Что такое сфера Дайсона? Классификация по расположению. Приметы развитой цивилизации

Сфе́ра Да́йсона - гипотетический астроинженерный проект Фримена Дайсона, представляющий собой относительно тонкую сферическую оболочку большого радиуса (порядка радиуса планетных орбит) со звездой в центре.

Предполагается, что технологически развитая цивилизация может применять подобное сооружение для максимально возможного использования энергии центральной звезды и/или для решения проблемы жизненного пространства.

Согласно теоретическим расчётам, для сооружения сферы Дайсона вокруг Солнца необходимо вещество с массой порядка массы Юпитера.

Поиск сфер Дайсона - перспективное направление программы SETI. Сооружение подобных масштабов может быть обнаружено существующими астрономическими средствами по его инфракрасному излучению с нетипичным спектральным распределением (таким образом, cфера Дайсона является всенаправленным мощным излучателем). Для этих целей планируется использовать телескоп SIRTF.

Космический телескоп НАСА Кеплер (Kepler) - он же "Искатель планет" - был выведен на орбиту Земли в мае 2009 года. Нацелен на небольшой участок Млечного пути, находящийся между созвездиями Лебедь и Лира.

Телескоп искал экзопланеты - планеты у других звезд - посредством так называемого транзитного метода. То есть следил, изменяется ли яркость звезды время от времени. А она изменяется, когда диск звезды что-то заслоняет. Например, планета. По колебаниям яркости астрономы и определяют их наличие.

Данные об изменении яркости, полученные с помощью космического телескопа, позволяют сделать предварительный вывод о наличии планет. Далее - уже с помощью наземных радиотелескопов, направленных на "подозрительную" звезду - астрономы либо убеждаются, что планеты у нее действительно существуют, либо разочаровываются.

В 2013 году Кеплер сломался. Но прежде каждые 30 минут фиксировал параметры 150 тысяч звезд, находившихся в поле его зрения. Тем самым телескоп обеспечил астрономов данными на много лет вперед. Их расшифровывать и расшифровывать. Подтверждать или опровергать. Чем ныне ученые и заняты.

И вот - совершенно неожиданный результат: одиночная звезда KIC 8462852, расположенная в 1480 световых годах от Земли. Она привлекла к себе внимание еще в 2011 году - меняла яркость сверхъестественным способом. Порой световой поток, исходящий от звезды, снижался на 80 процентов. Будто бы что-то затеняло ее на разные промежутки времени - от 5 до 80 дней.

Гипотеза, подразумевающая деятельность инопланетян, всегда должна быть самой последней из числа тех, которые стоит принимать во внимание, - прокомментировал открытие Джейсон Райт (Jason Wright) - астроном из Университета штата Пенсильвания (Penn State astronome). - Но в данном случае коллеги обнаружили то, что можно ожидать как раз от инопланетян.

Табета с коллегами уверяют, что мерцание KIC 8462852 вызвано множеством объектов, расположенных вокруг звезды - крупными и гигантскими. Они-то периодически и заслоняют свет.

Конечно, ученые пытались найти подтверждения тому, что объекты имеют естественное происхождение. Что они какие-нибудь астероиды или кометы. Или даже осколки столкнувшихся тут планет. Или еще не образовавшиеся планеты. Но находились факты, противоречащие "разумным" гипотезам. Так и осталась пока одна - "неразумная". О том, что KIC 8462852 находится в так называемой сфере Дайсона (Dyson Sphere) - в некой построенной местными обитателями оболочке, которая позволяет улавливать излучение звезды и пользоваться этой колоссальной энергией.

Появление таких сфер у высоко развитых цивилизаций предрек еще в 1960 году физик-теоретик Фриман Дайсон (theoretical physicist Freeman Dyson). Полагал, что сферы могут быть как замкнутыми, так и состоящими из множества отдельных космических аппаратов. На них - этих аппаратах или гигантских космических платформах - представители внеземного разума могут размещать и энергетические станции, и производства, и жилье, и оборонительные сооружения.

Проверка выводов группы Табеты Бояджян и примкнувшего к ним Джейсона Райта, намечена на следующий год. Ученые планируют нацелить на KIC 8462852 один из крупнейших в мире радиотелескопов - Very Large Array. Возможно, им удастся даже уловить некий гул, издаваемый инопланетной техникой.

Сегодня все, кто в той или иной степени относится к космосу, буквально стоят на ушах из-за обнаружения звезды KIC 8462852, изменение свечения которой невозможно объяснить ни одной из существующих теорий. Любители фантастики и футурологии надеются, что это следствие деятельности цивилизации, намного опережающей нас по уровню развития технологий, а именно – сфера Дайсона. Но что это такое?

20 10 2015
15:14

Ближе к третьей четверти 20 века американский физик-теоретик Фримен Дайсон создал концепцию сферы, максимально использующей энергию звезды. Она должна располагаться вокруг источника излучения и пропускать наружу в основном инфракрасное излучение.

Данная концепция описывает относительно недалёкое будущее человеческой цивилизации. Рано или поздно мы израсходуем ресурсы нашей планеты. Газ, Нефть, прочие полезные ископаемые имеют опасное свойство кончаться, а производство солнечных панелей требует больше ресурсов, чем приносит. Останутся, конечно, ветряные и гидроэлектростанции, но их мощности не хватит на поддержание современного темпа жизни. Энергия распада ядра чересчур неуправляема и опасна, как нам показал Чернобыль и Фукусима, так что требуется искать другие пути решения проблемы.

Второй насущной проблемой является растущая плотность населения Земли. Несмотря на все меры, предпринимаемые правительством стран, количество людей год от года неуклонно растёт. В какой-то момент пространства для жизни перестанет хватать, и тогда – либо улетать на другие планеты (что без предварительной подготовки невозможно), либо вести кровопролитные войны, которые истребят часть населения, оставив в живых только часть.

Решением обеих проблем является сфера Дайсона. Она одновременно даёт и пространство для жизни, и энергию для её поддержания вплоть до того момента, пока звезда не погаснет.

При данном уровне развития технологий создание такой сферы невозможно уже потому, что для её постройки требуется материал, суммарная масса которого будет приближаться к массе Юпитера. Однако это не означает, что какая-либо другая, более развитая цивилизация, не может реализовать данную схему на практике. Учёные полагают, что, если в космосе существует объект, походящий по принципу устройства на сферу Дайсона, то это будет означать нахождение жизни, или, как минимум, её следов. Обнаружить её можно по специфическим изменениям свечения звезды, которые не может вызывать ни один объект естественного происхождения.

Как уже было сказано, на постройку сферы ушло бы невообразимо много материала. Но ведь можно начинать и с малого. Например, с кольца. О возможности постройки одного или нескольких тороидальных объектов вокруг светила в области экватора говорят как учёные, так и писатели-фантасты. По такому принципу было создано так называемое Кольцо Нивена – «Мир-кольцо», которое удостоилось внимания самого Дайсона, который впоследствии обсуждал с писателем его творение. Также была разработана концепция разомкнутой на полюсах поверхности, образующей своеобразную юлу с жёстким каркасом в районе экватора. Также предполагается возможность строительства фрактальной поверхности.

Что же касается KIC 8462852, то учёные делают осторожные предположения, что изменение свечения её может быть обусловлено наличием гигантских сооружений по типу солнечных панелей, поглощающих энергию звезды. При этом они не соединены в полноценную сферу Дайсона (иначе фиксируемое свечение менялось бы не столь значительно), а представляют собой отдельные её фрагменты.

Все перечисленные формы существования подобного объекта одинаково нереальны для нас в ближайшие несколько сотен лет. И если они существуют в реальном времени, то возникает вопрос – насколько же опережают нас потенциальные авторы данного творения? И пойдут ли они на контакт?

Дмитрий Потапкин, специально для Обзор.press.

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:

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).
Проблема охлаждения сферы - сфера не должна плавиться или деформироваться от энергии Солнца.
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):

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.).
Прочность и толщина сферы – вопрос в том, достаточно ли прочная поверхность сферы: помимо технологии во многом это определяется составом и качеством материала Солнечной системы.
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):

Наличие материала – для такой огромной сферы его может и не хватить.
Стабильность сферы - остается проблемой, но не такой срочной.
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.

Fin = G * M * m / R^2
где G = 6.674 *10^-11 [м^3 / (кг * сек^2) ] это константа гравитации,
M = 2 * 10^30 кг это масса Солнца,
m = 1 кг это пробная масса единицы площади сферы, а R - радиус сферы 190 млн. км
= 6.674 * 1.9885 * 10^(30 - 11) / 190 * 10^9 * 190 * 10^9 = 3.6768 * 10^19 / 10^22 = 3.68 * 10^-5 [кг*м/сек^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. Там центробежное ускорение (сила инерции) равно:

Fout = m * V^2 / R
= 25 * 25 * 10^6 / 200 000 000 = 625 / 200 = 3.125 [кг*м/сек^2] = 3.1 Ньютон (меньше земного тяготения в 3 раза).

Но это ускорение не уменьшает силу притяжения к светилу на полюсах такой сферы, и не особо помогает на средних широтах. Проблема с давлением огромной массы секторов верхнего и нижнего куполов на быстро вращающийся экватор сферы остается. Остается и проблема недостатка ресурсов: ученый Андерс Сандберг оценивает , что в нашей Солнечной системе находится 1,82х10^26 кг легко используемого строительного материала, что является достаточным для строительства оболочки Дайсона радиусом 1 а.е., средней массой 600 кг/м2 при толщине приблизительно 8-20 см в зависимости от плотности материала. Если выкинуть материал ядр газовых гигантов, которые, сильно мягко говоря, труднодоступны, то внутренние планеты отдельно могут предоставить лишь 11,79х10^24 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, 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 ). 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

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. Элементы названы статитами (типа стабильные сателлиты). Баланс этих сил (притяжения и давления света) достижим только при очень легком материале: с очень легкой прочной оболочкой: 0.78 грамм на м2, что недостижимо для современных технологий.

Так называемый III тип сферы Дайсона это простая и сплошная сфера в виде легкого баллона, так называемый «Пузырь Дайсона». Баланс сил основан на равенстве давлении света гравитации, как и тип II, но со сплошной оболочкой, очень легкой и тонкой: 0.78 грамм на м2, что недостижимо для современных технологий – для такой сферы радиусом 1 а.е. достаточно материала массой в один крупный астероид Паллада: 2.17 на 10^20 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 ), 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 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 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.

Теги:

Сфера Дайсона
рой Дайсона
Кольцо Дайсона

Добавить метки

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 . 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 от нашей звезды. Материал для построения сферы, предположил Дайсон, можно было бы получить в результате «разборки» планеты 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- 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 или большого астероида.

Сфе?ра Да?йсона - гипотетический астроинженерный проект Фримена Дайсона, представляющий собой относительно тонкую сферическую оболочку большого радиуса (порядка радиуса планетных орбит) со звездой в центре.

Сфера Дайсона должна быть приведена во вращение вокруг центральной оси, чтобы центробежная сила уравновесила силу притяжения центрального светила. Однако, так как центробежная сила достигает максимума на экваторе, и равна 0 на полюсах вращающегося тела, то на полюсах сферы Дайсона ничто не уравновешивает силы притяжения центрального светила. В результате сфера будет неизбежно разрушена.

Станислав Лем в «Сумме технологии» показал, что сооружение сферы для решения проблем жизненного пространства квадрилионов разумных существ бессмысленно с точки зрения логики и социологии, так как на алтарь «свободы неограниченного размножения» (которая непонятно почему должна остаться неприкосновенной, вместо её ограничения) нужно возложить множество других свобод (например, свободу передвижений, выбора профессии и т. п.), что в итоге привело бы к краху культурных ценностей и было бы извращением идеи прогресса, который предполагает их увеличение, а не уменьшение. Также Лем скептически настроен по отношению к возможности существования монокультуры с населением порядка нескольких квадриллионов. Автор считал сферу Дайсона одним из наиболее поразительных примеров ортоэволюционной экстраполяции развития технологии (то есть относящейся к гипотезам, согласно которым будущее - это лишь приумноженное настоящее).

В сентябре 2015 года несколько астрономов опубликовали результаты исследований изменений светимости звезды KIC 8462852, которые привлекли внимание мировых СМИ. Регистрация таких изменений проводилась космической обсерваторией Kepler, в рамках программы поиска экзопланет. Обычно из-за прохождения планеты перед звездой её свет незначительно меркнет на короткое время, что повторяется через регулярные интервалы. Однако звезда KIC 8462852 оказалась исключением: её светимость падала на величину до 22 процентов, причём такие падения наблюдались на протяжении различных промежутков времени (от 5 до 80 дней), что привело к появлению большого количества гипотез. Странный характер кривых блеска этой звезды был замечен волонтёрами Planet Hunters - краудсорсингового проекта по поиску экзопланет в данных Kepler, некоторые из которых стали соавторами итоговой статьи. Первоначально предполагалось, что аномалии объясняются проблемами с телескопом или искажением при передаче информации, однако в ходе исследований эта версия была опровергнута. Спектральный анализ и тип, к которому относится звезда, также исключают изменение светимости из-за проходящих в ней внутренних процессов. Наиболее вероятной представляется гипотеза, согласно которой вокруг звезды вращается рой небольших небесных тел, столкновения в котором могут генерировать облака пыли, закрывающие свет звезды, что характерно для молодых звезд, когда их планетная система находится на стадии формирования. Однако KIC 8462852 не является молодой звездой, поэтому рой может состоять из комет и астероидов, множество которых могло оказаться на близкой орбите после гравитационного возмущения от прохождения другой звезды (но не той, которая видна потенциальным компаньоном). Впрочем, и такое маловероятно, поскольку прямых доказательств этому нет, а прохождение звезды должно было произойти всего несколько тысячелетий назад (ничтожный срок по космическим меркам). В связи с этим, Табета Бояджян (Tabetha Boyajian), ведущий автор исследования, рассматривает ещё один сценарий. Мерцание KIC 8462852 может указывать на попытку строительства сферы Дайсона - набора гигантских объектов (например, коллекторов света), которые высокоразвитая внеземная цивилизация построила для аккумулирования энергии своей звезды, что сразу взбудоражило общественное мнение.