Что такое сфера Дайсона: как построить мегаструктуру и найти с ее помощью инопланетян
Историю человечества можно описать через энергию: сначала мы приручили огонь, потом уголь, нефть и атом. Сегодня мы делаем ставку на возобновляемые источники и надеемся однажды освоить термоядерный синтез. Если прогресс продолжится — и мы не уничтожим себя или свою планету, — человечество, вероятно, получит полный контроль над ресурсами Земли. Тогда мы начнем смотреть вовне в поисках новых пространств для экспансии.
Но космос требует колоссальных затрат: чтобы хозяйничать в Солнечной системе, нам понадобится энергия в объемах, которые сейчас кажутся немыслимыми. К счастью, ее источник известен: Солнце. Огненная печь, в сто квинтиллионов раз мощнее любого земного реактора, оно каждую секунду излучает энергию, равную взрыву триллиона ядерных бомб.
Так как же добыть эту энергию? Не часть, а всю? Чтобы собрать максимум, на что физически способна Вселенная, человечеству пришлось бы возвести самую грандиозную конструкцию из возможных — сферу Дайсона.
Что такое сфера Дайсона
Сфера Дайсона — это гипотетическая мегаструктура, охватывающая звезду и улавливающая весь ее свет. Проще говоря, гигантская солнечная панель, развернутая вокруг Солнца. Идея в том, чтобы не терять ту большую часть излучения, которую звезда «бесполезно» рассеивает в космос, а собирать его и использовать для нужд цивилизации.
Для разумного биологического вида строительство сферы Дайсона стало бы скачком, по масштабу сравнимым с открытием огня для наших предков, — переходом от планетарного вида к межзвездному.
Теория сферы Дайсона
Сфера Дайсона — одна из немногих идей теоретической физики, которые прорвались в массовое сознание. Концепция звучит завораживающе: колоссальная оболочка вокруг звезды, превращающая ее свет в неиссякаемый источник энергии. В научный оборот ее ввел Фримен Дайсон, и именно с его работ начинаются все разговоры о ней.
На самом деле и слово «Дайсон», и слово «сфера» в названии не совсем верны. Фримен Дайсон — физик, в честь которого и названа гипотетическая мегаструктура, — не был первым, кто ее придумал, и, по его собственному признанию, вовсе не имел в виду сплошную оболочку вокруг звезды.
Сам он приписывал идею роману 1937 года Star Maker («Творец звезд») британского писателя Олафа Стэплдона. В интервью 2014 года Дайсон даже шутил, что правильнее было бы говорить о «сфере Стэплдона».
Но факт остается фактом: первая научная статья с описанием этой идеи принадлежит именно Дайсону — она вышла в июне 1960 года. В ней он рассуждал: если человечество будет наращивать энергопотребление всего на 1% в год, то через 3000 лет нам потребуется энергия целого Солнца.
Чтобы достичь такого уровня, он вообразил искусственную биосферу, полностью окружающую свою звезду. Позже, отвечая на письма в редакцию, Дайсон уточнил: твердая сфера механически невозможна — он представлял себе скорее «рой» множества объектов. В 1966 году он даже описывал способ, как такой рой можно было бы заметить: по неравномерным колебаниям света звезды, пробивающегося сквозь «щели в занавесе».
Так или иначе, в обиходе закрепилось выражение «сфера Дайсона».
Рой Дайсона
Построение сферы Дайсона стало бы началом эпохи исследований и экспансии в масштабах, которые мы едва можем вообразить. Но как это может выглядеть на практике?
Сплошная оболочка, полностью покрывающая Солнце, — красивая, но нереалистичная идея. Жесткая сфера такого размера была бы уязвима для ударов, могла бы треснуть, сойти с орбиты и рухнуть прямо в звезду. Более жизнеспособный вариант — так называемый «рой» Дайсона: гигантский ансамбль орбитальных панелей, спутников и коллекторов, которые образуют сеть вокруг звезды и передают энергию дальше, например, на Землю.
Именно такую версию и имел в виду Фримен Дайсон. Современные исследователи тоже рассуждают о том, как можно было бы построить рой. Например, футуролог Стюарт Армстронг из Оксфорда предлагал план: отправить на Меркурий самовоспроизводящихся роботов. Они добывали бы металлы, строили новые панели и множились, постепенно создавая целую систему коллекторов. По его оценкам, за полвека можно было бы переработать значительную часть планеты и развернуть миллионы элементов роя.
Как долго Рой Дайсона может просуществовать без своих создателей
Звучит фантастично — и пока это действительно лишь теория. Но идея в том, что при достаточном уровне автоматизации, развитии ИИ и 3D-печати масштаб перестает быть непреодолимым барьером.
Сфера Дайсона и звезда Табби
Звезда Табби, или KIC 8462852, — одна из самых загадочных находок орбитального телескопа «Кеплер». Ее яркость то резко падает на 20% и больше, то снова возвращается, при этом без всякой периодичности. Для сравнения: даже Юпитер при транзите закрывает меньше 1% света своей звезды. Именно поэтому звезду прозвали еще и WTF-star (Where’s The Flux? — «Где поток?»).
Такое странное мерцание не подходило ни под одну привычную схему. Сначала обсуждали кометы, облака пыли или разрушившиеся планеты. Но быстро появилась и более экзотическая версия: возможно, мы видим рой Дайсона — гигантскую систему искусственных конструкций, перекрывающих свет звезды.
Объяснение эффектное, и идея быстро получила популярность в СМИ. Однако дополнительные наблюдения не подтвердили «инопланетное» происхождение. Данные в разных диапазонах волн показали: в моменты затемнений сильнее всего исчезает синий свет, а красный проходит лучше. Такой эффект создают пылевые облака.
Сегодня большинство исследователей сходятся на том, что причина — именно пыль: либо в виде облаков кометного происхождения, либо как остатки разрушенного объекта. Но остается загадкой, откуда ее столько и как она сохраняется веками. Архивные данные показали, что звезда медленно тускнеет уже больше 100 лет — для объяснения этого требуется, чтобы масса пыли была не меньше массы Луны.
Зачем нужна сфера Дайсона
Сфера Дайсона — это не просто мысленный эксперимент футурологов. У идеи есть ряд практических обоснований, из-за этого ее обсуждают до сих пор.
Неограниченный источник энергии. Современная цивилизация потребляет все больше ресурсов: даже если освоить термоядерный синтез, он будет лишь промежуточным шагом. Сфера Дайсона позволила бы нам добыть достаточно энергии для бесконечного роста технологий, промышленности и колонизации космоса.
Долгосрочное выживание человечества. Чтобы закрепиться за пределами Земли, нужны запредельные объемы энергии: на нужды от терраформирования планет до межзвездных перелетов. Сфера Дайсона могла бы стать фундаментом для перехода человечества к статусу межзвездной цивилизации.
Поиск других цивилизаций. В своей работе 1960 года Фримен Дайсон предложил искать внеземной разум не по радиосигналам, а по техносигнатурам. Мегаструктуры вокруг звезд должны излучать избыток инфракрасного света — теоретически его можно зафиксировать астрономическими приборами.
Тест идей будущего. Даже если строительство окажется невозможным в ближайшие тысячелетия, сама концепция помогает астрономам, инженерам и философам мыслить в бо́льших масштабах и искать решения, которые однажды могут стать практичными.
Иными словами, сфера Дайсона — это символ веры в будущее человечества, в его изобретательность и безграничный потенциал.
Возможна ли сфера Дайсона
Рой Дайсона мог бы дать человечеству практически неограниченный источник энергии. Но построить его невероятно трудно.
Солнце огромно, и, чтобы его окружить, понадобилось бы немыслимое число спутников: если каждый будет площадью один квадратный километр, то в сумме потребуется примерно 30 квадриллионов штук. Даже если делать их максимально легкими, понадобится примерно 100 квинтиллионов тонн материала. К этому добавляется энергия, необходимая, чтобы собрать все части и доставить их к Солнцу. А еще — постоянная инфраструктура в космосе, с которой начнется строительство.
Предположим, что наши потомки справятся с этой подготовкой и действительно захотят возвести мегаструктуру. Тогда все вызовы можно разделить на три основные категории: материалы, проектирование и энергия.
Чтобы добыть объемы сырья, необходимые для роя Дайсона, придется, по сути, разобрать целую планету. Среди доступных вариантов наилучший кандидат — Меркурий. Он ближе всех к Солнцу, богат металлами, не имеет атмосферы и обладает лишь третью земной гравитации — все это делает запуск материалов в космос гораздо проще.
Дальше — проектирование самого роя. Здесь одно правило: чем проще, тем лучше. Обычные солнечные панели слишком сложны и слишком недолговечны. Спутники должны работать без ремонта и вмешательства астрономически долгие сроки и при этом быть максимально дешевыми в производстве.Наиболее вероятный вариант — огромные зеркала, перенаправляющие солнечный свет к центральным станциям, наподобие концентраторных солнечных электростанций на Земле. Чтобы их строить и запускать эффективно, конструкции должны быть предельно легкими — по сути, просто отполированная металлическая фольга на тонких опорах.
Последняя и самая серьезная проблема — энергия для всего процесса: разобрать планету и выводить массу на орбиты требует гигантских затрат. Например, если использовать все запасы ископаемого топлива и урана на Земле с идеальной эффективностью, мы смогли бы вывести в космос массу, сопоставимую лишь с горой Эверест — капля в море на фоне задачи планетарного масштаба.
Получается парадокс: чтобы построить сферу Дайсона, нужна энергия, сопоставимая с ее же мощностью.
Даже сбор всего лишь 1% солнечной энергии радикально изменил бы доступный человечеству энергетический баланс. Мы смогли бы создать систему, обеспечивающую практически безграничное количество энергии для любых проектов в пределах Солнечной системы: колонии на других планетах, терраформирование, новые мегаструктуры или даже межзвездные перелеты.
С точки зрения физики идея не абсурдна — построить такую структуру возможно, хоть и маловероятно. Именно поэтому многие астрономы полагают, что в нашей Галактике уже существуют сферы Дайсона. Мы пока не нашли ни одной, но это не значит, что их нет.
Например, в 2009 году астроном Ричард Карриган, изучая данные космического телескопа IRAS, выделил 16 кандидатов в Сферы Дайсона. А Джейсон Райт из Университета штата Пенсильвания запустил целый проект G-HAT (Glimpsing Heat from Alien Technologies) — системный поиск инфракрасных следов потенциальных мегаструктур в других галактиках.
Разумеется, нет гарантии, что человечество когда-нибудь дойдет до этого рубежа. Мы слишком часто зациклены на краткосрочных выгодах и конфликтах, не имеющих значения в перспективе тысячелетий. Но именно такие проекты — грандиозные и пока недостижимые — помогают очертить масштаб возможного будущего. Сфера Дайсона остается символом того, как далеко может продвинуться цивилизация в освоении энергии и космоса.
Частые вопросы
Как ученые ищут сферы Дайсона на практике?
Астрономы ищут так называемые «техносигнатуры» — следы деятельности гипотетических цивилизаций. Сфера Дайсона должна излучать избыточное инфракрасное тепло: часть энергии звезды поглощается, а остаток «утекает» в космос в виде теплового излучения. Телескопы вроде WISE или «Джеймса Уэбба» могут зафиксировать такие аномалии. Кандидаты время от времени появляются, но пока ни один не подтвердился [1], [2].
Астрономы обнаружили семь возможных сфер Дайсона: подробности
Есть ли альтернатива сфере Дайсона?
Да, ученые предлагают другие варианты космических мегаструктур:
Матрицы солнечных зеркал — более легкая и гибкая версия роя Дайсона [3].
Орбитальные кольца — «пояса» вокруг звезды, собирающие часть энергии [4].
Космические солнечные станции — меньшие системы, которые передают энергию на планеты с помощью микроволн или лазеров [5].
Все эти идеи проще в реализации, но и масштаб их куда меньше.
Какие могут быть этические последствия?
Для строительства потребуются колоссальные объемы сырья — вплоть до разборки целых планет. Возникает вопрос: имеет ли человечество право уничтожать планетные тела ради собственной выгоды? Кроме того, столь мощная инфраструктура могла бы превратить цивилизацию в «монокультуру», полностью подчиненную добыче и распределению энергии [6].
Можно ли построить сферу Дайсона вокруг черной дыры?
Теоретически возможно. Черные дыры сами по себе не излучают света, но вокруг них формируются аккреционные диски — раскаленное вещество, вращающееся и постепенно падающее внутрь, — и релятивистские джеты, узкие потоки частиц, которые возникают вблизи диска. Именно эти процессы и являются источниками энергии. Вокруг них можно вообразить сферу Дайсона особого типа, собирающую излучение и преобразующую его в пригодный ресурс. Для гипотетической цивилизации это был бы еще более мощный источник, чем обычная звезда [7].
Главное о сфере Дайсона
Сфера Дайсона — это гипотетическая мегаструктура, охватывающая звезду и собирающая ее излучение.
Автор идеи — физик Фримен Дайсон, опубликовавший первую научную статью на эту тему в 1960 году.
Дайсон вдохновился романом «Творец звезд» Олафа Стэплдона, где впервые описывалась подобная концепция.
На самом деле Дайсон имел в виду не сплошную оболочку, а «рой Дайсона» — множество орбитальных панелей и коллекторов.
Звезда Табби (KIC 8462852) привлекла внимание астрономов именно из-за необычного затухания света, которое сначала связывали с возможной сферой Дайсона, но позже объяснили пылью.
Построить рой Дайсона теоретически возможно, но для этого потребовались бы колоссальные ресурсы.
Сфера Дайсона — один из способов поиска внеземных цивилизаций: астрономы ищут звезды с необычным тепловым излучением.
Еще один способ поиска жизни за пределами Земли — нахождение планет, похожих на нашу. Как ученые ищут вторую Землю, какая существует классификация экзопланет и что это вообще такое — рассказывали в большом материале.
