Sådan fungerer Dyson Spheres

Næste gang du fylder din bils benzintank op, tag et øjeblik på at huske, at fossile brændstoffer er en begrænset ressource. Til sidst, menneskeheden bliver nødt til at mætte sin sult efter energi fra andre kilder.

Løsningen, måske, er i stjernerne. Eller mere præcist, vores sol. Forestil dig at fylde din bils tank ikke med benzin, men med rent solskin. I en fjern fremtid, dette kan ske takket være konceptet a Dyson sfære .

Tænk på en Dyson -sfære som en enorm, energifangende bold bygget op omkring en stjerne. Det griber solenergi og omdanner det til den slags energi, vi kan bruge til at drive køretøjer, computere eller hvad som helst andet avanceret, energisugende teknologier, vi formår at udvikle i de næste par millioner år. Det er, selvfølgelig, hvis vi formår at overleve så længe uden at sprænge alting i luften.

Dyson -kugler er stadig meget i det imaginære udviklingsstadium. Men det er ikke svært at se, hvorfor vi en dag skulle have brug for større, mere kraftfulde energikilder. Vi brænder fossile brændstoffer med stadigt stigende hastigheder for at kunne drive alle former for gadgets og varer. Bæredygtige energikilder, såsom sol- og vindkraft, er gode til at supplere kul og råolie, men lige nu kan de ikke drive alle vores biler og smartphones.

Fantastiske Dyson -kugler er blevet en hæfteklammer i science fiction -bøger og tv -shows og internetfora. "Star Trek" junkier debatterer de relative muligheder (eller latterlighed) for at forsøge at indkapsle en hel stjerne med en menneskeskabt maskine. Blogglade videnskabsfolk lægger blotte ideer til, hvordan disse gigantiske sfærer skal realiseres; andre adskiller deres forhåbninger med stikkende kommentarer.

Uanset hvad du synes om ideen, en ting er sikkert:Når hanerne endelig løber tørre på olie, og til sidst vil de, menneskeheden bliver enten nødt til at skalere ned på sit energiforbrug eller finde nye strømkilder. Måske er en Dyson -sfære vejen.

1. Du er så civiliseret
2. Bomblignende magt
3. Sol satellitter
4. Dysonets dilemma

Du er så civiliseret

Ikke alle civilisationer er ens, i hvert fald ifølge nogle teorier. I begyndelsen af ​​1960'erne, en astrofysiker ved navn Nikolai Kardashev foreslog tanken om, at der kan være tre klassifikationer af civilisation i universet.

Type I civilisationer har lært at udnytte alle energikilderne på deres hjemplanet. Det ville være os. Eller i det mindste, en dag kan det være os. Ifølge teoretisk fysiker Michio Kaku, vi kan komme til det niveau i det næste århundrede eller to.

EN Type II civilisationen forstår, hvordan man kan udnytte al stjernens energi i sit solsystem. Og Type III civilisationer, en status, vi kan nå om flere millioner år, vide, hvordan man fanger og fokuserer energien i hele galakser.

Vi mennesker er tydeligvis ikke Type III -materiale endnu. Først, vi må starte med baby skridt - ved at afslutte plyndringen af ​​vores planet for at udnytte dens resterende ressourcer. Og så, vi vil forsøge at skubbe os ind i det mere fornemme Type II -kvarter ved at fange og kanalisere den enorme energi fra vores sol. Dette kan muligvis lade sig gøre i de næste tusinde år, hvis vi forbliver i live så længe.

I sin bog fra 1937, "Stjernemagere, "forfatteren Olaf Stapledon var måske den første person til at forestille sig en såkaldt" lysfælde ", der blev brugt til at udvinde solens energi. Han skrev om energioptagelsessystemer så enorme, at de rent faktisk dæmpede lyset i galakserne.

Denne historie er det, der udløste Freeman Dysons sind, en matematiker og teoretisk fysiker. Han begyndte at overveje, hvor muligt eller umuligt det kunne være at fange al en stjernes energi til menneskelig brug.

Bomblignende magt

Solen producerer en ufattelig mængde energi. For at sige det på en måde, den genererer omkring 5 x 1023 hestekræfter. Ifølge NASA, det er nok energi til at smelte en isbro (to miles bred og en kilometer tyk), der strækker sig fra jorden til solen ... på et enkelt sekund [kilde:NASA]. Det er den grove ækvivalent af en billion 1 megaton bomber, der går ud hvert sekund. For at sige det på en mindre skræmmende måde, et enkelt sekund med solaktion er nok til at drive vores verden i en halv million år [kilde:Boston.com].

Det er en alvorlig mængde magt. Hvert sekund, Jorden modtager omkring 400 billioner billioner (nej, det er ikke en stavefejl) watt værd af solens magt. På grund af dens afstand og retning, det meste når ikke vores planet. Omkring solen med en energibesparende megastruktur som en kugle ville være en langt mere effektiv måde at fange solens skøre juice.

Du kunne bygge en solid kugle omkring solen for at fange hver sidste stråle. Derved, du ville have 550 millioner gange mere overfladeareal end hele vores planet, alle fangststråler for at sende tilbage til Moder Jord i form af rå kraft.

Selvfølgelig, udover at styrte millioner af mennesker på jorden i permanent sæsonbetinget affektiv lidelse, du vil stå over for meget reelle tyngdekraftsudfordringer. Kort sagt, det ville være virkelig svært at holde solen centreret i kuglen, hvilket betyder, at det kan kollidere med en kant af en kugle, forårsager en katastrofe så fantastisk, at den sandsynligvis ville få flest YouTube -visninger nogensinde ... hvis nogen overlevede for at uploade den.

Der er også den ekstreme vanskelighed at finde nok råvarer til at bygge en solid skal. En sådan bedrift ville sandsynligvis kræve mere materiale, end vi kunne finde i hele vores solsystem.

Selvom vi kunne finde nok fast materiale til at bygge en solid kugle til at omslutte hele solen, styrken af ​​denne gigantiske solbold skulle være Herculean. Ellers ville kuglen bare bryde i et utalligt antal stykker. Med andre ord, det ville være endnu en spektakulær fiasko.

Så, lad os springe den umulige faste kugle helt over. På den næste side vil du læse om ideer, der måske er mere inden for virkelighedens område.

Sol satellitter

Det ville være umuligt for os at bygge en solid kugle omkring en stjerne. Freeman Dyson indrømmede lige så meget. Han foreslog i stedet et koncept, hvor vi frigav mange uafhængige maskiner til at cirkulere rundt om solen, samler energi og sender den til jorden.

Satellitterne kan være arrangeret i pæne ringe. Eller de zoomer på forskellige baner rundt som en sværm af bier, der samler magtpollen. Nogle kan være beboelige, eller de kan udelukkende bruges til energisamling.

I stedet for en solid kugle eller ring af satellitter, der er en tredje konfiguration, der muligvis udgør en Dyson -sfære. I dette tilfælde, et nummer af solsejl ville kredser om solen. Disse sejl ville skabe en løs boble omkring solen, holdes på plads takket være en tyngdekraftsbalance og strålingstryk fra stjernen indeni.

Disse satellitter ville faktisk blive kaldt statitter (afledt af ordene satellit og statisk), fordi de svæver et sted i stedet for at bevæge sig i kredsløb. Som med ringen eller sværm konceptet, statitter ville absorbere udgående solenergi og derefter omdirigere det til Jorden til vores brug.

Uanset den endelige plan, en Dyson -ring, kugle, boble eller sværm vil kræve materielle ressourcer og energi i en hidtil uset skala. Vi finder ikke nok råvarer til dette projekt på Jorden. Så nogle spekulative typer har foreslået et alternativ - høst materialer fra andre planeter, såsom Merkur.

Som et ubelejligt vådområde, der bugter sig ned over en jord, der er zoneret til kommerciel brug, vi kunne simpelthen adskille Merkur og sætte sin solbrændte overflade mod et bedre formål. Det er en idé foreslået af Oxford University fysiker Stuart Armstrong.

Kviksølv er fyldt med nyttige materialer (såsom jern), og det er den planet, der er tættest på solen, så det giver mening at starte der. Når Merkur er demonteret, og de første Dyson -ringe er installeret, projektet ville samle fart og fart, samler mere og mere energi, tilskynde til produktion af større og bedre solfangere. Og selvfølgelig, al den energi ville blive brugt til andre formål, såsom supercomputing (på en aldrig før set skala), hurtigere rumfartsteknologier og utallige andre ideer, vi ikke engang har forestillet os.

Vi behøvede ikke at gøre alt dette med omhyggeligt arbejde. Robotter ville udføre arbejdet med minedrift og samling af nye solarrays. Og antallet af robotter vil løbende stige (takket være selvreplikerende muligheder), efterhånden som projektets omfang vokser, indtil de blev en hær af automater, der knuste planeter og asteroider for at fremstille flere og flere energisamlere.

Dysonets dilemma

Universet er en forkølelse, hjerteløst sted. Når vi har brugt alle vores jordbaserede energiressourcer, vi har hårdt brug for en måde at drive vores ovne og køleskabe på. Vores sol ligner et kraftigt kraftværk, varm og livgivende. Det er vores bedste forsøg på at forevige vores art og udvikle os til mere dygtige væsner.

På nuværende tidspunkt, selvom, en Dyson -sfære af enhver art er simpelthen uden for vores evner. Hvis vi valgte at udvinde Merkur, for eksempel, vi har brug for robotteknologi, der bare ikke findes i øjeblikket. Disse robotter skulle operere fejlfrit langt fra deres menneskelige kommandører, arbejdet i årtier med at omdanne råvarer til energisamlerteknologi. Det betyder at udvinde de værdifulde metaller fra sten og derefter på en eller anden måde bygge sofistikeret elektronik, alt uden menneskelig hjælp på stedet.

Der er også udfordringen med at få samlet strøm tilbage til Jorden, så den kan drive dit fjernsyn. En rigtig lang forlængerledning vil sandsynligvis ikke klippe den. Folk har i stedet foreslået at bruge laserstråler eller mikrobølger til dette formål. Men lasere mister deres effektivitet efter at have rejst mindre end en kilometer. Mikrobølger arbejder på meget længere afstande (næsten 100 miles, eller 161 kilometer), men ikke i nærheden af ​​langt nok til formål med en Dyson -sfære.

Selvom det ikke er en mulighed i øjeblikket at drive vores planet på denne måde, konceptet med Dyson -kugler kan meget vel hjælpe os med at finde udenjordiske, der er flyttet forbi Type I -stadiet. I 1960, Dyson regnede med, at hvis en civilisation virkelig formåede at kanalisere en stjernes elektromagnetiske energi, der ville blive en masse restvarme skubbet udad som et biprodukt.

At opdage, at udgående infrarød stråling kan være nøglen til at opdage andre intelligente livsformer på den anden side af universet, hvilke forskere i øjeblikket undersøger. De har allerede fundet områder med meget varme fra en stjerne, men uden lys, får nogle til at tro, at rumvæsner måske fanger meget af energien.

Hvad alt dette betyder er, at vi simpelthen sidder fast i kategorien Type I -civilisation i øjeblikket. Som århundrederne går, selvom, vores teknologier kan komme eksponentielt frem. Og hvis de gør det, vi kan opleve, at vi er i stand til at gøre vores sol til en strømkilde, der kan forvandle hele vores race, gør os mere teknologisk dygtige og pladsværdige, end vi nogensinde kunne have drømt.

Masser mere information

Forfatterens note:Sådan fungerer Dyson Spheres

Det er umuligt at vide, hvad der venter på menneskehedens fremtid. Allerede i vores historie, store civilisationer er rejst og kollapset. Vil vores nuværende inkarnation finde vej frem uden selvdestruktion? Vil vi bombe os selv tilbage i den mørke middelalder? Eller vil et skift i klimaet eller en ukuelig virus afslutte livet, som vi kender det? Hvis vi ved en tilfældighed kommer ud af vores nuværende form til en højere tilstand af væren, vi får helt sikkert brug for mere energi. Og uden noget uforudset fysikgennembrud, solen er den eneste måde, vi formår at give næring til vores udvikling i tusinder eller millioner af år fremover.

relaterede artikler

• Sådan fungerer solceller
• Sådan fungerer solpanel motorveje
• Kunne selvlysende solkoncentratorer gøre solenergi mere overkommelig?
• Sådan fungerer solsejl

Kilder

• Boyle, Rebecca. "Hvorfor er det ikke det værd at gøre kviksølv til en Dyson -sfære for at høste solenergi." Populær videnskab. 4. april kl. 2012. (8. august, 2014) http://www.popsci.com/science/article/2012-04/why-death-star-attack-mercury-harvest-solar-energy-not-worth-it
• Byrd, Deborah. "Hvad er en Dyson -sfære?" EarthSky. 21. marts 2014. (8. august, 2014) http://earthsky.org/space/what-is-a-dyson-sphere
• Kain, Fraser. "Hvad er en Dyson -sfære?" Univers i dag. 19. september, 2013. (8. august, 2014) http://www.universetoday.com/104919/what-is-a-dyson-sphere/
• Courtland, Rachael og Gorman, Celia. "Freeman Dyson forudsiger fremtiden." IEEE -spektrum. 18. juli 2014. (8. august, 2014) http://spectrum.ieee.org/tech-talk/aerospace/space-flight/freeman-dyson-predicts-the-future
• Dvorsky, George. "Sådan bygger du en Dyson -sfære i fem (relativt) lette trin." Io9. 17. april kl. 2012. (8. august, 2014) http://io9.com/5902205/how-to-build-a-dyson-sphere-in-five-relatively-easy-steps
• Gilster, Paul. "At finde ET i dataene (jagt på Dyson -sfærer varmer op)." Den frie republik. 17. april kl. 2013. (8. august, 2014) http://www.freerepublic.com/focus/chat/3008904/posts
• Knapp, Alex. "At ødelægge Merkur for at bygge en Dyson -sfære er en dårlig idé." Forbes. 3. april kl. 2012. (8. august, 2014) http://www.forbes.com/sites/alexknapp/2012/04/03/destroying-mercury-to-build-a-dyson-sphere-is-a-bad-idea/
• Knapp, Alex. "Nogle flere notater om det upraktiske ved at bygge en Dyson -sfære." Forbes. 4. april kl. 2012. (8. august, 2014) http://www.forbes.com/sites/alexknapp/2012/04/04/a-few-more-notes-on-the-impracticality-of-building-a-dyson-sphere/
• Tate, Karl. "Dyson Spheres:Hvordan avancerede fremmede civilisationer ville erobre galaksen." Plads. 14. januar, 2014. (8. august, 2014) http://www.space.com/24276-dyson-spheres-how-advanced-alien-civilizations-would-conquer-the-galaxy-infographic.html