигеть как много, мозг отказывается представлять. Это можно всю поверность застроить домами в один этаж, дать каждому человеку из нынеживущих дом и ещё останется 99.999805%. Так что такое тело идеально подойдёт для заповедников, агроферм и просто жилья.
Какие проблемы? Атмосфера, которую непонятно чем удерживать, да и её свет никуда не денется и будет слепить со всех сторон. А ещё гравитация звезды, которая будет притягивать вас. Это решается закручиванием сферы, которое даст в итоге 130% от земной гравитации.
P.S. никто ведь не предлагает селиться на внешней поверхности Сферы? Вас же просто расплющит гравитацией Солнца. Придётся селиться на внутренней её части.
А ещё проблема масштаба. Чтобы заселить звезду 4 квадриллионами людей, при нынешнем росте населения в 1.1% потребуется 1300 лет. А этот рост не может продолжаться вечно, ведь он длится всего 60 лет.
Я уже молчу про концепцию индивидуальности личности — там никто не заметит пропажи миллиарда людей, а не то что одного.
Рой Дайсона
Чтобы построить сферу Дайсона, нужно будет очень и очень много материалов. Забудем про то, что сегодня просто не существует прочных и легкопроизводимых веществ, способных выдерживать температуры больше десятков тысяч градусов. Как эти вещества транспортировать? Да и непонятно, откуда столько взять — не хватит даже ресурсов нескольких планет, вместе взятых.
Построить сферу Дайсона способны только цивилизации II и III типа. Первые могут обуздать энергию своей и чужих звёздных систем, вторые — энергию целых галактик.
Мы же не можем освоить энергетические ресурсы даже нашей планеты. Мы — цивилизация нулевого типа. Именно поэтому до Сферы Дайсона нам как пешком до края Солнечной Системы — непонятно, когда будет.
Но начинать никогда не поздно! Начнём сейчас и через несколько тысяч лет закончим её строительство! И начнём мы с Роя Дайсона.
Рой Дайсона — это не цельная полая конструкция, как Сфера. Это сеть маленьких ячеек, способных улавливать энергию звезды и передавать её на расстояние. Кроме того, в этих ячейках можно разместить жилые модули. Таким образом, можно решить как энергетическую, так и демографическую проблемы.
Самый простой вариант — наклепать роботов, которые будут чинить и строить самих себя и в это же время строить ̶З̶в̶е̶з̶д̶у̶ ̶С̶м̶е̶р̶т̶и̶ ячейки для Роя Дайсона. При этом все необходимые ресурсы можно брать из Меркурия — ближайшей к Солнцу планеты. За 50 лет роботы исчерпают все его полезные ресурсы, так что в Солнечной Системе станет на одну планету меньше.
Всё, что нужно, это 3D-принтер для печати ячеек и технологии ИИ и реппликации клеток. И вперёд, разбирать планеты по кусочкам и строить мегапроект!
Она уже обнаружена?
В 2015 году в звёздной системе KIC 8462852 обнаружили звезду, яркость которой уменьшилась на 20% всего за 100 лет. А звёзды могут не терять в своей яркости в течение тысяч лет. Наверняка, там что-то строят?
Оказалось, что навряд ли. Звезда тускнела больше в ультрафиолетовом свете, чем в инфракрасном, а сфера Дайсона заблокировала бы весь свет равномерно. Скорее всего, мы просто обнаружили огромное облако пыли.
Возможно, сфера Дайсона только строится в той звёздной системе, именно поэтому она не блокировала равномерно свет от звезды. Всё ещё впереди 🙂
Что ж, возможно, когда-нибудь мы всё же обнаружим тех, кто смог обуздать звезду. Либо сами однажды станем ими.
Источник
Сфера Дайсона
Сфера Дайсона — огромная станция, которая будет поглощать весь испускаемый свет звезды и направлять его на создание энергии.
Когда в 1959 году Фримен Дайсон придумал свою концепцию сферической звездной энергостанции, он и не предполагал, что нечто подобное сможет создать человек (по крайней мере, в обозримом будущем). Но цивилизация, получившая полный доступ к энергии звезды, будет относиться ко 2-му типу и ее энергопотребление будет сравнимо с мощностью центральной звезды планетной системы — примерно 4·1026 Вт. [1]
Содержание
История идеи [ править | править код ]
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. [2]
Постройка [ править | править код ]
Ничего не надо буксировать.
Все производится на «месте». т. е. идёт распыление материала, кристаллизующегося к космосе. Возможности данного материала позволяют осуществлять как надлежащий ремонт, так и модернизацию в случаях, когда заданные изначально мощности перестали соответствовать растущим потребностям. Сфера не жизнеспособна, смотрите аналогичные существующие формы космоса. На первом этапе только кольцо. В перспективе возможен каскад колец. Самый важный момент в планировании будущего Кольца Дайсона — это правильный выбор конструкции стандартного элемента Кольца. Он должен быть стандартизован по размеру и форме, для простоты производства, унификации промышленности и инструментария, но его конструкция и архитектура должна быть достаточно гибкой для дальнейшей модернизации и заранее непредсказуемых усовершенствований.
Форма элемента должна быть простой и удобной для сборки. Плоскость элемента должна иметь вогнутость, чтобы фокусировать свет на энергоприемнике. Центр масс элемента должен совпадать с геометрическим центром для простоты буксировки и ориентации. [3]
Разновидности [ править | править код ]
Рой [ править | править код ]
Вариант, наиболее близкий к оригинальной концепции Дайсона, — «рой Дайсона». Он состоит из большого числа независимых конструкций (обычно кораблей, пользующихся солнечной энергии), вращающихся вокруг плотной формы вокруг звезды. Этот подход к строительству имеет свои преимущества: компоненты могут быть соответствующим образом рассчитаны, и его можно построить постепенно. [4] Различные формы беспроводной передачи энергии могут быть использованы для передачи энергии между компонентами роя и планетой.
Недостатки, обусловленные характером орбитальной механики , затруднят расположение орбит роя.Простейшим подобным расположением является кольцо Дайсона , в котором все такие структуры имеют одну и ту же орбиту. Более сложные шаблоны с большим количеством колец будут перехватывать больше результатов звезды, но приведут к тому, что некоторые конструкции затмевают других периодически, когда их орбиты будут перекрываться. [5] Еще одна потенциальная проблема заключается в том, что возрастающая потеря орбитальной устойчивости при добавлении большего количества элементов увеличивает вероятность орбитальных возмущений.
Как отмечено ниже , такое облако коллекционеров изменит свет, излучаемый звездной системой. Однако разрушение по сравнению с общим естественным испускаемым спектром звезды, скорее всего, будет слишком малым для астрономов, основанных на Земле. [6]
Пузырь [ править | править код ]
Второй тип сферы Дайсона — «пузырь Дайсона». Это было бы похоже на рой Дайсона, состоящий из многих независимых конструкций, а также может быть построено постепенно.
Относительно простое расположение нескольких колец Дайсона типа, изображенного выше, чтобы образовать более сложный рой Дайсона. Орбитальные радиусы окружности расположены на расстоянии 1,5 × 10 7 км друг от друга, но средний радиус орбиты по-прежнему составляет 1 AU . Кольца поворачиваются на 15 градусов относительно друг друга вокруг общей оси вращения.
В отличие от роя Дайсона, конструкции, создающие его, не находятся на орбите вокруг звезды, но будут статутами-спутниками, подвешенными с использованием огромных легких парусов, используя радиационное давление, чтобы противодействовать притяжению звезды. Такие конструкции не будут подвержены столкновению или затмению друг друга; они были бы полностью неподвижны относительно звезды и были бы независимы друг от друга. Поскольку отношение радиационного давления к силе тяжести от звезды постоянное, независимо от расстояния (при условии, что статут имеет беспрепятственную прямую видимость поверхности его звезды [7] ), такие статистические данные также могут варьировать их расстояние от их центральной звезды.
Практичность такого подхода сомнительна в современной инженерной науке, но пока не исключена. 100% отражающий статит, развернутый вокруг Солнца, имел бы общую плотность 0,78 грамма на квадратный метр паруса. Чтобы проиллюстрировать малую массу необходимых материалов, рассмотрим, что общая масса пузырька такого материала 1 АУ в радиусе будет около 2,17 × 10 20 кг, что примерно такая же масса, что и астероид Паллас. [8] Другая иллюстрация: Обычная печатная бумагаимеет плотность около 80 г / м 2 .
Такой материал еще не был изготовлен в виде рабочего светового паруса. Самый легкий в мире материал с легким парусом из углеродного волокна имеет плотность без полезной нагрузки — 3 г / м 2 или примерно в четыре раза большую, чем потребуется для создания солнечного статита. [15]
Один лист графена , двумерная форма углерода, имеет плотность всего 0,37 мг на квадратный метр , что делает такой единственный граф графена эффективным в качестве солнечного паруса. Однако с 2015 года графен не был изготовлен на больших листах и имеет относительно высокую скорость поглощения излучения, около 2,3% (т. Е. Еще около 97,7% будет передаваться). Для частот в диапазоне верхних ГГц и ниже ТГц скорость поглощения достигает 50-100% из-за смещения напряжения и / или легирования. [9]
Оболочка [ править | править код ]
Вариантом сферы Дайсона, наиболее часто изображаемой в художественной литературе, является «оболочка Дайсона»: однородная сплошная оболочка материи вокруг звезды. [10] Такая структура полностью изменила бы выбросы центральной звезды и перехватила бы 100% энергии энергии звезды.Такая структура также обеспечит огромную поверхность, которую многие предполагают использовать для жилья, если поверхность может быть пригодна для жилья.
Сфера сферической оболочки Дайсона в Солнечной системе с радиусом одной астрономической единицы , так что внутренняя поверхность получала бы такое же количество солнечного света, что и Земля на единицу телесного угла , имела бы площадь поверхности приблизительно 2,8 × 10 17 км 2 (1,1 × 10 17 кв. Миль), или примерно в 550 миллионов раз больше площади поверхности Земли. Это позволило бы перехватить полную мощность 384,6 Вт (3,846 × 10 26 Вт) [11] на выходе Солнца.Конструкции без оболочки будут перехватывать меньше, но вариант оболочки представляет собой максимально возможную энергию, захваченную для Солнечной системы в этот момент эволюции Солнца. [10] Это примерно в 33 триллиона раз превышает энергопотребление человечества в 1998 году, что составляло 12 тераватт. [12]
Критика [ править | править код ]
Идея создания Сферы Дайсона не раз подвергалась критике, одним из важнейших аргументов которой является банальная неосуществимость, по крайней мере продолжительное существование, подобного проекта. [13]
Источник