Сфера Дайсона — это гипотетическая мегаструктура , которая окружает звезду и захватывает большую часть ее солнечной энергии . [1] [2] [3] Эта концепция представляет собой мысленный эксперимент , который пытается представить, как космическая цивилизация будет удовлетворять свои потребности в энергии, если эти потребности превысят то, что может быть произведено только из ресурсов родной планеты. Поскольку лишь малая часть энергетических выбросов звезды достигает поверхности любой вращающейся планеты , строительство структур, окружающих звезду, позволило бы цивилизации собирать гораздо больше энергии.
Первое современное представление о такой структуре было сделано Олафом Стэплдоном в его научно-фантастическом романе « Создатель звезд» (1937). Позднее эта концепция была исследована физиком Фрименом Дайсоном в его статье 1960 года «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения ». Дайсон предположил, что такие структуры станут логическим следствием растущих энергетических потребностей технологической цивилизации и будут необходимы для ее долгосрочного выживания. Признаки таких сфер, обнаруженные в ходе астрономических поисков, могли бы стать индикатором внеземного разума .
Со времени публикации статьи Дайсона в исследовательских разработках или в научной фантастике было предложено множество вариантов конструкций, включающих искусственную структуру или ряд структур, охватывающих звезду , часто под названием «сфера Дайсона». Вымышленные изображения часто описывают твердую оболочку материи , окружающую звезду – такое расположение сам Дайсон считал невозможным.
Вдохновленный научно-фантастическим романом Олафа Стэплдона « Создатель звезд » 1937 года [4] , физик и математик Фримен Дайсон был первым, кто формализовал концепцию того, что стало известно как «сфера Дайсона», в своей научной статье 1960 года «Поиск искусственных звездных источников». инфракрасного излучения». Дайсон предположил, что по мере того, как потребности развитой технологической цивилизации в энергии возрастают, наступит время, когда ей придется систематически собирать энергию у своей местной звезды в больших масштабах. Он предположил, что это можно сделать с помощью системы структур, вращающихся вокруг звезды, предназначенных для перехвата и сбора ее энергии. Он утверждал, что, поскольку эта структура приведет к крупномасштабному преобразованию звездного света в дальнее инфракрасное излучение, наземный поиск источников инфракрасного излучения мог бы выявить звезды, поддерживающие разумную жизнь. [5]
Дайсон не уточнил, как можно построить такую систему, просто назвав ее в статье «оболочкой» или « биосферой ». Позже он пояснил, что не имел в виду твердую структуру, сказав: «Твердая оболочка или кольцо, окружающее звезду, механически невозможно. Форма «биосферы», которую я представлял, состоит из рыхлого скопления или роя объектов, движущихся по независимым вращается вокруг звезды». [6] Такую концепцию часто называют роем Дайсона ; [7] однако в 2013 году Дайсон заявил, что сожалеет о том, что концепция была названа в его честь. [8]
Коллекторы энергии типа Дайсона вокруг далекой звезды будут поглощать и переизлучать энергию звезды. Длины волн такой переизлученной энергии могут быть нетипичными для спектрального класса звезды из-за присутствия тяжелых элементов, не встречающихся в природе в звезде. Если бы процент таких нетипичных длин волн был значительным, инопланетную мегаструктуру можно было бы обнаружить на межзвездных расстояниях. [5] Это может указывать на присутствие так называемой цивилизации Кардашева типа II . [9]
SETI искала такие же интенсивные инфракрасные спектры у солнечных аналогов , как и Фермилаб . [10] [11] Фермилаб обнаружил 17 потенциальных «неоднозначных» кандидатов, четыре из которых в 2006 году были названы «забавными, но все еще сомнительными». [10] Более поздние поиски также привели к появлению нескольких кандидатов, все из которых остаются неподтвержденными. [12] [13] [14]
14 октября 2015 года гражданские ученые Planet Hunters обнаружили необычные колебания света звезды KIC 8462852, что вызвало в прессе предположения о том, что могла быть открыта сфера Дайсона. [15] [16] Однако последующий анализ показал, что результаты согласуются с наличием пыли. [17] [18]
Дальнейшая кампания обнаружила доказательства существования семи возможных кандидатов на сферы Дайсона. Однако требуется дальнейшее расследование. [19]
Эти кандидаты: [20]
Хотя системы сфер Дайсона теоретически возможны, построение стабильной мегаструктуры вокруг Солнца в настоящее время выходит далеко за рамки инженерных возможностей человечества. Количество кораблей, необходимых для получения, передачи и обслуживания всей сферы Дайсона, превышает современные промышленные возможности. Джордж Дворски выступает за использование самовоспроизводящихся роботов для преодоления этого ограничения в относительно краткосрочной перспективе. [21] Некоторые предполагают, что среды обитания в сфере Дайсона могут быть построены вокруг белых карликов [22] и даже пульсаров . [23]
Звездные двигатели — это гипотетические мегаструктуры, целью которых является извлечение полезной энергии из звезды, иногда для определенных целей. Например, предполагалось, что мозг Матрешки будет извлекать энергию для вычислений, а двигатели Шкадова будут извлекать энергию для движения. Некоторые предлагаемые конструкции звездных двигателей основаны на сфере Дайсона. [24] [25]
С мая по июнь 2024 года росло предположение, что были обнаружены потенциальные признаки межзвездных сфер Дайсона. Семь объектов, представляющих интерес, расположенных в пределах 1000 световых лет от Земли, представляют собой М-карлики — класс звезд, которые меньше и менее ярки, чем Солнце. Однако авторы результатов были осторожны и не делали каких-либо преувеличенных заявлений. [26] Несмотря на это, многие средства массовой информации подхватили эту историю. Были предложены и менее фантастические альтернативные объяснения, в том числе предположение, что открытия были просто галактиками, скрытыми пылью. [27] [28] [29]
Предшественником концепции сфер Дайсона был роман Олафа Стэплдона «Создатель звезд» 1937 года , [ 1 ] в котором он описал «каждую солнечную систему... окруженную сетью световых ловушек, которые фокусировали ускользающую солнечную энергию для разумное использование»; [30] Дайсон черпал вдохновение из этой книги и предположил, что «сфера Стэплдона» была бы более подходящим названием для этой концепции. [31] Вымышленные сферы Дайсона обычно представляют собой твердые структуры, образующие сплошную оболочку вокруг рассматриваемой звезды, хотя сам Дайсон считал такую перспективу механически неправдоподобной. [2] [3] Иногда их используют как тип сюжетного устройства, известного как « Большой тупой объект» . [32]
Сферы Дайсона появляются в качестве фонового элемента во многих художественных произведениях, в том числе в романе Фрица Лейбера « Странник » 1964 года, где инопланетяне таким образом окружают несколько звезд. [1] [32] [33] Сферы Дайсона изображены в серии книг «Сага о кукушке» 1975–1983 годов Фредерика Пола и Джека Уильямсона , а одна из них служит местом действия романа Боба Шоу 1975 года «Орбитсвилль» и его продолжений. [2] [3] В эпизоде 1992 года « Реликвии » телешоу « Звёздный путь: Следующее поколение » [34] военный корабль США « Энтерпрайз» оказывается в ловушке заброшенной сферы Дайсона; [35] [36] В интервью 2011 года Дайсон сказал, что ему понравился этот эпизод, хотя он считал изображенную сферу «ерундой». [37] Майкл Ян Фридман , написавший новеллизацию, заметил, что в самом телевизионном эпизоде сфера Дайсона фактически представляла собой Макгаффин , в истории «просто ничего об этом», и решил конкретизировать элемент сюжета в своей новеллизации. [38] : ix
Другие примеры научно-фантастических рассказов включают «Мир круглый » Тони Ротмана , серию «Инквизитор» Сомтоу Сухариткула , «Прядильную станцию » Тимоти Зана , «Мир Федерации » Джеймса Уайта , «Корабли времени » Стивена Бакстера и « Корабли времени » Питера Ф. Гамильтона . с Звезда Пандоры . [1] : 133 Вариации концепции сферы Дайсона включают одну круглую полосу в романе Ларри Нивена « Мир-Кольцо » 1970 года , [3] [39] [40] полусферу в романе Грегори Бенфорда и Нивена « Небесная чаша» 2012 года, [2] [3] и вложенные сферы, также известные как мозг-матрешка , в сериале Колина Каппа «Мир клетки» 1980-х годов и трилогии «Асгард» Брайана Стейблфорда 1979–1990 годов . [1] [3]
Сам Стейблфорд заметил, что сферы Дайсона обычно представляют собой Макгаффины или в значительной степени находятся в глубине историй, приводя в качестве примера « Странник » Фрица Лейбера и «Колодец обмана » Линды Нагаты , тогда как в историях, связанных с исследованием космоса, обычно используются такие варианты, как «Мир-кольцо» Нивена. [1] : 133 Он приводит две причины для этого: во-первых, сферы Дайсона просто слишком велики, чтобы их можно было рассматривать, на что также ссылался Фридман, указывая, что причина того, что его новеллизация «Реликвий» не пошла дальше в эту сферу, заключалась в том, что в нем было всего 400 страниц, и ему не хватило четырех недель, чтобы написать его; и, во-вторых, особенно в научной фантастике, сферы Дайсона имеют определенные инженерные проблемы, которые усложняют повествование. [1] : 133 [38] : ix В частности, поскольку гравитационное притяжение находится в равновесии внутри такой сферы (в соответствии с теоремой об оболочке ), необходимо использовать другие средства, такие как вращение сферы, чтобы удерживать предметы внутри такой сферы. поверхности, что затем приводит к проблеме гравитационного градиента, который стремится к нулю на полюсах вращения. [1] : 133 Авторы решают эту проблему с помощью различных модификаций идеи, таких как вышеупомянутое вложение миров-клеток, идея двойной сферы Дэна Олдерсона и уменьшенный мир-кольцо Нивена (обсуждаемый в « Больше, чем миры »). [1] : 133
Некоторые писатели-фантасты ошибочно приписывают мне заслугу изобретения искусственной биосферы. Фактически, я позаимствовал эту идею у Олафа Стэплдона, одного из их коллег.
Пятьдесят [галактик] были достаточно красными, чтобы принять инопланетян, поглощающих половину или больше их звездного света.
Райт: Действительно ли они использовали фразу «сфера Дайсона» в
«Звездном пути»
?
Фримен Дайсон: О да.
Райт: Они правда?
Фримен Дайсон: Одна из моих дочерей потом прислала мне запись этой программы, и я ее посмотрел. О да, это очень четко обозначено, и на самом деле было забавно смотреть это, но это все ерунда. Но это вполне хорошее кино. [пунктуация проставлена в неотредактированном тексте]