Kategorie
Kosmologia

Sfery Dysona, światy pierścienia i kolonie kosmiczne.

Sfery Dysona, światy pierścienia i kolonie kosmiczne.

Profesor Uniwersytetu w Princeton, Freeman Dyson, przedstawił godną uwagi wizję, w której zaawansowana cywilizacja typu II w celu pełnego wykorzystania energii emitowanej przez Słońce otoczyłaby gwiazdę kulistą skorupą. Skorupa taka miałaby się znajdować w odległości umożliwiającej zamieszkanie na całej jej wewnętrznej powierzchni. Energia wytwarzana przez gwiazdę nie uciekałaby wówczas w przestrzeń kosmiczną, a powierzchnia sfery przekraczałaby znacznie powierzchnię dostępną na jakiejkolwiek planecie. Gdybyśmy stworzyli taką sferę Dysona w naszym Układzie Słonecznym, jej promień wynosiłby 1 jednostkę astronomiczną, a zatem powierzchnia wewnętrzna równałaby się 283 miliardom milionów kilometrów kwadratowych. To około 553 milionów razy więcej niż wynosi powierzchnia Ziemi. Dyson sugerował, że gdyby takie sfery istniały, emitowałyby bardzo silne promieniowanie podczerwone. Tak więc poszukiwanie zaawansowanych cywilizacji pozaziemskich moglibyśmy zacząć od wypatrywania takich sfer. Po dziś dzień nie zaobserwowaliśmy tego rodzaju obiektów.

Nie ma powodu do zdziwienia. Sfery Dysona są rozwiązaniem niepraktycznym. Zbudowanie wspomnianej w poprzednim akapicie kuli o promieniu 1 jednostki astronomicznej wokół Słońca, przy założeniu, że skorupa będzie miała jedynie metr grubości, wymagałoby materiału pochodzącego z 260 planet wielkości Ziemi (a metr grubości to zbyt mało, by się nie rozpadła). Taka ilość stałego materiału nie występuje w Układzie Słonecznym (wodór z Jowisza nie nadaje się do budowy) i jest małe prawdopodobieństwo, by było inaczej w innych systemach planetarnych. Ponadto mimo olbrzymiej powierzchni nominalnej większość wewnętrznej powierzchni nie nadawałaby się do życia, ponieważ wektor siły ciążenia na większości powierzchni sfery byłby skierowany w złą stronę, może z wyjątkiem okolic równika, gdzie obrót obiektu zapewniłby odpowiednią siłę odśrodkową. W rezultacie w obszarach oddalonych od równika brakowałoby powietrza. Terraformowanie reszty sfery stałoby się niemożliwe, gdyż niezależnie od ilości wyprodukowanego powietrza zbierałoby się ono w pobliżu równika lub ulatywałoby w stronę Słońca.

Mimo popularności pomysłu Dysona, takie sfery są mało prawdopodobne i były nawet krytykowane przez pisarzy science fiction. Jeden z nich, Larry Niven, zaproponował nawet ulepszoną koncepcję sfery Dysona – Świat Pierścienia, który obejmowałby jedynie równikową część kuli Dysona i którego atmosfera utrzymywałaby się na obręczy wokół krawędzi budowli. Ponieważ atmosfera ziemska ma jedynie 50 kilometrów grubości, stanowiłaby jedynie znikomą część całokształtu struktury Świata Pierścienia. Gdybyśmy umieścili taką budowlę w naszym Układzie Słonecznym, mogłaby ona mieć szerokość 10 tysięcy kilometrów i okrążać Słońce w odległości 1 jednostki astronomicznej. Jej powierzchnia byłaby wówczas równa 9,42 biliona kilometrów kwadratowych, czyli 18 440 razy więcej niż powierzchnia Ziemi. Gdyby grubość pierścienia wynosiła 100 metrów, jego masa zrównałaby się z masą Wenus, którą moglibyśmy rozmontować w celu dostarczenia materiału konstrukcyjnego.

Nivenowski Świat Pierścienia jest znacznie praktyczniejszy niż sfera Dysona, ale jego budowa byłaby nadal zbyt wielkim przedsięwzięciem. Żeby się przekonać, jak wielkim, spróbujmy obliczyć ilość energii wymaganej do rozmontowania Wenus i przetransportowania otrzymanego budulca z jej obecnej orbity (0,72 jednostki astronomicznej) na odległość 1 jednostki astronomicznej, gdzie będzie konstruowany Świat Pierścienia, następnie na zespolenie materiału i wprawienie całej konstrukcji w ruch w celu stworzenia wewnątrz grawitacji podobnej do ziemskiej.

Wenus ma masę (M) równą 4,87 x 1024 kg, a jej promień (R) wynosi 6 051 000 m, więc jej całkowita energia grawitacyjna (opisana wzorem GM²/R) wynosi 2,6 x 1032 dżuli (gdzie G to uniwersalna stała grawitacyjna). By przemieścić materiał z orbity Wenus na orbitę Ziemi, potrzebujemy ΔV równej 5355 m/s, co wymagałoby dodatkowej energii (opisanej wzorem MV²/2) 0,7 x 1032 dżuli. Jeśli przyjmiemy, że do obróbki jednego kilograma budulca wystarczy 1 megadżul energii, otrzymamy następne 4,78 x 1030 dżuli. Następnie, by stworzyć warunki przyciągania grawitacyjnego, musimy wprawić całą konstrukcję w ruch obrotowy z prędkością 1 212 435 m/s. Do osiągnięcia takiej prędkości wymaganych jest 3,6 x 1036 dżuli, przy których cała reszta wydaje się niewielką wartością. Dla porównania powiem, że 3,6 x 1036 dżuli to 11 milionów miliardów razy więcej niż dziś zużywa cała ludzkość w ciągu jednego roku; wartość ta jest równa całkowitej energii, jaką Słońce wytwarza w ciągu trzech stuleci! O ile zatem nie rozwiniemy pikotechnologii, nie będziemy w stanie stworzyć nawet Świata Pierścienia (nie mówiąc o sferze Dysona).

Istnieje jednak zastosowanie dla kosmicznej makroinżynierii, na które cywilizacja typu 111 będzie mogła sobie pozwolić: kolonie kosmiczne. Odrzuciłem możliwość wykorzystania biznesplanów kosmicznych elektrowni słonecznych do stworzenia w najbliższej przyszłości olbrzymich kolonii O’Neilla na orbicie okołoziemskiej. Nadal podtrzymuję te argumenty. Ale możliwości inżynierii, będące fantazją dla cywilizacji typu I, staną się rzeczywistością dla cywilizacji typu III. Używając obszernych zasobów energii termojądrowej, rozwiniętej techniki kosmicznej i bardzo zaawansowanych robotów, ludzkość w erze cywilizacji typu III będzie potrafiła sprowadzić planetoidy i inne ciała niebieskie z obłoku Oorta i stworzyć z nich miniaturowe światy, przypominające pod wieloma względami wizję O’Neilla. Nie wykorzystamy ich jednak po to, by sprzedawać energię słoneczną przesyłaną wiązką mikrofalową na Ziemię; do tego czasu ludzie będą mieli ten etap daleko za sobą. Planetoidy będziemy raczej sprowadzać w celu stworzenia nowych miejsc do życia i po to, by cywilizacja mogła się rozwijać w nowym kierunku. Niektórzy pozostaną na orbitach wokół Słońca, tworząc bezustannie rosnące społeczeństwo złożone z przedstawicieli różnych kultur. Inni udadzą się do gwiazd.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *