Сфера и Кольца Дайсона: как найти в космосе братьев по разуму. Что представляет собой сфера 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, сфера Дайсона является всенаправленным мощным излучателем). Для этих целей планируется использовать телескоп SIRTF . Необнаружение сфер Дайсона является одним из подтверждений парадокса Ферми .

По признанию самого Фримена Дайсона, идею сферы он впервые обнаружил в фантастическом романе Олафа Стэплдона «Создатель звёзд ».

Критика [ | ]

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, на полюсах сферы Дайсона ничто не уравновешивает силы притяжения центрального светила. В результате сфера будет неизбежно разрушена.

Модификации [ | ]

Кольцо Нивена

Для предупреждения угрозы саморазрушения сферы, идея изменения её конструкции была развита в нескольких вариантах:

Все такие варианты уже нельзя называть «сферой», но такое общее название сохраняется исторически.

Сфера Дайсона - вариант с поверхностями постоянного абсолютного значения вектора ускорения свободного падения (модель показана с сечением).

Звезда Табби [ | ]

Осенью 2015 года несколько астрономов опубликовали результаты исследований изменений светимости звезды KIC 8462852 (звезда Табби) созвездия Лебедя по данным космического телескопа Kepler в рамках программы поиска экзопланет . Аномальные мерцания звезды некоторые исследователи пытались объяснить попыткой строительства астроинженерного сооружения типа сферы Дайсона или другого набора гигантских объектов (например, коллекторов света), которые высокоразвитая

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

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

Критика

Модификации

Жёсткое кольцо относительно небольшой ширины (порядка процентов диаметра) - см. Кольцо Нивена .
Жёсткое широкое экваториальное кольцо, разомкнутое вблизи полюсов и изогнутое по поверхности постоянного абсолютного значения вектора ускорения свободного падения, так что вес пробного тела одинаков в любой точке на внутренней стороне Сферы. Такая поверхность напоминает по форме игрушку-волчок с центральным утолщением. Большее притяжение звезды вблизи экватора компенсируется центробежной силой за счёт большей линейной скорости вращения в неинерциальной системе отсчёта; в высоких широтах в связи с уменьшением гравитационного воздействия звезды требуются меньшие центробежная сила и радиус сечения плоскостью, перпендикулярной к оси вращения. Данная поверхность не является эквипотенциальной для гравитационного поля (складывающегося из гравитационного поля звезды и поля центробежной силы) в собственной вращающейся системе отсчёта конструкции, поэтому сила тяжести направлена не по нормали к поверхности. Однако внутренняя сторона Сферы может быть сконструирована в виде концентрических террас, а не гладкой, так чтобы локальное отклонение силы тяжести от нормали к поверхности террасы не превышало заданного значения.
Раковина Покровского - модификация, предложенная советским учёным Г. И. Покровским , представляющая собой совокупность колец.
Структура Крисвелла - развитие идеи Сферы Дайсона, но с фрактальной поверхностью для максимизации площади, воспринимающей излучение звезды поверхности.

Все такие варианты уже нельзя называть «сферой», но такое общее название сохраняется исторически.

Возможное открытие сферы Дайсона

Осенью 2015 года несколько астрономов опубликовали результаты исследований изменений светимости звезды KIC 8462852 созвездия Лебедя по данным космического телескопа Kepler в рамках программы поиска экзопланет . Аномальные мерцания звезды могут указывать на попытку строительства астроинженерного сооружения типа сферы Дайсона или другого набора гигантских объектов (например, коллекторов света), которые высокоразвитая внеземная цивилизация использует для аккумулирования энергии своей звезды, что сразу взбудоражило общественное мнение.

Сферы Дайсона в художественных произведениях

По признанию самого Фримена Дайсона, идею сферы он впервые обнаружил в фантастическом романе Олафа Стэплдона «Создатель звёзд ».
Мир-Кольцо из одноимённого романа Ларри Нивена представляет собой своеобразный компромисс между сферой Дайсона и обычной планетой. При этом идея об использовании сферы Дайсона высказывается во второй книге серии - «Дети Кольца».
Борьба землян с инопланетной цивилизацией, использующей Сферу Дайсона, описана в романах Роджера Макбрайда Аллена «Кольцо Харона » и «Разбитая Сфера ».
Действие трилогии «Орбитсвилль» Боба Шоу происходит в сфере Дайсона, построенной неизвестной древней цивилизацией.
Упоминается в цикле романов Дэна Симмонса «Песни Гипериона ».
Также подробное описание сферы Дайсона встречается в произведениях Андрея Ливадного , серия книг «История Галактики», где сфера была построена для защиты от миграции галактических хищников, привлекаемых светом звезд и питавшихся материей как таковой.
Упоминание о сфере Дайсона встречается в одном из эпизодов саги «Звездный путь: Следующее поколение » в эпизоде 6-го сезона «Древность».
Первые этапы построения сферы Дайсона описаны в трилогии «Золотой век » Джона Райта
Действие повести «Консервный нож» Василия Головачева происходит в звездной системе, заключенной в Сферу Дайсона, и касается реализации и использования этого гипотетического сооружения. А также в произведении «Черный человек»
В книге Михаила Ахманова «Странник, пришедший издалека» Сфера Дайсона является ключевой целью работы цивилизации Сархов и носит название «Великий план Сархата»
В клипе «Неизбежность» группы «Complex Numbers » сфера Дайсона используется в качестве местообитания потомков современного человека
В песне группы «Allegaeon» описывается необходимость возведения сферы Дайсона из-за возросших потребностей человечества в энергии
В серии романов Николая Басова «Мир Вечного Полдня» действие происходит в сфере Дайсона, куда перенесён город с Земли.
Конечный пункт романа Роберта Силверберга «Через миллиард лет» - сфера Дайсона, построенная расой инопланетян-негуманоидов, исследовавших галактику задолго до рождения человечества.
Также сфера Дайсона упоминается в повести «Кто там?» Бориса Штерна . Сфера рассматривается как способ изоляции космической аномалии.
В романе «Шелкопряд» писателя Тимоти Зана для постройки Сферы цивилизация использовала целую планетную систему , производя металлический материал.
В книге Ульяма Форсчена «Реванш Императора». Там встречается как Кольцо Нивена, так и сфера Дайсона.
В трилогии Д. Брина «Возвышение» структуры Крисвелла вокруг угасающих звёзд служат перенаселёнными обиталищами для цивилизаций, уже прошедших этап межзвёздных путешествий.
В одной из повестей Дж. Лорда «Сияющий полдень Уренира» (серия «Ричард Блейд»). Сфера построена расой, достигшей вершин развития технологии и социума; отдельные её области используются как «заповедники» для других рас, в том числе инопланетных.
В серии книг Иара Эльтерруса «Безумие Бардов», сфера представлена, как многомерное астро-инженерное сооружение.
Упоминается как место жизни некоторых представителей земной расы в романе М. Суэнвика «Вакуумные цветы».
Кольцо Нивена упоминается в романе Гарри Гаррисона «Звездные похождения галактических рейнджеров»
В романе * "Звезда Пандоры" представлена сфера Дайсона, как некий барьер.

Сферы Дайсона в компьютерных играх

В игре «Freelancer » сферу Дайсона использует инопланетная раса, именуемая странники (по другим версиям перевода - кочевники, номады (англ. nomad - кочевник)).
В играх серии «Space Empires » кольца и сферы вокруг звёзд могут строить все расы на высоком уровне развития.
В игре «Homeworld » и «Homeworld 2 » на фоне некоторых локаций наблюдаются обломки циклопических колец, явно превосходящих размеры планет земного типа. Вероятно, в прошлом эти кольца образовывали некий туннель.
В игре Звёздные волки 2: Гражданская война главный герой вместе с командой в ходе поисков артефактов Предтеч оказывается внутри сферы Дайсона.
Во вселенной Warhammer 40,000 одно из божеств расы Некрон после поглощения многих других К"тан заперся в сфере Дайсона.
В любительском аддоне Xtended к игре X3 Reunion сферу использует раса древних (сонены) и игрок участвует в миссиях с ней
Во вселенной Halo Ушедшие используют сферы Дайсона как базы для своих армий. Например, в стратегии Halo Wars в подобной сфере был спрятан космофлот.
В игре «Космические рейнджеры 2: Доминаторы » существует несколько колец и сфер вокруг планет. Также один из лидеров роботов-доминаторов (Террон, являвшийся планетой) может стать сферой Дайсона.
В игре Mass Effect 2 Легион упоминает, что геты строят структуру похожую на сферу Дайсона (строительство ведется 264 года), чтобы загрузить туда свои программы и стать единым целым
В игре Star Trek Online на планете Новый Ромулус (New Romulus) были обнаружены врата древней расы Iconians . Совместными усилиями Федерации (Federation), Клингонской Империи (Klingon Empire) и Ромуланской Республики (Romulan Republic) сеть врат была активирована. Одни из врат привели в Сферу Дайсона созданную расой Solanae , сфера была частично оккупирована враждебной расой Voth , которая пыталась использовать автоматические системы производства Омега Частиц (Omega Particles). Voth не желали делить сферу с кем бы то ни было и в результате разгорелся конфликт. С целью противостояния агрессии Voth и расширения возможностей исследования сферы, было создано Объединенное Командование Сферы Дайсона (Dyson Sphere Joint Command) в которое вошли Федерация (Federation), Клингонская Империя (Klingon Empire) и Ромуланская Республика (Romulan Republic).

См. также

Глобус Кассус (англ. )

Напишите отзыв о статье "Сфера Дайсона"

Примечания

Литература

Freemann J. Dyson (1960). «». Science 131 (3414): 1667–1668. DOI :10.1126/science.131.3414.1667 . PMID 17780673 . Bibcode : .
Шкловский И. С. Вселенная, Жизнь, Разум. - 6-е изд. дополненное. - М .: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 320 с.
Лем, Станислав. Сумма технологии = Summa Technologiae / пер. с польск. А. Г. Громовой , Д. И. Иорданского , Р. И. Нудельмана , Б. Н. Пановкина , Л. Р. Плинера , Р. А. Трофимова , Ю. А. Ярошевского ; вступ. ст. акад. В. В. Парина ; ред. и послесл. Б. В. Бирюкова и Ф. В. Широкова . - М . : Мир, 1968. - 608 с.



Колонизация Солнечной системы

Колонизация вне Солнечной системы

Искусственные колонии

Ресурсы и энергетика

Отрывок, характеризующий Сфера Дайсона

– C"est l"epee de Frederic le Grand, que je… [Это шпага Фридриха Великого, которую я…] – начала было она, но Ипполит перебил ее словами:
– Le Roi de Prusse… – и опять, как только к нему обратились, извинился и замолчал. Анна Павловна поморщилась. MorteMariet, приятель Ипполита, решительно обратился к нему:
– Voyons a qui en avez vous avec votre Roi de Prusse? [Ну так что ж о прусском короле?]
Ипполит засмеялся, как будто ему стыдно было своего смеха.
– Non, ce n"est rien, je voulais dire seulement… [Нет, ничего, я только хотел сказать…] (Он намерен был повторить шутку, которую он слышал в Вене, и которую он целый вечер собирался поместить.) Je voulais dire seulement, que nous avons tort de faire la guerre рour le roi de Prusse. [Я только хотел сказать, что мы напрасно воюем pour le roi de Prusse . (Непереводимая игра слов, имеющая значение: «по пустякам».)]
Борис осторожно улыбнулся так, что его улыбка могла быть отнесена к насмешке или к одобрению шутки, смотря по тому, как она будет принята. Все засмеялись.
– Il est tres mauvais, votre jeu de mot, tres spirituel, mais injuste, – грозя сморщенным пальчиком, сказала Анна Павловна. – Nous ne faisons pas la guerre pour le Roi de Prusse, mais pour les bons principes. Ah, le mechant, ce prince Hippolytel [Ваша игра слов не хороша, очень умна, но несправедлива; мы не воюем pour le roi de Prusse (т. e. по пустякам), а за добрые начала. Ах, какой он злой, этот князь Ипполит!] – сказала она.
Разговор не утихал целый вечер, обращаясь преимущественно около политических новостей. В конце вечера он особенно оживился, когда дело зашло о наградах, пожалованных государем.
– Ведь получил же в прошлом году NN табакерку с портретом, – говорил l"homme a l"esprit profond, [человек глубокого ума,] – почему же SS не может получить той же награды?
– Je vous demande pardon, une tabatiere avec le portrait de l"Empereur est une recompense, mais point une distinction, – сказал дипломат, un cadeau plutot. [Извините, табакерка с портретом Императора есть награда, а не отличие; скорее подарок.]
– Il y eu plutot des antecedents, je vous citerai Schwarzenberg. [Были примеры – Шварценберг.]
– C"est impossible, [Это невозможно,] – возразил другой.
– Пари. Le grand cordon, c"est different… [Лента – это другое дело…]
Когда все поднялись, чтоб уезжать, Элен, очень мало говорившая весь вечер, опять обратилась к Борису с просьбой и ласковым, значительным приказанием, чтобы он был у нее во вторник.
– Мне это очень нужно, – сказала она с улыбкой, оглядываясь на Анну Павловну, и Анна Павловна той грустной улыбкой, которая сопровождала ее слова при речи о своей высокой покровительнице, подтвердила желание Элен. Казалось, что в этот вечер из каких то слов, сказанных Борисом о прусском войске, Элен вдруг открыла необходимость видеть его. Она как будто обещала ему, что, когда он приедет во вторник, она объяснит ему эту необходимость.
Приехав во вторник вечером в великолепный салон Элен, Борис не получил ясного объяснения, для чего было ему необходимо приехать. Были другие гости, графиня мало говорила с ним, и только прощаясь, когда он целовал ее руку, она с странным отсутствием улыбки, неожиданно, шопотом, сказала ему: Venez demain diner… le soir. Il faut que vous veniez… Venez. [Приезжайте завтра обедать… вечером. Надо, чтоб вы приехали… Приезжайте.]
В этот свой приезд в Петербург Борис сделался близким человеком в доме графини Безуховой.

Война разгоралась, и театр ее приближался к русским границам. Всюду слышались проклятия врагу рода человеческого Бонапартию; в деревнях собирались ратники и рекруты, и с театра войны приходили разноречивые известия, как всегда ложные и потому различно перетолковываемые.
Жизнь старого князя Болконского, князя Андрея и княжны Марьи во многом изменилась с 1805 года.
В 1806 году старый князь был определен одним из восьми главнокомандующих по ополчению, назначенных тогда по всей России. Старый князь, несмотря на свою старческую слабость, особенно сделавшуюся заметной в тот период времени, когда он считал своего сына убитым, не счел себя вправе отказаться от должности, в которую был определен самим государем, и эта вновь открывшаяся ему деятельность возбудила и укрепила его. Он постоянно бывал в разъездах по трем вверенным ему губерниям; был до педантизма исполнителен в своих обязанностях, строг до жестокости с своими подчиненными, и сам доходил до малейших подробностей дела. Княжна Марья перестала уже брать у своего отца математические уроки, и только по утрам, сопутствуемая кормилицей, с маленьким князем Николаем (как звал его дед) входила в кабинет отца, когда он был дома. Грудной князь Николай жил с кормилицей и няней Савишной на половине покойной княгини, и княжна Марья большую часть дня проводила в детской, заменяя, как умела, мать маленькому племяннику. M lle Bourienne тоже, как казалось, страстно любила мальчика, и княжна Марья, часто лишая себя, уступала своей подруге наслаждение нянчить маленького ангела (как называла она племянника) и играть с ним.
У алтаря лысогорской церкви была часовня над могилой маленькой княгини, и в часовне был поставлен привезенный из Италии мраморный памятник, изображавший ангела, расправившего крылья и готовящегося подняться на небо. У ангела была немного приподнята верхняя губа, как будто он сбирался улыбнуться, и однажды князь Андрей и княжна Марья, выходя из часовни, признались друг другу, что странно, лицо этого ангела напоминало им лицо покойницы. Но что было еще страннее и чего князь Андрей не сказал сестре, было то, что в выражении, которое дал случайно художник лицу ангела, князь Андрей читал те же слова кроткой укоризны, которые он прочел тогда на лице своей мертвой жены: «Ах, зачем вы это со мной сделали?…»
Вскоре после возвращения князя Андрея, старый князь отделил сына и дал ему Богучарово, большое имение, находившееся в 40 верстах от Лысых Гор. Частью по причине тяжелых воспоминаний, связанных с Лысыми Горами, частью потому, что не всегда князь Андрей чувствовал себя в силах переносить характер отца, частью и потому, что ему нужно было уединение, князь Андрей воспользовался Богучаровым, строился там и проводил в нем большую часть времени.
Князь Андрей, после Аустерлицкой кампании, твердо pешил никогда не служить более в военной службе; и когда началась война, и все должны были служить, он, чтобы отделаться от действительной службы, принял должность под начальством отца по сбору ополчения. Старый князь с сыном как бы переменились ролями после кампании 1805 года. Старый князь, возбужденный деятельностью, ожидал всего хорошего от настоящей кампании; князь Андрей, напротив, не участвуя в войне и в тайне души сожалея о том, видел одно дурное.
26 февраля 1807 года, старый князь уехал по округу. Князь Андрей, как и большею частью во время отлучек отца, оставался в Лысых Горах. Маленький Николушка был нездоров уже 4 й день. Кучера, возившие старого князя, вернулись из города и привезли бумаги и письма князю Андрею.
Камердинер с письмами, не застав молодого князя в его кабинете, прошел на половину княжны Марьи; но и там его не было. Камердинеру сказали, что князь пошел в детскую.
– Пожалуйте, ваше сиятельство, Петруша с бумагами пришел, – сказала одна из девушек помощниц няни, обращаясь к князю Андрею, который сидел на маленьком детском стуле и дрожащими руками, хмурясь, капал из стклянки лекарство в рюмку, налитую до половины водой.
– Что такое? – сказал он сердито, и неосторожно дрогнув рукой, перелил из стклянки в рюмку лишнее количество капель. Он выплеснул лекарство из рюмки на пол и опять спросил воды. Девушка подала ему.
В комнате стояла детская кроватка, два сундука, два кресла, стол и детские столик и стульчик, тот, на котором сидел князь Андрей. Окна были завешаны, и на столе горела одна свеча, заставленная переплетенной нотной книгой, так, чтобы свет не падал на кроватку.
– Мой друг, – обращаясь к брату, сказала княжна Марья от кроватки, у которой она стояла, – лучше подождать… после…
– Ах, сделай милость, ты всё говоришь глупости, ты и так всё дожидалась – вот и дождалась, – сказал князь Андрей озлобленным шопотом, видимо желая уколоть сестру.
– Мой друг, право лучше не будить, он заснул, – умоляющим голосом сказала княжна.
Князь Андрей встал и, на цыпочках, с рюмкой подошел к кроватке.
– Или точно не будить? – сказал он нерешительно.
– Как хочешь – право… я думаю… а как хочешь, – сказала княжна Марья, видимо робея и стыдясь того, что ее мнение восторжествовало. Она указала брату на девушку, шопотом вызывавшую его.
Была вторая ночь, что они оба не спали, ухаживая за горевшим в жару мальчиком. Все сутки эти, не доверяя своему домашнему доктору и ожидая того, за которым было послано в город, они предпринимали то то, то другое средство. Измученные бессоницей и встревоженные, они сваливали друг на друга свое горе, упрекали друг друга и ссорились.
– Петруша с бумагами от папеньки, – прошептала девушка. – Князь Андрей вышел.
– Ну что там! – проговорил он сердито, и выслушав словесные приказания от отца и взяв подаваемые конверты и письмо отца, вернулся в детскую.
– Ну что? – спросил князь Андрей.
– Всё то же, подожди ради Бога. Карл Иваныч всегда говорит, что сон всего дороже, – прошептала со вздохом княжна Марья. – Князь Андрей подошел к ребенку и пощупал его. Он горел.
– Убирайтесь вы с вашим Карлом Иванычем! – Он взял рюмку с накапанными в нее каплями и опять подошел.
– Andre, не надо! – сказала княжна Марья.
Но он злобно и вместе страдальчески нахмурился на нее и с рюмкой нагнулся к ребенку. – Ну, я хочу этого, сказал он. – Ну я прошу тебя, дай ему.
Княжна Марья пожала плечами, но покорно взяла рюмку и подозвав няньку, стала давать лекарство. Ребенок закричал и захрипел. Князь Андрей, сморщившись, взяв себя за голову, вышел из комнаты и сел в соседней, на диване.
Письма всё были в его руке. Он машинально открыл их и стал читать. Старый князь, на синей бумаге, своим крупным, продолговатым почерком, употребляя кое где титлы, писал следующее:
«Весьма радостное в сей момент известие получил через курьера, если не вранье. Бенигсен под Эйлау над Буонапартием якобы полную викторию одержал. В Петербурге все ликуют, e наград послано в армию несть конца. Хотя немец, – поздравляю. Корчевский начальник, некий Хандриков, не постигну, что делает: до сих пор не доставлены добавочные люди и провиант. Сейчас скачи туда и скажи, что я с него голову сниму, чтобы через неделю всё было. О Прейсиш Эйлауском сражении получил еще письмо от Петиньки, он участвовал, – всё правда. Когда не мешают кому мешаться не следует, то и немец побил Буонапартия. Сказывают, бежит весьма расстроен. Смотри ж немедля скачи в Корчеву и исполни!»
Князь Андрей вздохнул и распечатал другой конверт. Это было на двух листочках мелко исписанное письмо от Билибина. Он сложил его не читая и опять прочел письмо отца, кончавшееся словами: «скачи в Корчеву и исполни!» «Нет, уж извините, теперь не поеду, пока ребенок не оправится», подумал он и, подошедши к двери, заглянул в детскую. Княжна Марья всё стояла у кроватки и тихо качала ребенка.
«Да, что бишь еще неприятное он пишет? вспоминал князь Андрей содержание отцовского письма. Да. Победу одержали наши над Бонапартом именно тогда, когда я не служу… Да, да, всё подшучивает надо мной… ну, да на здоровье…» и он стал читать французское письмо Билибина. Он читал не понимая половины, читал только для того, чтобы хоть на минуту перестать думать о том, о чем он слишком долго исключительно и мучительно думал.

Билибин находился теперь в качестве дипломатического чиновника при главной квартире армии и хоть и на французском языке, с французскими шуточками и оборотами речи, но с исключительно русским бесстрашием перед самоосуждением и самоосмеянием описывал всю кампанию. Билибин писал, что его дипломатическая discretion [скромность] мучила его, и что он был счастлив, имея в князе Андрее верного корреспондента, которому он мог изливать всю желчь, накопившуюся в нем при виде того, что творится в армии. Письмо это было старое, еще до Прейсиш Эйлауского сражения.
«Depuis nos grands succes d"Austerlitz vous savez, mon cher Prince, писал Билибин, que je ne quitte plus les quartiers generaux. Decidement j"ai pris le gout de la guerre, et bien m"en a pris. Ce que j"ai vu ces trois mois, est incroyable.
«Je commence ab ovo. L"ennemi du genre humain , comme vous savez, s"attaque aux Prussiens. Les Prussiens sont nos fideles allies, qui ne nous ont trompes que trois fois depuis trois ans. Nous prenons fait et cause pour eux. Mais il se trouve que l"ennemi du genre humain ne fait nulle attention a nos beaux discours, et avec sa maniere impolie et sauvage se jette sur les Prussiens sans leur donner le temps de finir la parade commencee, en deux tours de main les rosse a plate couture et va s"installer au palais de Potsdam.

Считается, что любая разумная цивилизация вроде нас с вами, развиваясь, потребляет всё больше и больше энергии. Появляется больше машин и самолётов, больше домов, больше фабрик и заводов. Для поддержания всего этого в рабочем состоянии нужна энергия. Человечеству всё равно, какую энергию использовать: хоть получаемую из ядерных реакций, хоть вырабатываемую солнечными батареями или ветряками. Главное, чтобы количество энергии росло с прогрессом развитием цивилизации. Развиваясь, любая цивилизация в конце концов исчерпает энергетические ресурсы своей планеты. Тогда ей придётся отправиться на поиски энергии в космос. Впрочем, долго искать не придётся, ведь рядом с нашей планетой есть прекрасный источник энергии – Солнце. Вопрос только в том, как эффективнее собрать излучаемую Солнцем энергию. Один из способов – построить вокруг нашей звезды сферу Дайсона.

Сфера Дайсона в представлении Адама Бёрна (Великобритания)

Конечно, чтобы заставить Солнце работать на нас, можно просто установить на Земле солнечные батареи. Однако это было бы слишком тривиальным решением для таких выдумщиков, как земляне, поэтому появляются идеи о том, как можно использовать солнечную энергию на более продвинутом уровне. Все эти идеи объединяет одна характерная общая черта: современному человеку с техническим образованием они кажутся абсолютно невыполнимыми. Но подумайте, ведь современники Пушкина тоже вряд ли могли поверить в то, что на российских космических кораблях туристы будут отправляться в неведомое звездное пространство? Так что давайте смело дадим волю фантазии, тем более что в нашем случае она подкрепляется строгими расчётами.

Астроинженерные сооружения – это конструкции, своими размерами не уступающие звёздам и планетам. Сфера Дайсона - это астроинженерное сооружение. Идея проста: в космосе вокруг нашего Солнца строится сфера, которая поглощает солнечное излучение и преобразует его в какую-нибудь энергию, например, электрическую. Особо смелые фантазёры учёные даже предлагают заселить внутреннюю поверхность сферы. Если это сделать, то на каждые десять человек придётся ни более ни менее, как площадь поверхности Земли. Согласитесь, это впечатляет. Теоретически, для создания сферы нужного размера потребуется масса вещества, равная весу Юпитера.

Цивилизация, которая будет населять сферу Дайсона, не будет зависеть от какого-либо иного топлива, кроме излучения центральной звезды. Срок жизни звёзд типа Солнца составляет миллиарды лет. Нашему Солнцу предсказывается беззаботное существование ещё в течение как минимум четырёх миллиардов лет. Так что, если наши пра-пра-пра- (много раз пра)внуки действительно смогут создать нечто подобное, то проблема потребления энергии будет решена на ближайшие 4 миллиарда лет. Для сравнения, возраст человеческой цивилизации, если считать от появления пирамид Древнего Египта,– всего лишь пять тысяч лет.

А теперь давайте пройдёмся по сложностям, которые предстоит преодолеть на пути создания такой конструкции.

Во-первых, сфера Дайсона – это вовсе не сфера. На сферу Дайсона, как и на любое другое тело в нашем мире, будет действовать гравитационная сила. Попросту говоря, сфера будет притягиваться к центральной звезде. Чтобы избежать падения сферы на звезду, автор идеи предлагал закрутить сферу вокруг своей оси. Тогда центробежная сила будет уравновешивать силу притяжения звезд. Думаете, всё просто? Не тут-то было! Ведь скорость вращения будет разной на разных участках сферы. На экваторе она будет максимальной, а на полюсах будет равной нулю. Получится, что полюса сферы будут как бы проваливаться к звезде. Избежать этого просто: достаточно сделать сферу без полюсов. Были предложены и менее амбициозные проекты - например, кольцо Нивена.

Ещё одной сложностью станут астероиды и кометы. В настоящий момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов: в базах данных насчитывается более 94 миллионов объектов (по состоянию на дату написания статьи). Конечно, не все орбиты будут пересекать поверхность сферы Дайсона. Однако и сотой доли процента от этого количества достаточно, чтобы превратить свежесделанную, блистающую новой краской сферу Дайсона в крупноячеистое астроинженерное решето. Остаётся надеяться лишь на то, что уж если наши потомки возьмутся за создание такой конструкции, то и с астероидами как-нибудь разберутся.

А может, она уже есть?

Для землян создание сферы Дайсона пока что научная фантастика. Но вдруг какая-нибудь более высокоразвитая цивилизация уже создала нечто подобное? Если так, то конструкция высокоразвитой цивилизации должна будет активно излучать тепло (инфракрасный диапазон). Такое излучение можно будет уловить, и, кроме того, оно будет разительно отличаться от излучения космической пыли и туманностей. Всё это делает возможным обнаружение таких конструкций с Земли, однако пока человечество ничего не нашло. Что ж, будем искать!

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ

Сфера Дайсона - это гипотетическая мегаструктура, первоначально описанная Фрименом Дайсоном . Подобная сфера являет собой систему орбитальных спутников, которые полностью окружают звезду и захватывают большую часть энергии её излучения. Дайсон предположил, что подобная структура будет логическим продолжением долгосрочного выживания и роста энергетических потребностей технократической цивилизации. Также он считает, что поиски следов существования таких структур могут привести к обнаружению развитых внеземных цивилизаций.
После этого были выдвинуты и другие варианты, предполагающие строение искусственных структур или последовательности структур, которые окружают звезду. Эти последующие предположения не ограничивались лишь станциями использования солнечной энергии. Многие из них охватывали идею о проживании на таких сферах или использовании их в качестве промышленных мощностей. В некоторых произведениях художественной литературы такая сфера описывается как сплошная скорлупа, в которой замкнута звезда, но такой вариант является наименее правдоподобным.

Прои схождение понятия

Концепция сферы Дайсона является результатом мысленного эксперимента физика и математика Фримена Дайсона, где он отметил, что каждая человеческая технологическая цивилизация постоянно испытывает рост потребностей в энергии. Он рассуждал, что если человеческой цивилизации суждено существовать ещё достаточно долго, то рано или поздно придет время, когда она почувствует потребность в таком объеме энергии, который выделяется Солнцем. Он выдвинул идею о системе орбитальных элементов (на которую он изначально ссылался, как на сферическую поверхность), разработанную для перехвата и сбора всей энергии, вырабатываемой светилом. Предложение Дайсона не содержало в себе того, как именно подобная система может быть построенная, а лишь фокусировалась на вопросах сбора энергии.

Осуществимость

Хоть и считается, что некоторые широко описанные варианты конструкции (в частности те, которые базируются на идеи оболочки) являются тяжело осуществимыми на практике, некоторые другие варианты сферы - те, которые базируются на идеи орбитальных спутников или солнечных парусах - не требуют для их создания каких-либо крупных теоретических прорывов в наших основных научных знаниях. Размещение космических кораблей и спутников, использующих фотоэлементы, может быть всего лишь маленьким шагом на пути строительства сферы Дайсона. Однако, создание и размещение космических кораблей и спутников в необходимом количестве для создания объединённой системы сбора энергии, соизмеримой с размерами солнечной системы, находится за пределами наших сегодняшних индустриальных потребностей и возможностей. Также возможно, что существует множество непредвиденных сложностей, связанных с масштабами строительства в таком крупном проекте, и что наше нынешнее понимание промышленной автоматизации не достаточное для постройки самоподдерживающих систем, способных обслуживать сферу.

Варианты

В большинстве идей сфера Дайсона представлена в виде искусственного, полого шара материи, внутри которого находится светило. Это понимание является неправильным толкованием оригинальной концепции Дайсона. Сам Дайсон отвечал: «Сплошная оболочка или кольцо, окружающие звезду, механически невозможны. Форма «биосферы», которую я себе представляю, состоит из несвязанного сбора или роя объектов, путешествующих на независимых орбитах вокруг светила».

Рой Дайсона

Самый близкий вариант оригинальной концепции Дайсона - это «Рой Дайсона» (Dyson swarm). Он состоит из большого количества независимых конструкций (спутников солнечной энергии или точек обитания), который вращаются вокруг звезды, образуя плотную формацию. Такой подход строительства сферы Дайсона имеет несколько преимуществ:
компоненты, которые её образуют, могут широко варьироваться в размерах и дизайне, и такая сфера может строиться постепенно на протяжении длительного периода времени;
в целях передачи этой энергии между элементами могут использоваться различные формы беспроводной передачи энергии.
Подобный рой также имеет свои недостатки. Природа орбитальной механики может сделать процесс проектирования орбит элементов чрезвычайно сложным. Простейший вариант такого проектирования - это кольцо Дайсона (Dyson ring), в котором все эти элементы используют одну и ту же орбиту (рис. 1). Более сложные модели с большим количеством колец будут перехватывать больше звездной энергии, но при этом будут периодически затмевать другие элементы, когда их орбиты будут перекрываться (рис. 2). Другая возможная проблема заключается в увеличении убытка орбитальной стабильности, так как добавление новых элементов увеличивает вероятность орбитальных возмущений (искажений) существующих элементов.
Как сказано выше, подобное облако сборщиков энергии может изменить свет, излучаемый светилом, но, как это видно в варианте «роя Дайсона», маловероятно, что такое изменение будет полным, поэтому какая-то часть естественного света звезды будет присутствовать в спектре.

Рис. 1. Кольцо Дайсона

нажмите для просмотра в оригинальном размере (1024х768)

Рис. 2. Модель из множества колец Дайсона

Оболочка Дайсона

Наиболее распространенный вариант сферы Дайсона - это "оболочка Дайсона" (Dyson shell) - однородная сплошная оболочка материи, окружающая звезду (рис. 3). В отличие от роя Дайсона, такая структура может полностью изменить излучение центральной звезды и перехватывать 100% энергии выхода. Такая структура будет также обеспечивать огромную площадь для различных поселений.
Для нашей Солнечной системы сферическая оболочка Дайсона радиусом в 1 а.е. (1 а.е. = 1 астрономическая единица = среднее расстояние от Земли до Солнца), то есть таким радиусом, при котором её внутренняя поверхность будет получать такое же количество солнечного света из расчета на телесный угол , как и Земля, будет иметь площадь не менее 272 квадриллионов км 2 (приблизительно 550 миллионов площадей поверхности Земли). Она будет перехватывать всю энергию выхода Солнца - 400 септиллионов ватт. Другие варианты конструкции будут перехватывать значительно меньше, но вариант оболочки представляет собой максимально возможный перехват энергии в нашей Солнечной системе на данном этапе эволюции Солнца. Это примерно в 33 триллиона раз больше, чем потребление энергии человечеством в 1998 году (12 ТВт).

Рис. 3. Оболочка Дайсона радиусом 1 а.е. и толщиной 3м. Оранжевые стрелочки указывают направление инфракрасного излучения

Существует несколько серьезных теоретических трудностей, связанных со сплошной оболочкой Дайсона:

Рис. 4. Силы тяжести, действующие на предмет, взаимно компенсируются

Рис. 5. Мир-Кольцо: всё живое расположено на внутренней стороне вращающейся сферы

Также биосфера может размещаться на внешней стороне сферы Дайсона (в этом варианте нет вращающихся сфер или колец), где она будет держаться с помощью гравитации звезды. В таких случаях, цивилизация должна разработать новые формы освещения, или же сфера должна быть частично прозрачной, так как в противном случае свет звезды будет полностью скрыт.

Если предполагать, что радиус сферы равен 1 а.е., то предел прочности для сжатия вещества, образующего сферу, должен быть огромным. Можно представить, что любая произвольно выбранная точка на поверхности сферы находится под давлением купола высотой в 1 а.е., основание которого проходит через эту точку так, что купол есть ни что иное как половина сферы Дайсона. На этот купол действует сила гравитации звезды. Таким образом, каждая точка сферы находится под давлением бесконечного числа произвольно выбранных куполов, которые вдобавок противодействуют друг другу - сжимают точку во взаимно противоположных направлениях. Результирующая сила огромна, хоть и является конечной (рис. 6). Ни один из известных или теоретических материалов не является достаточно крепким, чтобы противостоять такому давлению и образовывать жесткую статическую сферу вокруг звезды.

Рис. 6. На точку (зеленая точка) давит верхний купол (синяя линия) и нижний купол (красная линия). Таких противоположных куполов множество; результирующее давление на точку огромное.

Однако писатель Пол Берч предложил идею, согласно которой оболочка Дайсона может поддерживаться динамическими средствами, аналогичными тем, которые используются в космическом лифте . Массы, перемещающиеся круговыми дорожками по внутренней стороне сферы при значительно больших скоростях, нежели орбитальная скорость для сферы, будут оказывать давление в сторону, противоположную направлению гравитационного притяжения звезды, за счет центробежных сил (рис. 7). Для оболочки Дайсона радиусом 1 а.е. со звездой той же массы, как и масса Солнца, масса, перемещающаяся со скоростью в 10 раз быстрее, чем орбитальная скорость (297,9 км/с), будет поддерживать массу в 99 раз больше своей (а = v 2 /r). Однако, расположение этих треков имеет такие же трудности, как и расположение орбит в рое Дайсона, и неясно, сколько энергии будет потребляться для обеспечения необходимой скорости перемещений масс.

Рис. 7. За счет центробежного ускорения, вызываемого огромной скоростью (v) , F 1 > F 2 , поэтому сжатие вещества может быть уменьшено

В солнечной системе для сферы радиусом 1 а.е. может банально не хватить строительного вещества. Первоначальная оценка Дайсона предполагала, что в Солнечной системе существует достаточное количество вещества для строительства сферы радиусом 1 а.е. и толщиной 3м, но она включала водород и гелий, которые вряд ли могут использоваться в качестве строительного материала (однако с помощью ядерного синтеза из водорода и гелия можно получить и более крепкие материалы). 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/м 2 при толщине приблизительно 8-20 см в зависимости от плотности. Этот материал включает в себя ядра газовых гигантов, которые, однако, могут быть труднодоступными; внутренние планеты отдельно могут предоставить лишь 11,79х10 24 кг вещества, что достаточно для строительства оболочки Дайсона радиусом 1 а.е. с массой всего 42 кг/м 2 .

Рис. 8. Гелиосфера защищает нашу Солнечную систему от межзвездного ветра

Пузырь Дайсона

Третий тип сферы Дайсона - это "пузырь Дайсона" (Dyson bubble). Он похож на рой Дайсона, состоящий из множества независимых конструкций, которые могут быть построены на поэтапной основе.

Но, в отличие от роя Дайсона, конструкции, которые составляют пузырь, не выводятся на орбиту вокруг звезды, а являются своего рода солнечными парусами (рис. 9) - за счет давления солнечного ветра они могут зависать в космосе и противодействовать силе притяжения этого солнца. Эти конструкции ученый Роберт Л. Форвард называл statite (от слов static и satellite ) - по аналогии будем их называть стапутниками (от статичный и спутник). Эти стапутники не будут угрожать опасностью столкновения друг с другом или затмения друг друга - они будут полностью стационарными по отношению к звезде и при этом независимыми друг от друга. Поскольку отношение давления излучения и силы тяжести звезды является постоянным, независимо от расстояния (при условии, что эти стапутники имеют беспрепятственную линию прямой видимости (визирования) с поверхностью звезды), такие стапутники могут также изменять своё расстояние до звезды.

Рис. 9. Солнечный парус

Практичность этого подхода вызывает сомнения с точки зрения современной материальной науки. Стапутники, размещенные вокруг нашего Солнца, должны иметь поверхностную плотность около 0,78 граммов на 1 квадратный метр паруса. Для иллюстрации столь низкой массы необходимых материалов, представьте себе, что общая масса пузыря таких материалов радиусом 1 а.е. будет около 2,17х10 20 кг, а это примерно такая же масса, как и у астероида 2 Паллада (радиус 532 км).

Производство такого материала в настоящее время находится за пределами наших возможностей; самый легкий карбоновый солнечный парус в настоящее время имеет плотность без нагрузки 3г/м 2 , что в 4 раза тяжелее необходимого для стапутника.

Тем не менее, были выдвинуты предположения о создании сверхлегких сеток из углеродных нанотрубок с помощью молекулярных технологий - плотность таких сеток будет ниже 0,1 г/м 2 .

Если производство таких материалов в промышленном масштабе возможно, и такие материалы могут использоваться в парусах, средняя поверхностная плотность паруса с оснасткой может быть сведена до 0,3 г/м 2 . Если парус может быть построен с такой поверхностной плотностью, то космическое поселение размером с (площадью 500 км 2 с пространством для более 1 млн. жителей и массой около 3х10 9 кг - рис. 10) может снабжаться энергией от кругообразного солнечного паруса диаметром 3000км, что в сумме "парус + космическое поселение" даст массу 5,4х10 9 кг.

(нажмите для просмотра в увеличенном масштабе - 1884Ч1479)

Рис. 10. Цилиндр О’Нилла

Примечание: цилиндр О’Нилла может быть размещен в точках Лагранжа. Два разные по массе массивные космические тела (например, Солнце и Земля) вращаются вокруг своего общего центра масс. Если тело с небольшой массой в сравнений с массами Солнца и Земли будет двигаться вокруг этого центра масс с той же скоростью, с которой Солнце и Земля вращаются друг относительно друга, в точках L1-L5 (рис. 11) за счет гравитации Солнца и Земли и центробежной силы тело будет находиться в невесомости.

Рис. 11. Точки Лагранжа.

Диаметр 3000 км - это чуть меньше диаметра спутника Юпитера Европы (хоть и парус - это плоский диск, а не сфера) или расстояния между Москвой и Барселоной. Но при этом масса такого паруса будет намного меньше массы многих астероидов. Хоть и строительство таких массивных жилых стапутников будет гигантским шагом, а необходимые материалы для их строительства ещё не получены, технические трудности такого варианта являются незначительными по сравнению с другими чудесами инженерной мысли, предлагаемыми в качестве сферы Дайсона.

Поиск внеземного разума

В оригинальной статье Дайсон предположил, что достаточно развитые внеземные цивилизации, скорее всего, будут следовать той же тенденции, как и люди - рост потребления энергии; в конечном итоге они построят свою собственную сферу для сбора энергии. Постройка такой системы сделает эту цивилизацию цивилизацией типа II по шкале Кардашева .

Учитывая количество энергии в расчете на 1 м 2 на расстоянии 1 а.е. от Солнца, можно подсчитать, что большинство известных веществ будет переизлучать энергию в инфракрасной части электромагнитного спектра. Таким образом, сфера Дайсона, построенная разумной формой жизни (не отличающейся сильно от человеческой и живущей в непосредственной близости от похожей на Солнце звезды) и сделанная из материалов аналогичных тем, которые доступны для людей, скорее всего, станет главной причиной увеличения количества инфракрасного излучения в излучаемом звездой спектре (рис. 12). Отсюда Дайсон и выбрал название для своей статьи: "Поиск Искусственных Звездных Источников Инфракрасного Излучения" (Freeman John Dyson, Science, Vol. 131, June 3, 1960, pp. 1667-1668).

Рис. 12. Небо в инфракрасном диапазоне

Рис. 13. Инфракрасная орбитальная обсерватория

Перевёл и дополнил статью: Уткин А.В.

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