Мы уже рассказали о проектах орбитальных поселений и космического лифта, которые способна реализовать цивилизация планетарного масштаба. В последней части нашего материала рассмотрим категорию астросооружений, которые могла бы построить цивилизация, освоившая все ресурсы своей звездной системы.
Сфера Дайсона
Осенью 2015 года до этого практически никому не известная звезда KIC 8462852 (ее также называют звезда Табби) попала в заголовки всех крупнейших мировых СМИ. Дело в том, что наблюдавший ее телескоп Kepler обнаружил изменения яркости светила. Как правило, такие события вызваны транзитами экзопланет. Однако спады яркости звезды Табби имели непериодический характер и при этом отличались разной глубиной. Это привело к появлению множества различных объяснений феномена. Но внимания СМИ, разумеется, удостоилась версия, которая шла последней по степени вероятности: строительство вокруг звезды сферы Дайсона.
Что же такое сфера Дайсона? В 1960 году астрофизик Фримен Дайсон презентовал проект гипотетического сооружения, которое могла бы возвести вокруг собственной звезды чрезвычайно развитая цивилизация. Обычно ее представляют как тонкостенную сферу с диаметром, близким к диаметру земной орбиты. Такое сооружение пригодилось бы в решении двух основных задач: максимально полного сбора энергии звезды и расширения жизненного пространства. Кроме того, сфера Дайсона могла бы объяснить «великое молчание Вселенной», также называемое парадоксом Ферми. Возможно, все высокоразвитые цивилизации спрятались внутри подобных сооружений и не особо интересуются тем, что происходит снаружи.
Концепция сооружения такого масштаба моментально захватила умы как ученых, так и фантастов. В последующие десятилетия сфера Дайсона стала предметом ряда исследований, направленных на оценку реалистичности ее создания. Инженеры довольно быстро пришли к выводу, что в своем классическом виде сфера Дайсона является весьма уязвимой конструкцией. Так, поскольку центробежная сила достигает максимума на экваторе и равна нулю на полюсах вращающегося тела, на полюсах сферы Дайсона ничто не уравновешивает силу притяжения центрального светила. В результате сфера будет неизбежно разрушена. Поэтому она не может быть сплошной — вблизи ее полюсов должны остаться незастроенные фрагменты.
Другая очевидная проблема — многочисленные кометы, астероиды и иные тела, которые будут пролетать через сферу, повреждая ее участки. Также она должна сохранять устойчивость и выдерживать гравитационное воздействие других планет, не деформироваться вследствие излучения звезды. И, наконец, не стоит забывать про ее гигантский объем. Создание сферы Дайсона вокруг Солнца потребует количества вещества, как минимум сопоставимого с массой Юпитера.
Все эти факторы привели к тому, что современные астрономы считают крайне маловероятной возможность существования сфер Дайсона в их классическом представлении. Единственное потенциальное исключение — белые карлики. Ввиду их небольших размеров и тусклости радиус обитаемой зоны в такой системе будет на порядки меньше, чем вокруг звезды вроде нашего Солнца. Соответственно, это предусматривает создание куда меньшей сферы Дайсона, на что потребуется намного меньше материала. Но творцам даже такого сооружения будет весьма непросто. Многие белые карлики окружены поясами, состоящими из обломков уничтоженных планет, что может существенно усложнить задачу космической стройки в их окрестностях.
Рой Дайсона
Учитывая многочисленные сложности, с которыми сопряжено возведение оригинальной сферы Дайсона, различные ученые и футурологи предложили несколько ее более реалистичных модификаций. Одна из них предполагает строительство жесткого кольца относительно небольшого диаметра вдоль экватора звезды. Классический пример такого сооружения приведен в знаменитой серии «Мир-кольцо» Ларри Нивена.
Однако, хотя создание кольца Дайсона, безусловно, является более простой задачей, нежели строительство сферы, это сооружение все равно будет обладать рядом ее исходных недостатков, включая проблемы с устойчивостью и необходимость найти какое-то решение относительно устранения угрозы его разрушения астероидами и кометами.
Поэтому в последнее время набрала популярности идея так называемого роя Дайсона. Авторы этой концепции предлагают вместо единой колоссальной структуры построить множество отдельных космических станций. Их орбиты будут согласовываться между собой, благодаря чему они образуют очень плотную, но не сплошную сферу.
С технической точки зрения создание подобного роя намного проще, нежели строительство цельного сооружения. Его можно начать возводить постепенно, со временем наращивая количество элементов. Само строительство, по всей видимости, будет осуществляться роботами, действующими в автономном режиме, а передача собранной энергии — беспроводным способом.
Впрочем, стоит сказать, что далеко не все ученые согласны с тем, что даже если какая-то цивилизация достигнет технологического уровня, позволяющего строить астросооружения такого масштаба, она непременно этим займется. Так, использование водорода из газовых гигантов в термоядерном синтезе в перспективе видится более эффективным способом получения энергии, нежели строительство вокруг звезды оболочки с целью сбора ее света. Расчеты свидетельствуют, что запаса энергии того же Юпитера хватило бы на 300 млн лет существования цивилизации, способной реализовать такой проект.
Вызывает сомнения и идея использования сферы Дайсона в качестве источника жизненного пространства. Если бесконтрольно растущая цивилизация достигла такого числа особей, что для них перестает хватать поверхности небесных тел, то, по всей видимости, она исчерпает все ресурсы системы и погибнет задолго до завершения создания сферы Дайсона.
Но, несмотря на все это, поиск следов сфер Дайсона (или подобных им сооружений) является одним из приоритетных направлений многих проектов SETI. Правда, пока что они не могут похвастаться особым уловом. Даже в тех случаях, когда астрономам удавалось найти какой-то подозрительный объект, позже у аномалии появлялось естественное объяснение. Что касается уже упомянутой звезды Табби, последующие наблюдения тоже позволили исключить инопланетную версию изменения ее яркости.
Тем не менее, энтузиасты SETI не унывают и продолжают поиски. Учитывая размеры Вселенной, нельзя исключать, что на ее просторах действительно могут найтись подобные структуры. Но также возможно, что ни одна из цивилизаций пока еще просто не успела достичь такого уровня развития, чтобы начать создание астросооружений столь грандиозного масштаба.
Звездная машина
В некоторых фантастических произведениях («Бегство Земли», «Блуждающая Земля») нашей планете угрожает взрыв Солнца, поэтому власти принимают решение спасти ее, «эвакуировав» на безопасное расстояние. Самое интересное заключается в том, что при всей откровенной безумности подобных сюжетов (в конце концов, Солнце физически не может превратиться в сверхновую), ученые разработали несколько проектов мегаструктур, которые позволят, ни много ни мало, переместить всю Солнечную систему. Их называют звездными двигателями, или звездными машинами.
Базовая концепция подобного сооружения предполагает превращение звезды в гигантский двигатель. Для этого предлагается использовать зеркало достаточно больших размеров, световое давление на которое будет уравновешено гравитационным притяжением звезды. Поскольку давление излучения звезды в результате приобретет несимметричный характер (то есть в одном из направлений будет излучаться больше энергии), разница в давлении придаст тяги, и звезда начнет ускоряться в сторону паруса вместе со всеми планетами.
Конечно, создаваемые таким парусом тяга и ускорение будут крайне незначительными, зато они обеспечат стабильность перемещаемой звездной системе. Расчеты показывают, что если с помощью такого зеркала перенаправить половину солнечного излучения, это даст изменение скорости на 20 м/с и удаление от исходной позиции на 0,03 светового года за миллион лет. За миллиард лет изменение скорости будет составлять 20 км/с, а удаление от исходной позиции — 34 000 световых лет.
Другой проект звездной машины предполагает в качестве двигателя сферу Дайсона, чья внутренняя поверхность будет частично зеркальной. Таким образом цивилизация сможет не только максимально полно использовать энергию своей звезды, но и превратит свою родную систему в гигантский космический корабль.
Еще один вариант, разработанный астрофизиком Дэвидом Капланом, предлагает воспользоваться сфокусированным с помощью зеркал излучением звезды для нагрева регионов на поверхности звездной машины с целью создания потоков солнечного ветра, которые затем будут захватываться электромагнитными полями и послужат рабочим телом для гигантского двигателя, работающего по принципу двигателя Бассарда. Расчеты Каплана говорят о том, что таким образом можно будет разогнать звезду до 200 км/с и преодолеть расстояние в 10 парсек (32,6 светового года) за миллион лет.
Конечно, на данный момент подобные проекты выглядят как не более чем занятные мысленные эксперименты. Но следует понимать, что нашей цивилизации в целом очень повезло. Солнечная система находится в довольно тихом регионе, расположенном вдали от переполненного галактического центра, где ей почти не угрожают такие катастрофические события, как вспышки сверхновых или сближения с иными звездами. Если во Вселенной существуют другие цивилизации, весьма вероятно, что не все они могут похвастаться подобной роскошью. В этом случае их обитатели вполне могли бы заинтересоваться концепцией звездной машины и построить ее, чтобы переместить свою систему в более безопасный уголок своей галактики. А поскольку наше Солнце тоже не стоит на месте, а обращается вокруг центра Млечного пути, и его окружение постоянно меняется, не исключено, что однажды концепция звездной машины может пригодиться и человечеству.
