«Сфера Дайсона»: Ловушка для Солнца

Гигантский астроинженерный проект, который человечество должно будет осуществить в будущем

В 1960-х годах Николай Кардашёв определил три уровня цивилизаций, основанные на порядке величины энергии, которую они могут использовать.

Согласно его теории, цивилизация 1-го типа может использовать всю энергию, которая попадает к планете от ее родительской звезды (10¹⁶ Ватт). Считается, что цивилизация 2-го типа может использовать всю энергию, излучаемую самой звездой (10²⁶ Ватт). Кардашёв даже предположил, что цивилизация 3-го типа сможет получить доступ к энергии, обеспечиваемой светимостью всей галактики (10³⁶ Ватт). 

В 1964 году Николай Кардашев определил три уровня цивилизации, основанных на порядке величины энергии, которую они могли использовать.

Теоретически можно предположить, что степень, в которой общество колонизировало регион вселенной, является еще одной разумной метрикой, позволяющей оценить цивилизацию наряду с потреблением энергии. Это приводит к тому же масштабу, который предложил Кардашёв, но включает в себя дополнительные порядки:

• Тип 0 (Национальный)
• Тип 1 (Глобальный)
• Тип 2 (Звездный)
• Тип 3 (Галактический)
• Тип 4 (Вселенский)
• Тип 5 (Космический)

Основываясь на этой более полной модели, цивилизации Типа 0 могут использовать энергию стран, Типа 1 — энергию планет, цивилизации Типа 2 могут управлять звездами, Типа 3 — галактиками, Тип 4 будет иметь доступ к энергии отдельных вселенных, а Тип 5 может гипотетически даже задействовать энергию всей мультивселенной. Конечно, это очень спекулятивно и, вероятно, даже невозможно. Несмотря на это, по крайней мере, пока мы все еще живем в цивилизации Типа 0, хотя и движемся к Типу 1, который, вероятно, достигнем на рубеже веков.

Человечество стало достаточно развитым, чтобы управлять Международной космической станцией, и люди скоро будут ходить по Марсу. Но нам еще далеко до этого. Всемирно известный физик Митио Каку (Michio Kaku) указал, что человечество может получить этот статус в течение века или двух. Скорее всего, мы достигнем Типа 2 и сможем использовать всю мощность Солнца к 3000 году, а для достижения цивилизации типа 3 потребуются миллионы лет.

Однако, прежде чем мы сможем стать звездным обществом (Тип 2), мы должны быть глобальным (Тип 1). Это требует не только того, чтобы человечество стало межпланетным, но и, что более важно, смогло использовать каждый доступный источник или возобновляемую энергию в каждом уголке нашего мира. По мере того как мы продвигаемся от цивилизации Типа 0 к цивилизации 1-го типа, нам неизбежно придется отказаться от ископаемого топлива и использовать энергию солнечного, ветрового, геотермального, приливного и многих других источников. В рамках этого Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER) является мегапроектом ядерного реактора, который должен быть готов в ближайшие десятилетия. Десятикратный прирост энергетической мощности только от этого устройства поставит нас на путь достижения статуса цивилизации 1-го типа.

Через несколько столетий после того, как мы станем глобальным обществом (Тип 1), мы неизбежно станем звездным (Тип 2), поскольку мы продолжим свое развитие. 

В 1960-х годах американский физик-теоретик Фримен Дайсон (Freeman John Dyson) предложил идею гипотетической инженерной мегаструктуры, которая полностью охватила бы звезду и получала бы почти всю её энергию. Эта мегаструктура получила название «сфера Дайсона». По признанию самого ученого, идею сферы он почерпнул из научно-фантастического романа британского философа и писателя Олафа Стэплдона (William Olaf Stapledon) «Создатель звёзд», опубликованного в 1937 году. В свою очередь, сам Стэплдон признавал, что многие идеи для своего романа он почерпнул из эссе английского физика и футуролога Джона Бернала «Мир, плоть и дьявол» (The World, the Flesh & the Devil), опубликованного в 1929 году.

По мнению Дайсона, такая мегаструктура станет неизбежным следствием роста потребности человечества в электроэнергии. Таким образом, создание сферы Дайсона соответствует новому уровню продвижения по шкале Кардашёва, — переход цивилизации от Типа 1 к Типу 2. Это очень масштабный проект, даже гипермасштабный. Для его реализации нашим потомкам придется разместить множество солнечных коллекторов вокруг нашего светила, каждый из которых будет располагаться на собственной независимой и стабильной орбите.

Таким образом, Солнце постепенно будет окружено большим количеством гигантских конструкций, которые будут поглощать почти всю излучаемую нашей звездой энергию. Чтобы это осуществить, необходимо будет разобрать целые планеты и астероиды, с целью получения необходимого количества материала, который понадобится для выполнения этой колоссальной задачи. По теоретическим расчетам, для сооружения сферы Дайсона вокруг Солнца необходимо будет собрать вещество массой порядка массы Юпитера.

Например, можно будет разбить термоядерными взрывами Меркурий и его массивное железное ядро использовать для производства невероятно большого количества гематита. Это сильно отражающее свет вещество можно было бы превратить в гигантские полированные зеркала, которые служили бы солнечными коллекторами в сфере Дайсона.

К тому времени космические проекты гигантской сборки будут обычным делом. Команды роботизированной добычи вещества будут собирать необходимые ресурсы во всей Солнечной системе, а низкая гравитация сделает сборку  в космическом пространстве очень эффективной. С течением времени солнечные коллекторы будут строиться на орбитальных объектах всё быстрее и быстрее. Отражающие поверхности коллекторов будут очень тонкими, как у алюминиевой фольги, но в то же время очень большими, несколько километров в диаметре. Каждый коллектор будет отражать свет от Солнца на небольшую солнечную электростанцию, которая затем с помощью лазера будет направлять энергию туда, где она нужна.

Такое использование излучения звезды позволит в триллионы раз превысить текущую энергетическую мощность одной планеты, например Земли.

Разумеется, создание сферы Дайсона будет мегапроектом и потребуется не одно десятилетие для того, чтобы сделать даже прототип и приблизиться к разработке. Но, каждое новое зеркало-коллектор на орбите будет увеличивать эффективность космического строительства, поскольку роботы-сборщики смогут использовать получаемую энергию в нужном месте околосолнечной орбиты.

Возможно, такой экспоненциальный процесс позволит быстро сформировать подобную сфере Дайсона мегаструктуру менее чем через столетие после создания первого зеркала. Время покажет…

Модификации сферы Дайсона

На первых этапах создания мегаконструкции типа сферы Дайсона логично ограничиться лишь одним её элементом — кольцом из коллекторов, расположенном на околосолнечной орбите. Такое кольцо описал американский писатель-фантаст Ларри Нивен (Laurence van Cott Niven) в серии научно-фантастических романов «Мир-кольцо» (Ringworld).

Кольцо Нивена.

Также возможны конструкции из нескольких колец. Возможно именно из таких этапов будет состоять процесс создания полноценной сферы Дайсона.

Сферы Дайсона во Вселенной

Как уже отмечалось выше, в процессе развития любая внеземная цивилизация должна подойти как минимум ко второму типу по шкале Кардашёва. Поэтому, вполне ожидаемо, что сферы Дайсона уже существуют вокруг некоторых звезд в нашей Галактике.

Поиск сфер Дайсона — одно из перспективных направлений программы поиска внеземных цивилизаций SETI. Теоретически мегаконструкция космических масштабов может быть обнаружена существующими средствами наблюдения по инфракрасному излучению с нетипичным распределением спектра. В частности, для этих целей планировалось использовать космический инфракрасный телескоп (SIRTF)  «Спитцер».

Космический инфракрасный телескоп (SIRTF) «Спитцер».

Одним из кандидатов на наличие сферы Дайсона была звезда Табби  (KIC 8462852) в созвездии Лебедя.

В сентябре 2015 года были опубликованы результаты исследований изменений светимости этой звезды, полученные с помощью космической обсерватории NASA «Кеплер», которая используется для поиска экзопланет. 

Обычно из-за прохождения экзопланеты перед звездой её свет незначительно меркнет на непродолжительное время, и это повторяется через регулярные интервалы, связанные с периодом обращения планеты вокруг звезды. 

Однако при исследовании излучения звезды Табби было замечено, что её светимость падала до 22% на протяжении различных промежутков времени (от 5 до 80 дней). Возникла гипотеза, что непериодические мерцания этой звезды могут быть связаны со строительством сооружений типа сферы Дайсона, которые высокоразвитая внеземная цивилизация использует для получения энергии своей звезды. 

Позднее учёные опровергли это предположение, поскольку звезда Табби тускнела больше в ультрафиолетовом диапазоне света, а не в инфракрасном. При сфере Дайсона такое было бы невозможным, так как она блокировала бы весь свет равномерно. Вероятным виновником такого аномального мерцания звезды было облако космической пыли, которое вращается вокруг неё. Но, кто знает, кто знает…