Сферы дайсона. Сфера и Кольца Дайсона: как найти в космосе братьев по разуму

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

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.

Возможно ли, что некие передовые цивилизации в нашей Галактике собирают энергию, исходящую от звезд своих систем с помощью невероятно развитых технологий? Подобная гипотеза существует и не исключена, — речь идет о так называемых «сферах Дайсона» — таинственных, искусственно созданных структурах невероятных размеров способных аккумулировать энергию звезд.

Сторонники использования солнечной энергии знают, что только малая часть этой энергии достигает Земли. Что, если человечество, как цивилизация, сможет собрать всю солнечную энергию? В этом случае нам потребуется то, что ученые называют сферой Дайсона или оболочкой Дайсона.

Физик и астроном Фриман Дж. Дайсон впервые исследовал эту идею и представил в виде теории в 1960 году. Двухстраничная статья Дайсона в журнале Science была озаглавлена как «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения». В статье он описал свои представления о сборе солнечной энергии и предположил, что другие развитые цивилизации, в случае их существования, могли бы использовать технологии сбора солнечной энергии в глобальных масштабах. По мнению Дайсона, поиск доказательств существования таких структур может привести к открытию развитых цивилизаций в других частях галактики.

Данная теория могла быть забыта, если бы в конце 2015 года не была обнаружена звезда, наблюдение за которой вызвало бурные споры у астрономов. Речь идет о , затухания которой и навели некоторых исследователей на возможность существования на ее орбите сферы Дайсона.

KIC 8462852, также известная как « », привлекла в бюджет миссии с помощью кампании на Kickstarter, которую возглавила Татехи Бояджиан, сделавшая открытие, более 100 тысяч долларов. Это позволило Бояджиан и ее коллегам провести обширные наблюдения за этой звездой при помощи в октябре 2016 года. Не смотря на то, что никаких поразительных открытий с тех пор сделано не было, выяснилось, что это не единичное явление. Примерно в это же время, осенью 2016 года, астрономы обнаружили вторую возможную сферу Дайсона.

Говорит ли это о том, что сферы Дайсона, находясь в области научной фантастики и теории в течение двадцатого века, могут быть действительно реальны? Что из себя представляют эти таинственные мегаструктуры и каковы возможности предполагаемой цивилизации, создающей их?

Первоначально некоторые ученые представляли сферу Дайсона в виде искусственно созданной сферы материи вокруг звезды. Однако, не смотря на то, что Дайсон использовал слово «оболочка», он не представлял сферу из энергетических коллекторов в виде единого целого и твердого покрытия. Вот что он написал в своей статье 1960 года, опубликованной в журнале Science:

«Технически невероятно сложно создать сплошную оболочку или кольцо, окружающее звезду. Форма «биосферы», которую я предусмотрел, состоит из множества объектов, движущихся по независимым орбитам вокруг звезды.

Сфера Дайсона может скажем находится на орбите Земли вокруг Солнца, то есть на расстоянии около 150 миллионов километров».

Интересная трактовка понятия «сферы Дайсона» была предложена на сайте SentientDevelopments:

«Оболочка вокруг звезды будет состоять из множества коллекторов. Согласно этой модели вся (или по крайней мере значительное количество) солнечной энергии будет попадать на принимающую поверхность, после чего ее можно будет использовать. Возможно, именно наличие подобных структур является логическим следствием долгосрочного выживания и эскалации энергетических потребностей технологической цивилизации».

Подобные теории не могли не вызвать интерес у писателей-фантастов. Сам Дайсон признался, что идею о мегаструктурах он заимствовал у научной фантастики еще до того, как представил свою теорию. Так, например, автор-фантаст Олаф Стэпледон впервые упомянул эту идею в своем научно-фантастическом романе 1937 года Star Maker, который Дайсон, по-видимому, читал и черпал оттуда свои идеи.

Каким же образом астрономы пришли к необходимости поиска доказательств существования сфер Дайсона, в пространстве галактики Млечный Путь? Еще до открытия KIC 8462852, многих астрономов постигло чувство разочарования в результате десятилетий поиска радиосигналов от интеллектуальных цивилизаций за пределами Земли. Необходимость в существовании новой стратегии давно назрела и начиная с 2013 года астрономы стали успешно использовать метод спектрального анализа для получения достоверной картины при наблюдении за космическими объектами.

Таким образом, согласно оригинальному определению и технической концепции, сфера Дайсона представляет собой совокупность орбитальных коллекторов в пространстве вокруг звезды развитой цивилизации. Основным предназначением сферы является сбор солнечной энергии на принимающую поверхность для последующего ее использования. По мнению, Фримана Дж. Дайсона, который в 1960 году стал первым ученым, изучающим эту концепцию, данный метод сбора энергии является неизбежным этапом эволюции любой развитой цивилизации.

нравится(8 ) не нравится(0 )

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

20 10 2015
15:14

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

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

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

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

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

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

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

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

Дмитрий Потапкин, специально для Обзор.press.

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