Dyson Sphere:Ultimate Megastructure για να εξάγει άφθονη ενέργεια από τον ήλιο

Μια σφαίρα Dyson είναι μια προτεινόμενη μεγαδομή που περικλείει πλήρως τον Ήλιο (ή οποιοδήποτε άλλο αστέρι) για να αξιοποιήσει την ενέργειά του. Η ενέργεια εξόδου του ήλιου είναι περίπου 4×1026 W, η οποία θα ικανοποιούσε εύκολα τις αυξανόμενες ενεργειακές μας απαιτήσεις καθώς γινόμαστε πιο τεχνολογικά προηγμένοι. Μπορούμε να διατυπώσουμε θεωρίες για την κατασκευή επαναστατικών μεγαλοδομών που θα μας βοηθήσουν να αρμέγουμε όλη την ενέργεια από τον Ήλιο, αλλά το να το κάνουμε αυτό με πρακτική έννοια είναι επί του παρόντος πέρα ​​από το πεδίο της μηχανικής ικανότητας της ανθρωπότητας.

Η ανθρώπινη ιστορία έχει διαμορφωθεί από την ενέργεια που χρησιμοποιούμε. Στην αρχή χρησιμοποιήσαμε τους ακατέργαστους μύες μας, αλλά στη συνέχεια ανακαλύψαμε τη φωτιά και μάθαμε πώς να την ελέγχουμε και να εκμαιεύουμε ενέργεια. Αργότερα, μάθαμε να χρησιμοποιούμε άνθρακα και πετρέλαιο για να τροφοδοτήσουμε τεράστιες βιομηχανικές προσπάθειες. Στη συνέχεια ξεκινήσαμε την Ατομική Εποχή, όπου μάθαμε την τέχνη της διάσπασης ενός πυρήνα για να αξιοποιήσουμε μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Σε κάθε διαδοχικό βήμα, αυξάναμε την ενεργειακή μας χρήση σε επίπεδα που δεν έχουν επιτευχθεί ποτέ στο παρελθόν και προοδεύαμε σημαντικά ως είδος. Επί του παρόντος, αναζητούμε νέους τρόπους για τη συλλογή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για να ανταποκριθούμε στις αυξανόμενες ενεργειακές μας απαιτήσεις.

Καθώς η ανθρωπότητα προχωρά περαιτέρω, είναι πιθανό να αποκτήσουμε τον πλήρη έλεγχο των πόρων του πλανήτη μας. Σε αυτό το στάδιο, πιθανότατα θα ξεμείνουμε από πόρους και θα έχουμε απόλυτη ανάγκη να εξερευνήσουμε και να αποικίσουμε άλλα κατοικήσιμα μέρη στον κόσμο. Ωστόσο, ο χώρος είναι πολύπλοκος, επομένως η εισβολή του θα απαιτήσει τεράστια ποσά ενέργειας. Ευτυχώς, ξέρουμε πού να το πάρουμε…τον Ήλιο—την απόλυτη πηγή ενέργειας για το ηλιακό μας σύστημα.

Για πολύ καιρό, οι επιστήμονες γνώριζαν τη μεγαλοψυχία της ηλιακής ενέργειας, αλλά με τους ηλιακούς συλλέκτες, αξιοποιούμε μόνο ένα γιώτα από αυτό δυνητικός. Ωστόσο, τι θα γινόταν αν μπορούσαμε να επινοήσουμε μια μέθοδο για να συλλέξουμε όλη την ενέργεια του ήλιου; Αν ναι, είναι πιθανό να χρησιμοποιήσουμε κάποια μορφή της μεγαδομής που ονομάζεται σφαίρα Dyson.

Σφαίρα Dyson

Μια σφαίρα Dyson είναι μια προτεινόμενη μεγαδομή που περικλείει πλήρως τον Ήλιο (ή οποιοδήποτε άλλο αστέρι) για να αξιοποιήσει την ενέργειά του. Για την ανθρωπότητα, η κατασκευή μιας σφαίρας Dyson θα ήταν ένα τεχνολογικό άλμα στο ίδιο επίπεδο με την ανακάλυψη του τροχού από τους προγόνους μας. Μια σφαίρα Dyson θα μπορούσε να μας βοηθήσει να μεταμορφωθούμε από πλανητικό είδος σε διαστρικό.

Η ιδέα της σφαίρας Dyson προτάθηκε για πρώτη φορά από έναν φυσικό ονόματι Freeman Dyson στην εργασία του "Αναζήτηση τεχνητών αστρικών πηγών υπέρυθρης ακτινοβολίας ". Υπέθεσε ότι, καθώς ένας πολιτισμός γίνεται τεχνολογικά προηγμένος και εξαντλεί τις πλανητικές πηγές ενέργειας του, θα πρέπει να εξάγει ενέργεια έξω από τον πλανήτη τους. Η εξαγωγή ενέργειας από το πλησιέστερο αστέρι θα ήταν το καλύτερο στοίχημα. Για να γίνει αυτό, ένας προηγμένος πολιτισμός θα χρειαστεί να δημιουργήσει μια τεχνητή σφαίρα γύρω από τον ήλιο για να αξιοποιήσει τις τεράστιες ποσότητες ενέργειας του. Ο Freeman θεώρησε ότι μια κυριολεκτικά στερεή σφαίρα που περικλείει τον ήλιο θα ήταν βαρυτικά ασταθής και θα απαιτούσε περισσότερο υλικό από ό,τι θα μπορούσε να προσφέρει ακόμη και ο συνδυασμός όλων των πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα. Αντίθετα, υπολόγισε ότι μια σφαίρα Dyson θα μπορούσε να κατασκευαστεί από εκατομμύρια μεμονωμένους δορυφόρους που συλλέγουν ηλιακά.

Μια σφαίρα Dyson στο ηλιακό μας σύστημα θα έχει ακτίνα 1 AU και ελάχιστη επιφάνεια 2,72x1017 km2—περίπου 600 εκατομμύρια φορές την επιφάνεια της Γης. Η ενέργεια εξόδου του ήλιου είναι περίπου 4×1026 W, η οποία θα ικανοποιούσε εύκολα τις αυξανόμενες ενεργειακές μας απαιτήσεις καθώς γινόμαστε πιο προηγμένοι τεχνολογικά.

Παραλλαγές της σφαίρας Dyson

Από τότε που προτάθηκε για πρώτη φορά η ιδέα, πολλές εκδόσεις των σφαιρών Dyson έχουν σχεδιαστεί για τη βελτίωση της πρακτικής σκοπιμότητάς τους. Ας δούμε τις δύο πιο δημοφιλείς εκδόσεις της σφαίρας Dyson:

Σμήνος Ντάισον

Η παραλλαγή που βρίσκεται πιο κοντά στην αρχική διατύπωση της σφαίρας Dyson είναι το σμήνος Dyson. Σε αυτή τη μεθοδολογία σχεδιασμού, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός ανεξάρτητων δορυφόρων με ηλιακή ενέργεια (ή προηγμένων ηλιακών συλλεκτών) που περιφέρονται σε έναν πυκνό σχηματισμό γύρω από τον ήλιο. Βασικά, η ιδέα είναι να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές μορφές ασύρματων μεθόδων μεταφοράς ενέργειας για τη μεταφορά ενέργειας μεταξύ αυτών των στοιχείων του σμήνους και του πλανήτη μας.

Τα δύο κύρια πλεονεκτήματα που συνδέονται με αυτήν την προσέγγιση είναι ότι τα επιμέρους εξαρτήματα σε τροχιά μπορούν να διαστασιολογηθούν με βάση τις απαιτήσεις μας και αυτή η κατασκευή θα μπορούσε να γίνει σε σταδιακή βάση.

Σμήνος Dyson (Πιστοποίηση φωτογραφίας :Віщун/Wikimedia Commons)

Το μειονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι δεν λαμβάνει πλήρως υπόψη την αστροφυσική δυναμική, η οποία θα έπαιζε κατά την προσπάθεια περιφοράς σμήνων δορυφορικών κατασκευών γύρω από τον ήλιο. Καθώς αρχίσαμε να στέλνουμε ολοένα και περισσότερους δορυφόρους που συλλέγουν ηλιακή ενέργεια, θα γινόταν όλο και πιο δύσκολο να διατηρήσουμε την τροχιακή σταθερότητα.

Dyson Bubble

Μια άλλη προσέγγιση για την υλοποίηση μιας σφαίρας Dyson είναι να χρησιμοποιήσετε κάτι που ονομάζεται φούσκα Dyson. Ακριβώς όπως ένα σμήνος Dyson, μια φούσκα Dyson θεωρείται ότι αποτελείται από πολλές ανεξάρτητες κατασκευές. Ωστόσο, υπάρχει μια σύλληψη… αυτά τα κατασκευάσματα δεν θα περιφέρονταν γύρω από τον Ήλιο!

Σε μια φυσαλίδα Dyson, οι κατασκευές περιβλήματος προτείνονται να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας καταστάσεις. Οι στατίτες είναι δορυφόροι που αιωρούνται στο διάστημα χρησιμοποιώντας πανιά ηλιακού φωτός. Τα πανιά ηλιακού φωτός είναι από μόνα τους μια υποθετική ιδέα στην οποία η δορυφορική πρόωση επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας πίεση ακτινοβολίας που ασκείται από το ηλιακό φως σε μεγάλους καθρέφτες. Οι καταστάσεις θα ήταν ακίνητες ως προς τον ήλιο, αλλά και ανεξάρτητες η μία από την άλλη.

Dyson bubble (Φωτογραφία :Wikimedia Commons)

Με την τρέχουσα πρόοδο της επιστήμης των υλικών, η πρακτικότητα αυτής της προσέγγισης είναι εξαιρετικά απίθανη. Μια 100% ανακλαστική κατάσταση που βρίσκεται γύρω από τον Ήλιο θα πρέπει να έχει πυκνότητα 0,78 γραμμάρια ανά τετραγωνικό μέτρο. Ένα τέτοιο υλικό εξαιρετικά χαμηλής πυκνότητας δεν έχει ακόμη παραχθεί σε εργαστηριακά περιβάλλοντα. Ακόμη και το κανονικό χαρτί εκτύπωσης έχει πυκνότητα περίπου 80 g ανά τετραγωνικό μέτρο. Για να φτιάξουμε πάνελ με πυκνότητα 0,78 gms/m2, θα χρειαστούμε βαθιά γνώση της επιστήμης των υλικών.

Μπορούμε να διατυπώσουμε θεωρίες για την κατασκευή επαναστατικών μεγαδομών που θα μας βοηθήσουν στο άρμεγμα όλης της ενέργειας από τον Ήλιο, αλλά το να το κάνουμε αυτό με πρακτική έννοια είναι επί του παρόντος πέρα ​​από το πεδίο της μηχανικής ικανότητας της ανθρωπότητας. Η δημιουργία μιας υποδομής για την κατασκευή, την ανάπτυξη και τη διατήρηση σμηνών ή φυσαλίδων ηλιακών δορυφόρων ή καταστάσεων που συλλέγουν γύρω από τον Ήλιο απλά δεν είναι δυνατή με τους πόρους που έχουμε επί του παρόντος στη Γη. Θα χρειαζόμασταν κάποιας μορφής «αυτοαναπαραγόμενες» μηχανές—όπως προτάθηκε από τον George Dvorsky—για να φτιάξουμε ποτέ μια αληθινή σφαίρα Dyson.