Ми вже розповіли про проєкти орбітальних поселень і космічного ліфта, які здатна реалізувати цивілізація планетарного масштабу. В останній частині нашого матеріалу розглянемо категорію астроспоруд, які могла б побудувати цивілізація, що освоїла всі ресурси своєї зоряної системи.
Сфера Дайсона
Восени 2015 року до цього практично нікому не відома зоря KIC 8462852 (її ще називають зоря Таббі) потрапила у заголовки всіх найбільших світових ЗМІ. Річ у тім, що телескоп Kepler, що спостерігав її, виявив зміни яскравості світила. Як правило, такі події спричиняють транзити екзопланет. Однак спади яскравості зорі Таббі мали неперіодичний характер і при цьому вирізнялися різною глибиною. Це спричинило появу безлічі різних пояснень феномена. Але увагу ЗМІ, зрозуміло, привернула версія, що була останньою за ймовірністю: будівництво навколо зорі сфери Дайсона.
Що таке сфера Дайсона? 1960 року астрофізик Фрімен Дайсон представив проєкт гіпотетичної будівлі, яку могла б звести навколо своєї зорі надзвичайно розвинена цивілізація. Зазвичай її уявляють як тонкостінну сферу з діаметром, близьким до діаметра земної орбіти. Така споруда знадобилася б для вирішення двох основних завдань: максимально повного збирання енергії зорі та розширення життєвого простору. Крім того, сфера Дайсона могла б пояснити “велике мовчання Всесвіту”, яке також називають парадоксом Фермі. Можливо, всі високорозвинені цивілізації сховалися всередині подібних споруд і не надто цікавляться тим, що відбувається зовні.
Концепція споруди такого масштабу моментально полонила думки як вчених, так і фантастів. У наступні десятиліття сфера Дайсона стала предметом низки досліджень з метою оцінки реалістичності її створення. Інженери досить швидко дійшли висновку, що у своєму класичному вигляді сфера Дайсона є дуже вразливою конструкцією. Так, оскільки відцентрова сила досягає максимуму на екваторі і дорівнює нулю на полюсах тіла, що обертається, то на полюсах сфери Дайсона ніщо не врівноважує силу тяжіння центрального світила. В результаті сфера неминуче зруйнується. Тому вона не може бути суцільною — поблизу її полюсів мають лишатися незабудовані фрагменти.
Іще одна очевидна проблема — численні комети, астероїди та інші тіла, які пролітатимуть крізь сферу, пошкоджуючи її ділянки. Також вона має зберігати стійкість та витримувати гравітаційну дію інших планет, не деформуватися під впливом випромінювання зорі. І нарешті, не варто забувати про її грандіозний об’єм. Створення сфери Дайсона навколо Сонця вимагатиме кількість речовини, яку щонайменше можна порівняти з масою Юпітера.
Усі ці фактори призвели до того, що сучасні астрономи вважають украй малоймовірною можливість існування сфер Дайсона у їхньому класичному уявленні. Єдиний потенційний виняток — білі карлики. Через їхні невеликі розміри і тьмяність радіус заселеної зони в такій системі буде на порядок менше, аніж навколо зорі на кшталт нашого Сонця. Відтак це передбачає створення набагато меншої сфери Дайсона, на що знадобиться куди менше матеріалу. Проте творцям навіть такої споруди буде дуже непросто. Багато білих карликів оточені поясами, що складаються з уламків знищених планет, здатних суттєво ускладнити завдання космічного будівництва у своїх околицях.
Рій Дайсона
З огляду на численні складнощі, з якими пов’язане зведення оригінальної сфери Дайсона, різні вчені та футурологи запропонували кілька її більш реалістичних модифікацій. Одна з них передбачає побудову жорсткого кільця відносно невеликого діаметра вздовж екватора зорі. Класичний приклад такої споруди наведений у знаменитій серії “Світ-кільце” Ларрі Нівена.
Однак, хоча створення кільця Дайсона, безумовно, є простішим завданням, аніж будівництво сфери, ця споруда все одно матиме низку її вихідних недоліків, разом з проблемами зі стійкістю і необхідністю знайти якесь рішення щодо запобігання загрозі її руйнації астероїдами і кометами.
Тому останнім часом набрала популярності ідея так званого рою Дайсона. Автори цієї концепції пропонують замість єдиної колосальної структури збудувати безліч окремих космічних станцій. Їхні орбіти сполучатимуться між собою, завдяки чому утворять дуже щільну, але не суцільну сферу.
З технічної точки зору створення такого рою набагато простіше за будівництво цілісної споруди. Його можна почати зводити поступово, згодом нарощуючи кількість елементів. Саме будівництво, мабуть, здійснюватиметься роботами, що діють в автономному режимі, а передача зібраної енергії — бездротовим способом.
Варто зауважити, що далеко не всі вчені згодні з тим, що навіть якщо якась цивілізація досягне технологічного рівня, що дозволить будувати астроспоруди такого масштабу, вона неодмінно цим займатиметься. Так, використання водню з газових гігантів у термоядерному синтезі в перспективі є ефективнішим способом отримання енергії, ніж будівництво навколо зорі оболонки з метою збирання її світла. Розрахунки свідчать, що запасу енергії того ж Юпітера вистачило б на 300 млн років існування цивілізації, здатної реалізувати такий проєкт.
Викликає сумніви й ідея використання сфери Дайсона як джерела життєвого простору. Якщо цивілізація безконтрольно зростає і досягла такої кількості особин, що для них уже не доста поверхні небесних тіл, то, очевидно, вона вичерпає всі ресурси системи і загине задовго до завершення зведення сфери Дайсона.
Утім, попри все це, пошук слідів сфер Дайсона (або подібних до них споруд) є одним із пріоритетних напрямків багатьох проєктів SETI. Щоправда, поки що вони не можуть похвалитися особливим уловом. Навіть у випадках, коли астрономам вдавалося знайти якийсь підозрілий об’єкт, пізніше в аномалії з’являлося природне пояснення. Щодо вже згаданої зорі Таббі, подальші спостереження теж дозволили виключити інопланетну версію зміни її яскравості.
Хай там як, ентузіасти SETI не сумують і продовжують пошуки. Враховуючи розміри Всесвіту, не слід виключати, що на його просторах дійсно можуть знайтися подібні структури. Однак також можливо, що жодна з цивілізацій поки що просто не встигла досягти такого рівня розвитку, щоб розпочати створення астроспоруд настільки грандіозного масштабу.
Зоряна машина
У деяких фантастичних творах (“Втеча Землі”, “Блукаюча Земля”) нашій планеті загрожує вибух Сонця, і тому влада приймає рішення врятувати її, “евакуювавши” на безпечну відстань. Найцікавіше полягає в тому, що за всієї відвертої шаленості подібних сюжетів (врешті, Сонце фізично не може перетворитися на наднову), вчені розробили кілька проєктів мегаструктур, які дозволять, немало-небагато, перемістити всю Сонячну систему. Їх називають зоряними двигунами, або зоряними машинами.
Базова концепція подібної споруди передбачає перетворення зорі на гігантський двигун. Для цього пропонується використовувати дзеркало досить великих розмірів, світловий тиск на яке буде врівноважено гравітаційним тяжінням зорі. Оскільки тиск випромінювання зорі зрештою набуде несиметричного характеру (тобто в одному з напрямків випромінюватиметься більше енергії), різниця в тиску надасть тяги, і зоря почне прискорюватися в бік вітрила разом з усіма планетами.
Звичайно, тяга і прискорення, що створюються таким вітрилом, будуть украй невеликими, зате вони забезпечать стабільність зоряної системи, що переміщується. Розрахунки показують, що якщо за допомогою такого дзеркала перенаправити половину сонячного випромінювання, це дасть зміну швидкості на 20 м/с та віддалення від вихідної позиції на 0,03 світлового року за мільйон років. За мільярд років зміна швидкості становитиме 20 км/с, а віддалення від вихідної позиції — 34 000 світлових років.
Інший проєкт зоряної машини передбачає як двигун сферу Дайсона, чия внутрішня поверхня буде частково дзеркальною. Таким чином цивілізація зможе не лише максимально повно використати енергію своєї зорі, а й перетворить свою рідну систему на гігантський космічний корабель.
Ще один варіант, розроблений астрофізиком Девідом Капланом, пропонує скористатися сфокусованим за допомогою дзеркал випромінюванням зорі для нагріву регіонів на поверхні зоряної машини з метою утворення потоків сонячного вітру, які потім захоплюватимуться електромагнітними полями і слугуватимуть робочим тілом для гігантського двигуна, що працює за принципом двигуна Бассарда. Розрахунки Каплана свідчать, що таким чином можна буде розігнати зорю до 200 км/с і подолати відстань у 10 парсек (32,6 світлового року) за мільйон років.
Звичайно, зараз подібні проєкти здаються не більш ніж цікавими уявними експериментами. Але треба розуміти, що нашій цивілізації загалом дуже пощастило. Сонячна система перебуває в досить тихому регіоні, розташованому далеко від переповненого галактичного центру, де їй майже не загрожують такі катастрофічні події, як спалахи наднових чи зближення з іншими зорями. Якщо у Всесвіті існують інші цивілізації, досить вірогідно, що не всі вони можуть похвалитися такою розкішшю. У цьому випадку їхні мешканці цілком могли б зацікавитися концепцією зоряної машини та побудувати її, щоб перемістити свою систему у безпечніший куточок своєї галактики. А оскільки наше Сонце теж не стоїть на місці, а обертається навколо центра Чумацького шляху, і його оточення постійно змінюється, не виключено, що одного разу концепція зоряної машини може стати у пригоді й для людства.
