Что представляет собой сфера дайсона. Проблемы создания сферы Дайсона

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:

1. 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).
2. Проблема охлаждения сферы - сфера не должна плавиться или деформироваться от энергии Солнца.
3. 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):

1. 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.).
2. Прочность и толщина сферы – вопрос в том, достаточно ли прочная поверхность сферы: помимо технологии во многом это определяется составом и качеством материала Солнечной системы.
3. 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):

1. Наличие материала – для такой огромной сферы его может и не хватить.
2. Стабильность сферы - остается проблемой, но не такой срочной.
3. 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 второй части статьи 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 третьей части статьи 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: Добавить метки

Трудно сказать, когда человек впервые задумался, один ли он во Вселенной. Зато можно определить время, когда поиск ответа на этот вопрос перешел со страниц фантастических романов в науку — середина прошлого века, По мере освоения межпланетного пространства стало появляться все больше идей о внеземных цивилизациях. На страницах научной фантастики разыгрывались межгалактические войны, а астрофизики и астрономы пытались понять, возможна ли жизнь в окрестностях далеких звезд. Если да, то как ее обнаружить? К числу последних идей принадлежит теория Фримена Дайсона. Сфера огромных размеров, позволяющая аккумулировать энергию звезды, — вот что, по его мнению, стоит искать в безбрежном космическом пространстве, чтобы найти инопланетян.

Фримен Джон Дайсон

Американский ученый английского происхождения родился в 1923 году. Сегодня 92-летнего Дайсона, сфера интересов которого охватывает квантовую физику, астрофизику, физику низких энергий, знают как одного из создателей квантовой электродинамики. Едва ли не в большей степени славу ему принесла концепция, которую ученый позаимствовал у Олафа Стэплдона, писателя-фантаста, автора книги «Создатель звезд». Теория, получившая название «сфера Дайсона», предполагает, что высокоразвитые цивилизации могут построить огромное сооружение вокруг звезды с целью максимального использования ее энергии. Отыскав такую конструкцию, ученые смогут обнаружить и внеземной разум.

Концепция

Высокоразвитая цивилизация, гипотетически существующая в космическом пространстве, рано или поздно столкнется с исчерпанием ресурсов энергии — таково предположение Дайсона. Сфера радиусом в одну со звездой в центре может решить эту проблему. Впечатляющая размерами конструкция позволяет полностью использовать энергию звезды и при необходимости становится домом для своих создателей.

Параметры

Толщина сферы, по расчетам Дайсона, должна быть достаточно небольшой. Для строительства такого сооружения понадобится материал, по массе приближающийся к Юпитеру. Сегодня такой проект выглядит как очень смелая фантазия. Однако нельзя исключать вероятность, что спустя сотни или тысячи лет человечество сможет ее воплотить в реальность, а сейчас на бескрайних просторах космоса возведением такой конструкции занимается внеземная цивилизация, превосходящая нас по уровню развития.

Звезда со сферой Дайсона подчиняется тем же физическим законам, что и планетные системы. Поэтому конструкция должна вращаться: вращения уравновешивает силу притяжения светила и не позволяет объекту разрушиться и упасть на него.

Приметы развитой цивилизации

По задумке Дайсона, сфера может стать своеобразным маяком, отмечающим присутствие внеземного разума. Однако как найти ее? Согласно теоретическим расчетам, подобная конструкция должна постоянно излучать свет. Для человеческого глаза он неуловим. Излучение должно лежать в инфракрасной части спектра. Существующее оборудование в силах обнаружить подобные источники, более того, их уже найдено немало.

Отличительной чертой сферы Дайсона должно быть нетипичное спектральное распределение. Поиском конструкции, теоретически описанной физиком, занимаются в рамках программы SETI, нацеленной на обнаружение присутствия в космосе внеземного разума. Главные надежды на выполнение этой сложной задачи возлагаются на телескоп «Спитцер».

Аргументы против

С момента появления теория Дайсона неоднократно подвергалась переосмыслению и перепроверке. В результате появилось хорошо обоснованное мнение, что подобный объект существовать не может, какой бы развитой ни была цивилизация и какими бы характеристиками ни обладала звезда. Сфера Дайсона, вращаясь вокруг светила, приобретает максимальную скорость в районе экватора. При этом на полюсах конструкция остается неподвижной, что неминуемо приведет к ее обрушению. Это основной аргумент против теории американского ученого.

Исследователи вопроса отмечают также, что сфера пространственно ограничивает развитие цивилизации и порождает несколько существенных социокультурных проблем, затмевающих выгоду от ее создания.

Альтернативные варианты

Тем не менее, в научном мире теоретическая разработка Дайсона не канула в Лету. Было описано несколько вариантов модификаций конструкции, в которых учтены основные критические замечания. Первая из них — это кольцо небольшой ширины, столь же значительное по диаметру, что и сфера. Встретить такой объект можно на страницах романа «Мир-кольцо» Ларри Нивена.

Второй вариант — конструкция, формой напоминающая волчок. Изогнутые утолщения в районе полюсов разомкнуты. Такой вариант сферы характеризуется одинаковым весом в любой точке на внутренней стороне.

Свой вариант решения проблемы предложил и советский физик Г.И. Покровский. В его модели конструкция состоит из множества колец, образующих что-то похожее на раковину. Такой вариант сферы получил название «раковина Покровского».

Структура Крисвелла — еще одна модификация предложенной Дайсоном астроконструкции. Ее особенность — фрактальная поверхность, позволяющая максимально увеличить площадь, воспринимающую излучение звезды.

Поиски гипотетической сферы Дайсона

Теоретической разработке американского физика уже больше пятидесяти лет. Однако всерьез размышлять о поиске сооружений, похожих на сферу, начали только в 2000-х, когда развитие техники позволило заглянуть в отдаленные уголки космоса. Анализ информации, поступающей от телескопов, показал, что объектов, подходящих на роль гигантских искусственных сооружений, несколько сотен тысяч. Правда, особенности каждого кандидата с разной долей вероятности объясняются более прозаическими причинами, среди которых называют кометные рои, водородные облака и так далее.

Одним из последних претендентов на звезду, окруженную сферой Дайсона, стало светило в В астрономических каталогах оно обозначается как KIC 8462852.

Обнаружена сфера Дайсона?!

Осенью прошлого года на страницах СМИ можно было заметить заголовок, сообщающий об открытии местонахождения внеземной цивилизации. Звездой, неподалеку от которой живут неизвестные нам разумные существа, называлась KIC 8462852. Об особенностях светила стало известно благодаря телескопу «Кеплер».

Осенью 2015-го были опубликованы результаты исследования ее странной светимости. Примерно раз в 800 дней излучение звезды уменьшается на 15-20 %. Спад длится от нескольких дней до нескольких месяцев. Такое поведение не свойственно известным классам светил и не может быть объяснено прохождением планеты по диску, поскольку в этом случае уменьшение излучения было бы всегда одинаковым по времени. Джейсон Райт, ученый из университета штата Пенсильвания, высказал предположение, что причина такой аномалии — сфера Дайсона. KIC 8462852, таким образом, стала главным кандидатом на поиски внеземного разума.

Другие объяснения

Райт неоднократно отмечал, что это лишь одна из версий, причем самая маловероятная. Однако благодаря СМИ весть о возможном обнаружении сферы Дайсона разлетелась по миру. Тем временем есть и другие объяснения странного излучения звезды. Исследователи из университета Йеля во главе с Табетой Бойаджиан предполагают, что светило окружено роем комет. Возможно, KIC 8462852 несколько тысяч лет назад захватила их в момент, когда мимо проходила другая звездная система. Табета отмечает, что подобное объяснение лишь немного более вероятно, чем сфера Дайсона. Встреча двух звездных систем — очень редкое событие, а объем захваченного роя комет должен быть огромен. Тем не менее, эта теория пока приобрела наибольшее число сторонников в научном мире.

К поискам сферы Дайсона присоединились и ученые из Турции. Недавно они опубликовали исследование, согласно которому искать такое сооружение нужно у Относительно небольшие и холодные объекты космоса представляют собой завершающую стадию эволюции светил, подобных Солнцу. В их окрестностях возведение сферы требует меньше усилий и материала, чем вокруг более массивных звезд. По расчетам ученых, толщина сооружения вблизи белого карлика не превышала бы 1 метра. Для ее возведения потребовался бы материал, по массе примерно равный Луне.

Возможно, через какое-то время ученые придут к выводу, что сфера Дайсона — ненужное или слишком сложное сооружение. Однако пока поиски гипотетической конструкции продолжаются. Можно с уверенностью сказать, что подобные идеи будут возникать и в будущем, поскольку человечество не прекратит попытки найти на просторах космоса братьев по разуму.

Представляющий из себя относительно тонкую сферическую оболочку большого радиуса (порядка радиуса планетных орбит) со звездой в центре. Предполагается, что развитая цивилизация может использовать подобное сооружение для полной утилизации энергии центральной звезды и/или для решения проблемы жизненного пространства.

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

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

Варианты реализации сферы Дайсона

К настоящему времени неизвестно о практических реализациях сферы Дайсона; по крайней мере, у человечества нет реализаций этой идеи.

Эта теория прямо пересекается и не противоречит теории «чёрной дыры », в том числе случаю чёрной дыры с выбросом энергии со стороны полюсов.

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

Для предупреждения данной угрозы, идея сферы Дайсона была развита в нескольких вариантах:

• Жесткое кольцо относительно небольшой ширины (порядка процентов диаметра) - см. Кольцо Нивена .
• Жесткое экваториальное кольцо, с почти замкнутыми поверхностями от экватора до полюсов, но изогнутые по эквипотенциальным поверхностям гравитационного поля звезды. Такая поверхность напоминала бы что-то вроде форсунки , с тем, чтобы наименьшая скорость вращения была на максимальном расстоянии от звезды, где ненулевая скорость вращение могла бы уравновесить слабую гравитацию центра. Полюса в такой конструкции - разомкнуты.

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

Сфера Дайсона - вариант с эквипотенциальными поверхностями (модель показана с сечением)

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.
• Борьба землян с инопланетной цивилизацией, использующей Сферу Дайсона, описана в романах Роджера Макбрайда Аллена «Кольцо Харона» и «Разбитая Сфера».
• Упоминается в цикле романов Дэна Симмонса «Гиперион ».
• Также подробное описание сферы Дайсона встречается в произведениях Андрея Ливадного , серия книг «История Галактики».
• 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 серии романов Николая Владленовича 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 2015-м году, на основе данных, собранных телескопом Kepler, было опубликовано исследование аномальных изменений светимости космического объекта под названием KIC 8462852 (Звезда Табби). Объяснить аномальную светимость оказалось совсем не просто, в результате чего СМИ и некоторые ученые бросились в крайность, предположив, что астрономы имеют дело с объектом не природного происхождения. Согласно этому предположению, вокруг звезды вращается некий гигантский объект, который и влияет на изменение ее светимости. Речь идет о конструкции невообразимых размеров – сфере Дайсона.

Прежде всего, следует отметить, что данное инженерное сооружение было дано в честь американского физика-теоретика Фримена Дайсона, который разработал большую часть концепции конструкции. Согласно самому Дайсону, ученый был вдохновлен научно-фантастическим романом британского философа Олафа Стэплдона – «Создатель звезд», который был написан в 1937-м году. В романе было описано сооружение в виде кольца вокруг звезд без планет. Точно определить основоположника идеи сложно, так как подобные конструкции, в более примитивном виде, описывались и ранее.

Конструкция и смысл сферы Дайсона

Данный астроинженерный проект представляет собой тонкую оболочку сферической формы, которая сооружена вокруг действующей звезды. Радиус сферы Дайсона, предположительно, должен быть порядка радиуса планет. Для постройки же подобного сооружения вокруг нашего , человечеству потребуется вещество с массой, близкой к массе Юпитера.

Смысл данной конструкции состоит в максимально эффективном поглощении энергии излучения звезды, а также в обеспечении людям жилого пространства на своей внутренней стороне.

Возможности создания

На сегодняшний день человечество не обладает достаточными знаниями и ресурсами для создания столь масштабной конструкции вокруг Солнца. Большинство проблем, которые могут возникнуть при создании сферы Дайсона, можно выделить в четыре определенные проблемы:

• Не разработаны методы и технологии, которые позволили бы человечеству создать конструкцию, радиус которой может составлять около 150 млн. километров.
• Человечество не обладает требуемыми инструментами и знаниями, чтобы создать достаточно прочное сооружение, которое бы выполняло описанные выше функции.
• Как уже упоминалось, для создания сферы Дайсона потребуется немыслимый запас материала, из которого будет состоять конструкция.
• Требуется точно определить расположение сферы относительно Солнца. Данная проблема единственная из перечисленных, над решением которой можно размышлять уже сегодня.

Возможные вариации конструкции

• Первый тип сферы Дайсона представляет собой множество не связанных объектов, каждый из которых движется по своей собственной орбите. Орбиты могут контролироваться при помощи двигателей, расположенных на самих этих объектах. Такая конструкция несколько напоминает рой насекомых, в результате чего и называется Рой Дайсона.
• Согласно второму возможному типу – конструкция представляет собой также набор несвязанных элементов, которые, однако, стабильно парят на определенном расстоянии от звезды за счет балансирования двух сил: гравитации с одной стороны, и давления света – с другой. Чтобы подобная модель была осуществима, требуется, чтобы элементы сферы состояли из неизвестного сегодня материала, очень легкого и прочного, около 0,78 грамм/м2. Такие элементы называют «стабильные сателлиты», для краткости – «статиты».
• Третий предполагаемый тип структуры говорит о сплошной сфере, которая, как и второй тип, парит за счет баланса гравитационных сил и давления света. Отличным есть то, что данная сфера не состоит из множества объектов, а представляет собой цельное тела. Для создания сферы Дайсона III-го типа также требуется сверхлегкий и прочный элемент.

Выводы

Очевидно, сфера Дайсона способна решить ряд проблем, которые могут возникнуть у человечества в будущем, среди которых две основные: ограниченность жилого пространства на Земле и недостаток энергетических ресурсов. Однако, на сегодня построение такой конструкции невозможно по ряду причин, связанных с имеющимися технологиями и недостатком требуемых ресурсов.

В то время как часть исследований направлена на изучение новых веществ и материалов, другая часть занимается теоретическим описанием требуемых параметров конструкции. Успехи современной науки позволяют нам предполагать о возможности создания столь масштабного проекта в пределах нашей Солнечной системы, а также не исключают существования сферы Дайсона .

Многие ученые предлагали космическую экспансию, как выход из этой проблемы, об этом написано огромное количество научно-фантастических произведений, снят ряд фильмов.

Но, помимо «жилплощади», развивающейся цивилизации требуется энергия, очень много энергии! Самой безопасной и в некотором роде самым очевидным ее источником является Солнце — зачем сжигать органические вещества или осуществлять опасные ядерные реакции, если все необходимое, как говорится, с неба падает. Вопрос только в том, чтоб уловить достаточное количество этой энергии.

Примерно в таком ключе рассуждал английский физик Фримен Джон Дайсон. В 1960 году он предложил крайне интересный астроинженерный проект, способный разрешить одновременно проблему нехватки места обитания и дефицита энергии.

Решение Ф. Дайсона

Астроинженерными можно назвать такие проекты, масштаб которых сопоставим с планетами, звездами и планетными системами. Разумеется, это идеи, предназначенные для далекого будущего, но, в отличие от простых фантазий, они научно обоснованы. Чтобы представить такие проекты, потребуется хорошее воображение и способность отбросить стереотипы. Сфера Дайсона в некотором роде жемчужина астроинженерных идей в прямом и переносном смысле. Так что же это такое?

Представьте огромную сферу, радиусом равную расстоянию от Земли до Солнца (1 астрономическая единица), внутри которой находится центральная звезда планетарной системы. Чтоб лучше понять идею, посмотрите на схему и дайте волю воображению. Для строительства такого циклопического сооружения потребуется масса вещества как минимум равная массе Юпитера. На внутренней поверхности сферы будут располагаться обитатели, которые смогут улавливать практически все излучение своей звезды.

Цивилизация сферы не зависит от какого-либо топлива, пока светит ее звезда, а для светил вроде Солнца этот срок составляет миллиарды лет. Энергопотребление такой цивилизации может достигнуть значения примерно 4×10 26 Вт. Чтоб представить масштаб, вспомните, сколько киловатт вы потребляете в месяц.

А уж сколько будет места: площадь внутренней поверхности подобной конструкции составляет примерно 600 миллионов земных поверхностей. Если разместить все современное человечество на таком количестве планет, подобных нашей, то на каждой из них обитало бы всего 10 человек, а здесь все в пределах одной планетарной системы. Какой уж тут квартирный вопрос, когда места хватит всем на тысячи поколений вперед. Звучит фантастически…

Кстати, сам Дайсон признается, что заимствовал идею сферы у фантаста Олафа Стэплдона, автора романа «Создатель звёзд», где описывается такая конструкция. А наш соотечественник К. Э. Циолковский был очень близок к идее сферы, предлагая строить вокруг Солнца множество космических поселений, которые в итоге смогут уловить всю солнечную энергию. Но именно Ф. Дайсон обосновал идею Сферы, рассчитал параметры конструкции, создал модели, так что название в честь него вполне справедливо.

А может, кто-то уже построил?

Естественно, что Сфера Дайсона будет построена не в следующий десяток лет и даже не в следующее столетие, и для Землян этот проект — далекая мечта. Но ведь Земля не единственная в космосе планета, и возможно, наши братья по разуму, отстоящие от нас на световые годы по расстоянию и обгоняющие нас на миллионы лет развития, уже построили подобные сферы.

Опять фантастика? Однако исследователи проекта поиска внеземного разума SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) отнеслись к идее поиска «чужих» сфер вполне серьезно. Предполагается, что конструкция высокоразвитой цивилизации будет излучать в инфракрасном диапазоне, ведь излишки тепла никому не нужны. Параметры излучения твердого тела такого размера будут отличаться от излучения туманностей, что теоретически позволит найти подобные артефакты среди естественных объектов.

Для поиска Сфер других цивилизаций планируется использовать космический инфракрасный телескоп NASA SIRTF (Space Infrared Telescope Facility). Так что, может быть, мы найдем проект Дайсона уже реализованным нашими космическими соседями.

Ложка дегтя и пути ее преодоления

Сможет ли человечество осуществить такой амбициозный проект, сможет ли его осуществить кто иной во Вселенной? Согласно мнению критиков, Сфера Дайсона в изначальной модификации была бы нестабильной и разрушилась.

Дело в том, что для преодоления силы притяжения Солнца или другой звезды конструкция должна вращаться вокруг оси. Тогда центробежная сила скомпенсирует гравитацию. В некотором роде эффект, напоминающий юлу. Однако сложность заключается в том, что центробежная сила максимальна на экваторе, а на полюсах равняется нулю. То есть на полюсах Сферу ничего не будет уравновешивать. Это привело бы к гибели всего астроинженерного сооружения. Для решения этого противоречия было предложено множество модификаций изначального проекта: это и кольцо Нивена, и менее амбициозные станции О’Нейла, и еще ряд смелых и грандиозных концепций, рассмотрение которых достойно отдельной статьи.

Крайне сложно будет добыть столько вещества, возвести конструкцию, защитить ее от внешних воздействий — все это в наших глазах делает проект практически невозможным. Но могли ли древние люди, сидя на дереве, представить ту же Останкинскую телебашню?

Осуществим этот проект или нет, все равно идея заслуживает внимания, как минимум со стороны писателей-фантастов, максимум со стороны инженеров, астрономов и других ученых. Может быть, Сфера Дайсона — это сказка, миф современности, но вспомните — история Дедала и Икара была написана несколько тысячелетий назад. А тысячелетия в масштабах Вселенной — это ничтожно мало.