Mi az a Dyson-gömb? Lehetséges tervezési variációk

Ma már mindenkinek szó szerint a füle akad, aki így vagy úgy kapcsolatban áll az űrrel, a KIC 8462852 csillag felfedezése miatt, amelynek fényében bekövetkezett változást egyik létező elmélet sem magyarázza. A sci-fi és a futurológia rajongói abban reménykednek, hogy ez egy technológiai fejlődésben előttünk lévő civilizáció, nevezetesen a Dyson-szféra tevékenységének a következménye. De mi az?

20 10 2015
15:14

A 20. század harmadik negyedéhez közelebbről Freeman Dyson amerikai elméleti fizikus megalkotta a gömb fogalmát, amely maximálisan kihasználja a csillagok energiáját. A sugárforrás körül kell elhelyezkednie, és főleg infravörös sugárzást kell továbbítania kifelé.

Ez a fogalom a viszonylag közeli jövőt írja le emberi civilizáció. Előbb-utóbb kimerítjük bolygónk erőforrásait. Gáz, olaj és más ásványi anyagok vannak veszélyes ingatlan vége, és a gyártás napelemek igényel több forrást mit hoz. Természetesen megmaradnak a szél- és vízerőművek, de teljesítményük nem lesz elegendő a modern élettempó fenntartásához. A nukleáris bomlási energia túlságosan ellenőrizhetetlen és veszélyes, amint azt Csernobil és Fukusima megmutatta, ezért más megoldásokat kell keresnünk a probléma megoldására.

Második sürgető probléma a Föld növekvő népsűrűsége. Az országok kormányainak minden intézkedése ellenére az emberek száma évről évre folyamatosan növekszik. Egy ponton már nem lesz elég hely az életnek, és akkor - vagy repüljön más bolygókra (amelyek nélkül előzetes felkészülés lehetetlen), vagy ólom véres háborúk, amely a lakosság egy részét kiirtja, és csak egy része marad életben.

Mindkét probléma megoldása a Dyson-szféra. Egyszerre biztosít teret az életnek és energiát annak fenntartásához a csillag kialvásáig.

Nál nél ezt a szintet A technológia fejlődésével egy ilyen gömb létrehozása egyszerűen azért lehetetlen, mert felépítéséhez olyan anyagra van szükség, amelynek össztömege megközelíti a Jupiter tömegét. Ez azonban nem jelenti azt, hogy ezt a sémát más, fejlettebb civilizáció ne tudná a gyakorlatban megvalósítani. A tudósok úgy vélik, hogy ha van az űrben egy Dyson-gömbhöz hasonló kialakítású tárgy, akkor ez az élet felfedezését, vagy legalábbis annak nyomait jelenti. Érzékelhető a csillag fényében bekövetkezett specifikus változásokkal, amelyeket semmilyen természetes eredetű objektum nem okozhat.

Mint már említettük, elképzelhetetlenül sok anyagra lenne szükség a gömb megépítéséhez. De lehet kezdeni kicsiben is. Például egy gyűrűből. Mind a tudósok, mind a sci-fi írók arról beszélnek, hogy egy vagy több toroid alakú objektumot építhetnek egy csillag köré az Egyenlítői régióban. Ennek az elvnek megfelelően jött létre az úgynevezett Niven Ring - „Ring World”, amelyre maga Dyson is felhívta a figyelmet, aki ezt követően megvitatta létrehozását az íróval. Kidolgozásra került a pólusokon nyitott felület koncepciója is, amely egyfajta forgócsúcsot alkot, merev kerettel az egyenlítői régióban. Feltételezzük a fraktálfelület megalkotásának lehetőségét is.

Ami a KIC 8462852-t illeti, a tudósok óvatos feltételezéseket tesznek, hogy a fényében bekövetkező változás a csillag energiáját elnyelő óriás struktúrák, például napelemek jelenlétének köszönhető. Ráadásul nem kapcsolódnak össze egy teljes értékű Dyson-gömbbe (egyébként az észlelt fény nem változna olyan jelentősen), hanem annak különálló töredékeit képviselik.

Egy ilyen objektum létezésének felsorolt ​​formái egyformán irreálisak számunkra a következő néhány száz évben. Ha pedig valós időben léteznek, akkor felmerül a kérdés: mennyivel járnak előttünk ennek az alkotásnak a potenciális szerzői? És felveszik a kapcsolatot?

Dmitrij Potapkin, különösen az Obzor.press számára.

A Dyson-gömb Freeman Dyson hipotetikus asztromérnöki projektje, amely egy viszonylag vékony, gömb alakú héj. nagy sugarú(a bolygópályák sugara szerint) csillaggal a közepén.

Feltételezik, hogy egy technológiailag fejlett civilizáció használhat egy ilyen szerkezetet a központi csillag energiájának maximalizálására és/vagy az élettér problémájának megoldására.

Elméleti számítások szerint a Nap körüli Dyson-gömb felépítéséhez a Jupiter tömegével megegyező tömegű anyagra van szükség.

A Dyson-szférák keresése ígéretes irány SETI programok. Hasonló léptékű szerkezet a meglévő csillagászati ​​eszközökkel is kimutatható infravörös sugárzásával atipikus spektrális eloszlással (tehát a Dyson-gömb mindenirányú erős emitter). Erre a célra a SIRTF teleszkópot tervezik használni.

A Dyson-gömböt körbe kell állítani központi tengely hogy a centrifugális erő egyensúlyba hozza a központi test gravitációs erejét. Mivel azonban a centrifugális erő az egyenlítőn éri el a maximumát, és a forgó test pólusainál egyenlő 0-val, a Dyson-gömb pólusain semmi sem egyensúlyozza ki a központi test gravitációs erejét. Ennek eredményeként a gömb elkerülhetetlenül megsemmisül.

Stanislav Lem a „Technológia összege” című művében megmutatta, hogy logikai és szociológiai szempontból értelmetlen egy olyan gömb felépítése, amely megoldja kvadrilliók intelligens lények életterének problémáit, hiszen a „korlátlan szabadság oltárán” reprodukció” (amelynek valamilyen oknál fogva sérthetetlennek kell maradnia, ahelyett, hogy korlátozná) sok más szabadságot is ki kell kényszeríteni (például mozgásszabadság, szakmaválasztás stb.), ami végső soron a kulturális értékek összeomlásához vezetne. és a haladás gondolatának elferdítése lenne, amely inkább növekedésüket, mint csökkenésüket foglalja magában. Lem a több kvadrilliós lakosságú monokultúra lehetőségével kapcsolatban is szkeptikus. A szerző a Dyson-szférát a technológiai fejlődés orto-evolúciós extrapolációjának egyik legszembetűnőbb példájának tartotta (vagyis azokhoz a hipotézisekhez kapcsolódóan, amelyek szerint a jövő csak egy kiterjesztett jelen).

2015 szeptemberében több csillagász közzétette a KIC 8462852 csillag fényességében bekövetkezett változások tanulmányozásának eredményeit, amelyek felkeltették a világ média figyelmét. Az ilyen változások regisztrálását a Kepler űrobszervatórium végezte az exobolygó-kutató program részeként. Általában egy bolygó csillag előtti áthaladása miatt a fénye kissé elhalványul egy kis idő, amely rendszeres időközönként ismétlődik. A KIC 8462852 csillag azonban kivételnek bizonyult: fényereje akár 22 százalékkal is csökkent, és az ilyen csökkenések különböző időtartamok alatt (5-80 nap) voltak megfigyelhetők, ami a megjelenéshez vezetett. nagy mennyiség hipotéziseket. A csillagok fénygörbéinek különös természetére a Planet Hunters önkéntesei figyeltek fel, amely egy tömeges forrásból származó projekt, amelynek célja exobolygók után kutatni a Kepler-adatokban, és közülük néhányan társszerzők voltak az így elkészült tanulmányban. Kezdetben azt feltételezték, hogy az anomáliákat a távcsővel kapcsolatos problémák vagy az információátvitel torzulásai magyarázzák, de a kutatás során ezt a verziót cáfolták. A spektrális elemzés és a csillag típusa szintén kizárja a fényesség változását az áthaladás miatt. belső folyamatok. A legvalószínűbb hipotézisnek az tűnik, hogy egy kis raj égitestek, ütközések, amelyek során porfelhők keletkezhetnek, amelyek blokkolják a csillag fényét, ami jellemző a fiatal csillagokra, amikor bolygórendszerük a kialakulásának szakaszában van. A KIC 8462852 azonban nem egy fiatal csillag, így a raj üstökösökből és aszteroidákból állhat, amelyek közül sok egy másik csillag (de nem a potenciális kísérő számára látható) áthaladása miatti gravitációs zavar után kerülhet szoros pályára. . Ez azonban szintén valószínűtlen, mivel erre nincs közvetlen bizonyíték, és a csillag áthaladásának csak néhány ezer éve kellett volna megtörténnie (kozmikus mércével mérve jelentéktelen időszak). Ennek érdekében Tabetha Boyajian, a tanulmány vezető szerzője egy másik forgatókönyvet fontolgat. A KIC 8462852 villogása egy Dyson-gömb felépítésére tett kísérletet jelezhet, amely rendkívül fejlett óriási tárgyak (például fénygyűjtők) gyűjteménye. földönkívüli civilizáció csillaga energiájának felhalmozására épült, ami azonnal felizgatta a közvéleményt.

A civilizációk három szintjét határozták meg a felhasználható energia nagyságrendje alapján.

Elmélete szerint 1-es típusú civilizáció fel tudja használni az összes energiát, amely a bolygót szülőcsillagától éri (10¹6 watt). Úgy tartják, hogy 2-es típusú civilizáció képes felhasználni a csillag által kibocsátott összes energiát (10²⁶ Watt). Kardasev még ezt is javasolta 3-as típusú civilizáció képes lesz hozzáférni az egész galaxis fényessége által biztosított energiához (10³⁶ Watt).

1964-ben Nikolai Kardasev a civilizáció három szintjét határozta meg az általuk felhasználható energia nagyságrendje alapján.

Elméletileg feltételezhető, hogy az, hogy egy társadalom milyen mértékben kolonizálta az univerzum egy régióját, egy másik ésszerű mérőszám a civilizáció és az energiafogyasztás értékeléséhez. Ez ugyanazt a skálát eredményezi, amelyet Kardasev javasolt, de további nagyságrendeket tartalmaz:

• Típus 0(Nemzeti)
• 1. típus(Globális)
• 2. típus(Csillag)
• 3. típus(Galaktikus)
• 4. típus(Ökumenikus)
• 5. típus(Hely)

E teljesebb modell alapján a civilizáció Típus 0 felhasználhatja az országok energiáját 1. típus  - bolygók energiája, civilizáció 2. típus irányítani tudja a csillagokat 3. típus  - galaxisok, 4. típus hozzáfér majd az egyes univerzumok energiájához, és 5. típus hipotetikusan akár az egész energiáját is felhasználhatja multiverzum. Természetesen ez erősen spekulatív, és valószínűleg nem is lehetséges. Ennek ellenére legalábbis egyelőre még mindig a 0-s típusú civilizációban élünk, bár haladunk az 1-es típus felé, amelyet valószínűleg a századfordulóra érünk el.

Az emberiség eléggé fejlett lett a Nemzetközi Űrállomás működtetéséhez, és hamarosan az emberek is a Marson járnak. De még hosszú út áll előttünk. Világszerte híres fizikus Michio Kaku (Michio Kaku) jelezte, hogy az emberiség egy-két évszázadon belül elérheti ezt a státuszt.

Valószínűleg 3000-re elérjük a 2-es típust, és képesek leszünk a Nap teljes erejét kihasználni, míg a 3-as típusú civilizáció elérése több millió évig tart.

Mielőtt azonban csillagtársadalommá válhatnánk (2. típus), globálisnak kell lennünk (1. típus). Ehhez nemcsak az kell, hogy az emberiség bolygóközi legyen, hanem, ami még fontosabb, képes legyen minden rendelkezésre álló forrást vagy megújuló energiát hasznosítani világunk minden szegletében. Ahogy a 0-s típusú civilizációból az 1-es típusú civilizációba lépünk, elkerülhetetlenül fel kell hagynunk a fosszilis tüzelőanyagokkal, és nap-, szél-, geotermikus, árapály- és sok más forrásból származó energiát kell használnunk. Ennek részeként Nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor (ITER) egy megaprojekt nukleáris reaktor, aminek a következő évtizedekben kell elkészülnie. Az energiateljesítmény tízszeres növelése ebből az eszközből önmagában az 1-es típusú civilizáció státuszának eléréséhez vezet bennünket.

Néhány évszázaddal azután, hogy globális társadalommá váltunk (1. típus), fejlődésünk során elkerülhetetlenül csillagtársadalommá válunk (2. típus). Az 1960-as években amerikai elméleti fizikus Freeman Dyson (Freeman John Dyson felvetette egy feltételezett, megtervezett megastruktúra ötletét, amely teljesen beborítaná a csillagot, és szinte minden energiáját megkapná. Ezt a megastruktúrát ún "Dyson gömb". A tudós maga szerint a gömbötletet egy brit filozófus és író sci-fi regényéből merítette. Olaf Stapledon (William Olaf Stapledon"Csillagkészítő" 1937-ben jelent meg. Maga Stapledon viszont bevallotta, hogy a regényéhez sok ötletet az angol fizikus és futurológus esszéiből merített. John Bernal "A világ, a hús és az ördög" (A világ, a vaku és az ördög), 1929-ben jelent meg .

Dyson szerint egy ilyen megastruktúra elkerülhetetlen következménye lesz az emberiség növekvő villamosenergia-igényének. Így a Dyson-szféra létrehozása a Kardasev-skálán a fejlődés új szintjének felel meg, vagyis a civilizáció átmenetének az 1-es típusból a 2-es típusba.

Ez nagyon nagyszabású projekt, sőt hiperskála. Ennek megvalósításához utódainknak sok napkollektort kell elhelyezniük csillagunk körül, amelyek mindegyike a saját független és stabil pályáján fog elhelyezkedni.

Így a Nap fokozatosan körülveszi nagy mennyiségóriás szerkezetek, amelyek elnyelik szinte az összes csillagunk által kibocsátott energiát.

Ennek eléréséhez egész bolygókat és aszteroidákat kell leszerelni, hogy szükséges mennyiség anyag, amelyre szükség lesz e kolosszális feladat elvégzéséhez. Elméleti számítások szerint egy Dyson-gömb Nap körüli felépítéséhez tömegnagyságrendi tömegű anyagot kell összegyűjteni. Jupiter .

Például termonukleáris robbanásokkal elpusztítható lesz a Merkúr és hatalmas tömege. vasmag hihetetlenül nagy mennyiségű hematit előállítására használják. Ebből a nagy fényvisszaverő anyagból óriási polírozott tükrök készíthetők, amelyek napkollektorként szolgálnának a Dyson-gömbben.

Addigra űrprojektek az óriási szerelvények mindennaposak lesznek. A robotanyag-kitermelő csapatok gyűjtenek szükséges erőforrásokat az egész Naprendszerben, és az alacsony gravitáció beépíti a szerelvényt világűr nagyon hatékony. Idővel a napkollektorok egyre gyorsabban épülnek a keringő objektumokra. A kollektorok fényvisszaverő felületei nagyon vékonyak lesznek, mint az alufólia, ugyanakkor nagyon nagyok, több kilométer átmérőjűek. Minden kollektor visszaveri a Nap fényét egy kicsire naperőmű, amely aztán lézer segítségével oda irányítja az energiát, ahol szükséges.

A csillagsugárzás ilyen felhasználása lehetővé teszi, hogy egyetlen bolygó, például a Föld jelenlegi energiakibocsátását billiódszorosan meghaladjuk.

Természetesen egy Dyson gömb létrehozása megaprojekt lesz, és évtizedekbe fog telni, amíg egy prototípust is elkészítenek, és közel kerülhetnek a fejlesztéshez. De minden egyes új gyűjtőtükör a pályán növeli az űrépítés hatékonyságát, mivel az összeszerelő robotok képesek lesznek felhasználni a kapott energiát a jó helyen körkörös pálya.

Talán egy ilyen exponenciális folyamat lehetővé tenné egy Dyson-gömbszerű megastruktúra gyors kialakulását kevesebb mint egy évszázaddal az első tükör létrehozása után. Az idő megmutatja…

Dyson gömb módosítások

A Dyson-gömbhöz hasonló mega-struktúra létrehozásának első szakaszában logikus, hogy csak az egyik elemére korlátozzuk magunkat - a napközeli pályán elhelyezkedő kollektorgyűrűre. Ezt a gyűrűt egy amerikai sci-fi író írta le Larry Niven (Laurence van Cott Niven) tudományos-fantasztikus regények sorozatában "Ring World" (Ringworld).

Niven gyűrűje.

Több gyűrű kialakítása is lehetséges. Talán egy teljes értékű Dyson-szféra létrehozásának folyamata pontosan ezekből a szakaszokból fog állni.

Dyson gömbök az Univerzumban

Ahogy fentebb megjegyeztük, a fejlődés folyamatában minden földönkívüli civilizációnak meg kell közelítenie legalább a második típust a Kardasev-skálán. Ezért várható, hogy Galaxisunk egyes csillagai körül már léteznek Dyson-gömbök.

A Dyson-szférák kutatása a földönkívüli civilizációk kutatási programjának egyik ígéretes területe SETI .

Elméletileg egy megastruktúra kozmikus léptékű lehet felfedezni meglévő eszközöket megfigyelések infravörös sugárzást használva atipikus spektrum eloszlású. Különösen ezekre a célokra tervezték a Kepler Space Infrared Telescope (SIRTF) használatát, amelyet exobolygók keresésére használnak.

Általában egy exobolygó csillag előtti elhaladásakor a fénye rövid időre kissé elhalványul, és ez a bolygó csillag körüli keringési periódusához kapcsolódóan rendszeres időközönként megismétlődik.

A Tabby-csillag sugárzásának tanulmányozásakor azonban észrevették, hogy fényessége akár 22%-kal is csökkent különböző időszakok alatt (5-80 nap). Felmerült az a hipotézis, hogy ennek a csillagnak a nem periodikus villogása összefüggésbe hozható olyan struktúrák felépítésével, mint a Dyson-gömb, amelyet egy magasan fejlett földönkívüli civilizáció arra használ, hogy energiát nyerjen csillagától.

A tudósok később megcáfolták ezt a feltételezést, mivel Tabby csillaga jobban elhalványult az ultraibolya fénytartományban, mint az infravörösben. Dyson gömb esetén ez lehetetlen lenne, mivel az minden fényt egyenletesen blokkolna. A csillag e rendellenes villogásának valószínűleg egy felhő volt az oka kozmikus por, ami körülötte forog. De ki tudja, ki tudja...

De mint a történelemben mindig, ha alaposan utánanézünk, találhatunk elődöket, akik valami hasonlót mutattak be, lefektetve azokat az alapokat, amelyekre kortárs Dysonunk ilyen merész ötletet tudott felmutatni.

Freeman Dyson maga is bevallotta, hogy a „The Star Maker” című sci-fi regény ötlete, Olaf Stapledon ihlette, amelynek szerzője Olaf Stapledon leírta. hasonló szerkezet(gyűrűk a csillagok körül bolygók nélkül és új mesterséges bolygók) még 1937-ben.

De Olaf Stapledon kölcsönözhette volna az ötletet egy másik szerzőtől: John Desmond Bernaltól (J. D. Bernal, „The World, the Flesh, és aÖrdög") a "World, Flesh and the Devil" című cikkben olyan gömb alakú űrkolóniákat írt le, amelyek vékony kagylókból épültek fel az új pályára költözött aszteroidák körül. Arra is hallgatólagosan utalt, hogy ha sok ilyen kolónia lesz, akkor elfogják a legtöbb világítótestünk energiája.

Az űrhajózás megalapítója, honfitársunk, Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij lakott űrkolóniákat is javasolt, de nem gömb, hanem piramis vagy kúp alakú, átlátszó alappal a Nap felé fordítva (növényekkel és lakókkal). a kúp falain) - az úgynevezett „éteri városok”. Mi köze ehhez a Dyson-szférának? És annak ellenére, hogy az alábbi képen Ciolkovszkij naplójából látható, hogy ezeket a kúpokat pontosan egy rendezett hálózatba egyesítve ábrázolta (miért nem egy Dyson-gömb része?) bizonyos gerendák vagy kábelek segítségével, amelyek ezeknek a tárgyaknak a középpontjain haladnak át ( bal alsó):

E szerzők mellett Raymond Z. Gallun amerikai tudományos-fantasztikus író is kifejtett valami hasonlót.
Már a középkorban (XV. század) a XV. századi olasz gondolkodó, Marsilio Ficino, aki előre látta az emberi képességeket a jövőben (intuitív érzéssel, hogy az emberi képességek a megismerés, azaz a természet törvényeinek pontos emberi ismerete alapján alakulnak ki) teljesen magabiztos (a korához képest) írta:

Az ember méri a földet és az eget... Sem az ég nem tűnik túl magasnak neki, sem a föld közepe nem túl mélynek... És amióta az ember megtanulta a rendszert mennyei testek, akkor ki tagadná, hogy az ember zsenialitása majdnem ugyanaz, mint magának az égitestek alkotójának, és valamilyen módon létrehozhatná ezeket a világítótesteket, ha lenne fegyvereketÉs mennyei anyag .

Csodálatos szavak, mintha előrevetítenék a jövő űrkutatóinak merészségét!- jegyzi meg Lev Lyubimov, annak a művészetről szóló könyvnek a szerzője (és kiderült, hogy csillagászatról írnak!), ahol ezeket a sorokat olvastam ("Az ég nincs túl magasan" - az olasz festészet aranykora, "A világban" sorozat a szépség világa”, Lev Lyubimov, Moszkva, Gyermekirodalom, 1979 ).

Meg kell jegyezni, hogy bár a Dyson-gömb nem analógja a világítótestnek - csillagnak vagy bolygónak, bizonyos értelemben az elsőt használja, és helyettesíti a másodikat. A Dyson-gömb nemcsak gömbként fogható fel, hanem bármilyen szerkezetként. A lényeg az, hogy ez a kialakítás nagy léptékű, és a napsugárzás jelentős részét elfogja (és nem ezred százalékát, mint a rendszerünkben létező bolygók). Természetesen az olasz Marsilio Ficino a 15. században nem tudott előállni a Dyson-gömb fogalmával (hiányzott neki a tudás), és egyszerűen arról álmodozott, hogy természetes égitestek látszatát hozza létre, de ennek ellenére ki tudta jelölni rövid szöveg három a négy fő problémából, amelyek egy civilizáció számára a Dyson-gömb létrehozásához szükségesek:

1. Létrehozás módja- mit " valamilyen módon"Létre lehet hozni egy 50-250 millió kilométeres sugarú gömböt?
2. Létrehozási eszközök- mit " fegyvereket„Lehetséges-e létrehozni egy ilyen szférát anélkül, hogy kárt okozna magának és az egész rendszernek?
3. Létrehozandó anyag- ugyanaz" mennyei anyag", amely jelenlétével, mennyiségével és minőségével meghatározza egy ilyen szféra létrehozásának lehetőségét (valamint az építés módjait és sebességét).
4. Helyszín- amit előre, az építés előtt meg kell határozni, hogy később ne derüljön ki, hogy egy gömb jelenléte ezen a helyen csak megnehezíti a civilizáció életét, vagy egyszerűen veszélyes a rendszerére.

Kezdjük az utolsó problémával - a gömb elhelyezkedésével, mivel ez a legfontosabb döntés, amely jelentősen befolyásolja a későbbieket. A gömb elhelyezésére vonatkozó kérdésre adott válasz pedig közvetlenül a gömb céljától függ.

Helyszín szerinti osztályozás

A lehetőség: Ha csak azért van szükségünk egy Dyson-gömbre, hogy maximális energiát nyerjünk a Napból (anélkül, hogy figyelembe vennénk a bolygó megvilágításának, különösen a Föld megvilágításának megmaradását), akkor ésszerűbb lenne a gömböt a Naphoz a lehető legközelebb elhelyezni.

Három fő probléma merül fel:

1. A gravitációs stabilitás és stabilitás problémája - a gömbnek nem szabad a Napra esnie, eltörnie vagy deformálódnia a Nap gravitációjától, valamint a legközelebbi bolygók (Merkúr és Vénusz) gravitációjától.
2. A gömb hűtésének problémája az, hogy a gömbnek nem szabad megolvadnia vagy deformálódnia a Nap energiájától.
3. Ha a hűtési probléma megoldódik, akkor a Napból a gömbbe való tömegátadás problémája megmarad - napos szélés a koszorúér-kibocsátás eléri a gömb felszínét, károsítja, leülepszik, lenehezíti és feltölti.

B lehetőség: Ha szükségünk van egy gömbre, mint élő felületre az emberek számára (minden szükséges infrastruktúrával, légkörrel, talajjal, növényekkel és állatokkal), akkor a gömbnek tartósnak kell lennie, és olyan helyen kell elhelyezni, ahol a Nap fénye megközelítőleg ugyanolyan intenzitású, mint a felszínen. a Földé - azaz . távolságra a Föld pályájától vagy még távolabb (a napsugárzás elleni védelemhez szükséges légkör, magnetoszféra hiányának vagy gyengeségének kompenzálására).

Három új fő probléma merül fel (az A lehetőség fenti problémái nem tűnnek el, hanem háttérbe szorulnak):

1. Stabilitás - a gömbnek nem szabad megérinteni más bolygók (például a Föld) pályáját, és nem szabad erősen vonzaniuk. Ezért messze a Föld pályáján kívül kell lennie (30-50 millió km vagy 0,2-0,3 AU).
2. A gömb szilárdsága és vastagsága - kérdés, hogy elég erős-e a gömb felülete: ezt a technológia mellett nagyban meghatározza az anyag összetétele és minősége Naprendszer.
3. Anyag elérhetősége - ha kevés van belőle, akkor nincs értelme ilyen gömböt építeni.

B lehetőség: Ha szükségünk van egy vékony primitív (könnyen javítható) felületű gömbre, amely elfogja a Nap fényét, de nem feltétlenül szilárd (elbírja a talajt, az embereket), de maximális felülettel és minimális energiaáramlással (hogy ne aggódjunk a gömb túlmelegedéséről), akkor a gömbnek valahol még távolabb kell lennie a világítótesttől.

Ezen a területen három fő probléma is releváns (más problémák kevésbé fontosak):

1. Anyag rendelkezésre állása – ilyen hatalmas területre ez nem biztos, hogy elég.
2. A gömb stabilitása továbbra is probléma, de nem olyan sürgős.
3. Ütközések aszteroidákkal, üstökösökkel stb. - a probléma komolyabb, mint az előzőekben leírt lehetőségeknél, hiszen egy ilyen gömb felületén időegység alatt sokkal több kis égitest szeli át.

Cél szerinti osztályozás

Ha gyorsan megnézzük a Dyson-gömb elhelyezkedését, nyilvánvaló, hogy sok mindent meghatároz a gömb célja is:

1. cél: Feszes energiagubó egy csillag körül

Egy forgó (nem feltétlenül szilárd) tartós hűtött héj energiacsapdákkal (valamint konverterekkel és emitterekkel) a lehető legközelebb jön létre a csillaghoz - annak érdekében, hogy minimális építési volumen mellett maximális energiát kapjunk. Milyen közel építhető a Naphoz egy ilyen gömb? Ha feltételezzük, hogy a héjnak a Nap által 1000 K-re történő felmelegítése (különleges hűtés nélkül) nem veszélyes, akkor a sugár körülbelül 23 millió km lesz, ami a Merkúr pályáján belül helyezkedik el (a pályájának sugara 40 60 millió km-re) - ezek a számítások a Dyson-szféra szerinti tipikus kérdésekre adott válaszok listájából származnak.

Minden kapott fényenergiát átalakítanak egy másik energiává (például elektromos energiává), majd vagy továbbítják valahova (például lézer vagy rádióhullám), vagy helyileg alkalmazzák. Nem veszik figyelembe a bolygók állapotát, megvilágítását, pályájának stabilitását, sőt létezésüket sem – szükség esetén anyagokra bontva gömböt alkotnak.

A gömb ezen rendeltetésének kissé szélsőséges jellege ellenére (a gömb instabilitását folyamatosan ellensúlyozni kell a gázok/napszél kibocsátásával). különböző irányokba, vagy a motorok működése a gömb külső/belső héján) és az erősség problémája (fejlettségi szintünkhöz fő probléma minden modern anyag erőssége) ez a kialakítás teljesen indokolt a civilizációk számára magas szint. Főleg, ha így nem a saját, hanem valaki más sztárját sajátítják el. Ez nem a civilizáció bölcsője, ahol senki sem emelné fel a kezét, hogy szétszedjen vagy eltakarjon egy bolygót a világítótest elől (pusztán a saját világ történelme iránti tiszteletből), nem is beszélve a többiek pályájának stabilitásának megzavarásáról. bolygókat, ha akár csak egy bolygót is szétszerelnek. Ha egy ilyen idegen csillagnak sikertelen (civilizációs szempontból) spektruma van, és nincsenek felfedezésre és lakhatásra alkalmas bolygói, akkor senki sem fog különösebben sajnálni egy ilyen csillagrendszert: a bolygók hozzászoktak létrehozni egy gömböt.

Ez a fajta kialakítás különösen a fehér törpék számára optimális: ezek az inaktív, lassan (évmilliárdokig) lehűlő csillagmaradványok stabilan ragyognak: felületi hőmérsékletük lehűl átlagsebesség körülbelül 10 000 K 1 milliárd év alatt – ez a becslés az új hőmérséklet-különbségén alapul fehér törpe: 90 000 K-től (abszorpciós vonalak alapján becsülve) vagy 130 000 K-től (röntgenspektrumból becsülve), 4000 K alatti hőmérsékletig (úgynevezett fekete törpe) egyes fehér törpék esetében, amelyek 13 milliárd év alatt lehűlnek (élettartam). az Univerzum). A fehér törpék fáklyák és koronatömeg kilökődés nélkül ragyognak, kis méretűek és fényesek - körülöttük több tízszer kisebb sugarú (akár 1 millió km-nél is kisebb) gömböt készíthet, mint az aktív Nap vagy más hasonló csillagok körül. méret. De a gömb erősségének problémája továbbra is fennáll.

Fin = G*M*m/R^2
Ahol G= 6,674 *10^-11 [m^3 / (kg * sec^2) ] a gravitációs állandó,
M= 2 * 10^30 kg a Nap tömege,
m= 1 kg a gömb egységnyi területére eső vizsgálati tömeg, és R- a gömb sugara 190 millió km
= 6,674 * 1,9885 * 10^(30-11) / 190 * 10^9 * 190 * 10^9 = 3,6768 * 10^19 / 10^22 = 3,68 * 10^-5 [kg*m/s^2] = 0,04 millinewton.

Ez nonszensznek tűnik, a gravitációs erő néhány apró töredéke a Földön (9,8 newton hat bolygónk felszínén egy tesztkilogrammon). A probléma azonban az, hogy a héjnak ezt a kilogrammját az összes többi kilogramm súlya is nyomja, amelyek alulról és felülről alkotják a gömb kupolájának szektorait (lásd az alábbi ábrát).

Igen, a súlyuk a Naptól ilyen távolságban minimális, ugyanaz a 0,04 milliwton, de ezt az apró erőt vektoriálisan meg kell szorozni a kupolaszektor tömegét alkotó kilogrammok millióival. A keletkező erő a héj vastagságától függ, és még centiméteres vastagságok esetén is egyszerűen szörnyű (mivel a kupolaszektor mérete és tömege óriási).

Ha forgó gömböt hozunk létre (a gömb elemekből történő összeállításakor csak így indulhat el: az egyenlítői gyűrű minden elemét először stabil pályára kell helyezni, amihez a csillag körül a keringési sebességhez közeli fordulatszámmal kell forogni bolygók közül: 30 km/sec a Földre vagy kb. 25 km/sec egy földi pályán túli, de a marsi előtti pályára), akkor ez a forgás csak az egyenlítőnél és annak közelében segíti a gömb összeállított merev héját. Ott a centrifugális gyorsulás (tehetetlenségi erő) egyenlő:

Fout = m * V^2 / R
= 25 * 25 * 10^6 / 200 000 000 = 625 / 200 = 3,125 [kg*m/sec^2] = 3,1 Newton (háromszor kisebb, mint a Föld gravitációja).

De ez a gyorsulás nem csökkenti a csillag vonzási erejét egy ilyen gömb pólusain, és nem segít különösebben a középső szélességi fokokon. Továbbra is fennáll a probléma, hogy a felső és alsó kupola szektorainak hatalmas tömege nehezedik a gömb gyorsan forgó egyenlítőjére. Az erőforrások hiányának problémája továbbra is fennáll: Anders Sandberg tudós becslése szerint Naprendszerünk 1,82 x 10^26 kg könnyen felhasználható anyagot tartalmaz. építési anyag, ami elegendő egy 1 AU sugarú Dyson héj felépítéséhez, átlagsúlya 600 kg/m2 kb. 8-20 cm vastagsággal az anyag sűrűségétől függően. Ha kidobja a maganyagot gázóriások, amelyekhez finoman szólva is nehéz hozzáférni, akkor belső bolygók külön-külön csak 11,79x10^24 kg anyagot tudnak szolgáltatni, ami elég egy 1 AU sugarú Dyson shell építéséhez. mindössze 42 kg/m2 tömeggel és körülbelül centiméter vastagsággal.

Következtetés: A Dyson-szférának ez a célja csak a civilizáció hatalmáról szóló idealista álmok számára van értelme. Modern anyagok ne engedjék meg egy ilyen gömb létrehozását. Ezen túlmenően semmilyen anyag és semmilyen új technológia nem változtat azon a tényen, hogy a gömb belső felülete nem alkalmas lakhatásra. tiszta forma(egy belső átlátszó gömb is kell, hogy a légkör ne zuhanjon le a csillag felé), maga a gömb pedig veszélyesen instabil. És ami a legfontosabb: egyszerűen nincs elég anyag a rendszerünkben.

3. cél: Fénycsillag energiakoncentrátorok

Az ilyen szférák lehetnek távolabbi és közelebbi is a föld pályája. A lényeg az, hogy céljuk nem a tartózkodás maximális mennyiség emberek a belső felületükön, és a Nap által kibocsátott energia felhasználása, még ha ennek az energiának nem is 100%-a. Ezek a feltevések tervezésüknél fogva nyitottak bőséges lehetőséget a szerkezetek formái és típusai szerint. Választhat olyat, amely elérhető a jelenlegi technológiák számára anélkül, hogy az irreálisra törekedne. Például eltávolodhat a gömbtől az egyes elemek felé, amelyek energiát fogadnak és feldolgoznak, és továbbküldik a fogyasztóknak.

Energiaátalakítás nélküli elemeket is figyelembe vehet, amelyek egyszerűen visszaverődnek napfény a helyes irányba (említve). Az ilyen nem merev gyűrűk (rajelemekből), amelyek az ekliptika síkjához képest eltérő sugarú és szögűek, elvileg akár több mint 50%-ot is befoghatnak. napsugárzás, még akkor is, ha a gyűrűk nem tömörek (nem merevek), és maguk a gyűrűk között rések vannak.

Igen, ez nem egy gömb geometriai érzék szavak, hanem teljesen praktikus alternatívája a szférának. A fő dolog az, hogy elhagyja magát a gömböt - ahogy mondják: Akarsz dámát, vagy el kell jutnod?

Következtetés: A Dyson-szférának ez a homályos célja nagyobb rugalmasságot ad az egész koncepciónak, és lehetővé teszi, hogy többféle struktúrát is figyelembe vegyünk, eltérő kezdeti feladatokkal és eredménnyel, valamint eltérő fejlesztési és modernizációs lehetőségekkel.

Stuart Armstrong futurista is ugyanerre a következtetésre jutott, aki a Merkúr anyagából épített és megközelítőleg a pályáján elhelyezkedő Dyson Swarmot választotta a civilizáció természetes perspektívájának: ld. ugyanaz a videó fent (2:50-től 4:50-ig) angolul, a hematit kialakulásáról szóló vitákkal ( kémiai formula Fe2O3) a Mercuryról, reflektorokról és fénygyűjtőkről. Ezt a futurisztikus tervet, miszerint „az egész Merkúrt a végéig ki kell fejleszteni”, a hivatalos botrányos sajtónkban és a weboldalon is felfigyeltek.

A szerkezetek típusainak osztályozása

Úgynevezett I-es típusú Dyson gömb ez nem egy folytonos konvencionális gömb - egy Dyson Swarm - különálló, semmilyen módon nem kapcsolódó elemekből, amelyek stabil pályájukon mozognak, többé-kevésbé állandó távolságra a központi testtől. A pályákat a hajtóművek magukra az elemekre gyakorolt ​​tolóereje szabályozza.

Úgynevezett II típusú Dyson gömb nem különálló, egymással nem összefüggő elemekből álló, a gravitációs erő és a fény/napszél nyomóerejének egyensúlya miatt állandó távolságban lebegő, konvencionális gömbről van szó. Az elemeket statitoknak (a stabil műholdak egy fajtája) nevezik. Ezen erők egyensúlya (a fény vonzása és nyomása) csak nagyon könnyű anyag: nagyon könnyű, tartós héjjal: 0,78 gramm/m2, ami elérhetetlen modern technológiák.

Úgynevezett III típusú Dyson gömbök ez egy egyszerű és tömör gömb, egy könnyű léggömb, az úgynevezett „Dyson-buborék” formájában. Az erőkiegyenlítés a könnyű nyomás és a gravitáció egyenlőségén alapul, mint a II-es típusú, de tömör héjú, nagyon könnyű és vékony: 0,78 gramm/m2, ami a modern technológiák számára elérhetetlen - egy ilyen sugarú gömbnél. 1 AU. elegendő anyag egy nagy Pallas aszteroida tömegével: 2,17/10^20 kg.

A II-es és III-as típusú Dyson gömbök elvetése hiánya miatt Ebben a pillanatban(és a belátható jövőben) hasonló anyagokból ismét eljutunk a Dyson-rajhoz – az I. típusú szférához, egyszerűen azért, mert ő valóságosabb, mint az összes többi típus.

Vannak más, egzotikus típusú szerkezetek (például), de ezek mind még bonyolultabbak és irreálisabbak.

A Dyson Sphere a Gyűrűvel kezdődik

Tekintsük egy Dyson-gömb, vagy inkább egy gyűrű formájú Dyson-raj létrehozásának folyamatát.

Hol kezdi el a technikai civilizáció a Dyson-gömbök telepítését? A gömb egyes elemeinek pályára állításától. Csak a Dyson-gömb elemei mozognak egy istálló mentén körpálya a szükséges sugarú, összeszerelhető (merev kapcsolat nélkül, hézagokkal) fokozatosan, lépésről lépésre kialakítva... sajnos nem gömb, hanem csak gyűrű, hiszen minél magasabban vagy alacsonyabban van az elem a a gyűrűt, annál nehezebb olyan stabil pályára helyezni, amely nem metszi a már létrehozott gyűrűt, és sugarában nincs is nagyon távol tőle. Bár vannak becslések arra vonatkozóan, hogyan lehet sok egyedi, nem metsző pályát létrehozni az elemek számára. Például egy gyönyörű lehetőség különböző felszálló csomópontok pályák és periapszisok (de azonos dőlésszöggel és sugárral) - a Swarmnak ez a változata, amely a maximális számú egyedi pályát „csipke” tórusz formájában, Jenkins Swarm néven használja a cikk borítóján található képhez.

A telepítés nagy valószínűséggel a Dyson gyűrű egy részének az ekliptikai síkban történő összeszerelésével kezdődik. Végül is az ekliptikai síkon kívül kevesebb aszteroida és egyéb anyag van a gyűrűelemek létrehozásához. Az ekliptikus síkban pedig több az anyag, és könnyebb ezt az anyagot a kívánt sugárra szállítani, és könnyebb megadni neki (vagy a gyűrű egy már megépített elemének) a szükséges keringési sebességet. Nevezzük az egyes, egymáshoz közel elhelyezkedő rajelemek ilyen nem merev szerkezetét Dyson-gyűrűnek (mivel a Niven-gyűrű definíció szerint szükségszerűen merev).

Egy adott sugarú rugalmas (összefüggetlen vagy gyengén összekapcsolt elemekből álló) gyűrű létrehozása után a tapasztalatok felhalmozásával és a technika fejlődésével a civilizáció más gyűrűket is létrehozhat, már az ekliptika síkján át és azzal szögben, de ezek a gyűrűk észrevehetően megnövelt vagy csökkentett sugarúnak kell lennie, hogy ne érjen hozzá az eredeti gyűrűhöz.

Ez mind a cikk első részére: röviden áttekintjük az ötlet történetét, és kiválasztjuk a Dyson-szféra optimálisan megvalósított változatát.

A cikk második része a Dyson-gyűrű felépítésének módszerét tárgyalja, amely szabványos, autonóm elemek rajján alapul. Egy ilyen Gyűrű paramétereit a Naprendszerre vonatkozóan kétféleképpen számítják ki a gyűrű helyére: a Föld pályája előtt (a Vénusz pályáján túl, közelebb a Naphoz) és a Föld pályáján túl (a Mars pályája előtt) . Részletesen tárgyaljuk egy ilyen Gyűrű szabványos elemét, geometriai és súlyparamétereit és lehetséges funkcióit is.

A cikk harmadik része feltárja egy ilyen Gyűrű megalkotásának céljait, alkalmazási módjait és a Gyűrű egyes autonóm elemeinek nem szabványos használatának módszereit a Gyűrű pályáján kívül. Szóba kerül egy ilyen gigantikus szerkezet kívülről történő észlelésének problémája is.

Címkék: Címkék hozzáadása

Lehetséges, hogy Galaxisunk egyes fejlett civilizációi hihetetlenül fejlett technológiák segítségével gyűjtik össze rendszereik csillagaiból kiáramló energiát? Hasonló hipotézis létezik, és nem kizárt - az úgynevezett „Dyson-gömbökről” beszélünk - titokzatos, mesterségesen létrehozott hihetetlen méretű struktúrák, amelyek képesek felhalmozni a csillagok energiáját.

A használat hívei napenergia tudd, hogy ennek az energiának csak egy kis része éri el a Földet. Mi van, ha az emberiség civilizációként az összes napenergiát begyűjthetné? Ebben az esetben szükségünk lesz arra, amit a tudósok Dyson-gömbnek vagy Dyson-héjnak neveznek.

Freeman J. Dyson fizikus és csillagász először tárta fel ezt az ötletet, és 1960-ban elméletként bemutatta. Dyson kétoldalas tudományos tanulmánya a „The Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation” címet viselte. A cikkben ismertette a napenergia-gyűjtéssel kapcsolatos elképzeléseit, és felvetette, hogy más fejlett civilizációk, ha léteznek, globális szinten is alkalmazhatnák a napenergia-begyűjtési technológiákat. Dyson szerint az ilyen struktúrák létezésére vonatkozó bizonyítékok keresése fejlett civilizációk felfedezéséhez vezethet a galaxis más részein.

Ez az elmélet feledésbe merülhetett volna, ha 2015 végén nem fedeznek fel egy csillagot, amelynek megfigyelése heves vitákat váltott ki a csillagászok körében. -ról beszélünk, melynek csillapítása egyes kutatókat egy Dyson-gömb létezésének lehetőségéhez vezetett a pályáján.

A KIC 8462852, más néven „ ”, több mint 100 000 dollárt gyűjtött a küldetésre a felfedező Tatehi Boyajian által vezetett Kickstarter kampányon keresztül. Ez lehetővé tette Boyajian és kollégái számára, hogy kiterjedt megfigyeléseket végezzenek a csillaggal 2016 októberében. Annak ellenére, hogy azóta sem születtek feltűnő felfedezések, kiderült, hogy nem elszigetelt jelenségről van szó. Körülbelül ugyanebben az időben, 2016 őszén a csillagászok felfedeztek egy második lehetséges Dyson-gömböt.

Ez azt sugallja, hogy a Dyson-szférák, bár a huszadik században visszaszorultak a sci-fi és az elmélet körébe, valóban valódiak lehetnek? Mik ezek a titokzatos megastruktúrák, és milyen képességekkel rendelkezik az őket létrehozó feltételezett civilizáció?

Kezdetben egyes tudósok úgy képzelték el a Dyson-gömböt, mint egy mesterségesen létrehozott anyaggömböt egy csillag körül. Annak ellenére azonban, hogy Dyson a "héj" szót használta, az energiagyűjtők szféráját nem egyetlen egész és szilárd burkolatként képzelte el. Íme, amit a Science-ben megjelent 1960-as cikkében írt:

„Technikailag hihetetlenül nehéz egy csillagot körülvevő tömör héjat vagy gyűrűt létrehozni. A "bioszféra" általam elképzelt formája sok objektumból áll, amelyek független pályán mozognak egy csillag körül.

A Dyson-gömb, mondjuk, a Föld Nap körüli pályáján van, vagyis körülbelül 150 millió kilométeres távolságra.

A „Dyson-gömb” fogalmának egy érdekes értelmezését javasolták a SentientDevelopments webhelyen:

„A csillag körüli héj sok gyűjtőből áll majd. E modell szerint a napenergia teljes (vagy legalábbis jelentős része) a fogadó felületre esik, ami után felhasználható. Talán az ilyen struktúrák jelenléte logikus következménye egy technológiai civilizáció hosszú távú fennmaradásának és energiaszükségletének fokozódásának.

Az ilyen elméletek felkeltették az érdeklődést a tudományos-fantasztikus írók körében. Dyson maga is bevallotta, hogy a megastruktúrák ötletét a tudományos-fantasztikus irodalomból kölcsönözte még azelőtt, hogy elméletét bemutatta volna. A tudományos-fantasztikus író, Olaf Stapledon például 1937-ben, a Star Maker című tudományos-fantasztikus regényében említette először ezt az ötletet, amelyet Dyson láthatóan elolvasott és onnan merítette ötleteit.

Hogyan jutottak el a csillagászok ahhoz, hogy bizonyítékokat keressenek a Dyson-gömbök galaktikus térben való létezésére? Tejút? Még a KIC 8462852 felfedezése előtt sok csillagász frusztrált volt a Földön túli intelligens civilizációktól származó rádiójelek több évtizedes kutatása miatt. Az új stratégia szükségessége már régóta esedékes, és 2013 óta a csillagászok sikeresen alkalmazzák a módszert. spektrális elemzés hogy megbízható képet kapjunk az űrobjektumok megfigyelésekor.

Így az eredeti definíció és műszaki koncepció szerint a Dyson-gömb orbitális gyűjtők gyűjteménye egy csillag körüli térben. fejlett civilizáció. A gömb fő célja, hogy a napenergiát egy fogadó felületre gyűjtse a későbbi felhasználás céljából. Freeman J. Dyson szerint, aki 1960-ban volt az első tudós, aki tanulmányozta ezt a koncepciót, ez a módszer az energiagyűjtés az elkerülhetetlen szakasza bármely fejlett civilizáció evolúciója.

mint( 8 ) Nem tetszik( 0 )

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete