Dysons Sphäre - wofür ist sie? Teil III: Anwendung des Dyson-Rings und einzelner Elemente
Nachdem ich im ersten Teil des Artikels die Geschichte der Idee der Dyson-Sphäre untersucht und die einfachste und praktischste Version ihres Entwurfs in Form eines nicht starren Dyson-Rings bestimmt hatte, widmete ich den zweiten Teil des Artikels einer detaillierten Analyse des Entwurfs eines solchen Rings aus getrennten (mäßig gigantischen) autonomen Elementen. Dort wurde der Aufbau eines eher primitiven autonomen Elements des Rings ausführlich beschrieben, dessen ungefähres Gewicht und die Parameter des gesamten Rings für zwei Radien berechnet.
Jetzt kommen wir zum Punkt: Warum können wir einen solchen nicht starren Ring aus getrennten autonomen Elementen verwenden?Erstens ist, wie bereits oben beschrieben, jedes sechseckige (oder achteckige) Element des Rings mit einem versiegelten Zentralmodul selbst eine Basis für die Energieerzeugung + oder eine autonome Kolonie für mehrere Hundert oder Tausende von Menschen (mit Lebensmittelproduktion), die Tsiolkovskys Träume verkörpert über „ätherische Städte“ oder eine Aufbereitungsanlage für Mineralien (energieintensive Materialproduktion) und / oder eine Kraftstofferzeugungsstation (in Form eines Sauerstoff / Wasserstoff-Paares sowie andere Gase für verschiedene Motoren, Anreicherung aus otopov für nukleare und thermonukleare Reaktionen).Zweitens kann jedes Element des Rings die Neigung seines Spiegels in Richtung der Sonne ändern und seinen „Hasen“ des reflektierten Sonnenlichts dorthin lenken, wo es benötigt wird: zu anderen Elementen, zur Erde, zu einem Raumschiff oder zu einem Asteroiden, der beleuchtet, erwärmt werden muss, verdampfen, entwickeln. Dies ist Energie und Waffen und ein Signal - alles auf der Liste. Ähnliches wird zu Beginn (von 10 bis 50 Sekunden) dieses Videos gezeigt. Drittens kann die auf dem Element erzeugte Energie vom Element umgeleitet werden: über Kabel - zu benachbarten Elementen des Rings, durch Laser- oder HF-Funkstrahlen zu Empfangsstationen innerhalb des Rings oder zu Asteroiden oder zu Raumfahrzeugen (im Extremfall und direkt zu Satelliten und Planeten).Viertens werden alle oben beschriebenen Verbesserungen sowie Projekte der Ringmodernisierung, die selbst unserer Vorstellung noch nicht zugänglich sind, auf der Grundlage des ursprünglichen Rings unter Verwendung seiner Fähigkeiten und Materialien und unter Berücksichtigung der unschätzbaren Erfahrung seiner Konstruktion durchgeführt.Beispiele für die Anwendung einzelner Elemente1. Müssen Sie einen Satelliten oder einen Asteroiden (Kometen) aus der Umlaufbahn verdampfen oder bewegen? Ein oder mehrere Elemente des Rings werden an den gewünschten Punkt geliefert, der mit seinen "Hasen" aus reflektiertem Licht (und unter Zusatz anderer Strahlung) dieses Objekt lange und dauerhaft erwärmt.Solche Einwände klingen oft: Die Schaffung eines riesigen Schwarms von Elementen ist angeblich die Zerstreuung und Verschwendung der Ressourcen des Sonnensystems. Abgesehen von der Arbeitsflüssigkeit, die für die Abgabe des unfertigen Elements und der Reserven in eine stabile Umlaufbahn aufgewendet wird, verschwindet oder verschwindet nichts aus dem System. Auf Wunsch können alle Elemente zu etwas anderem überarbeitet werden, um auf ihrer Grundlage etwas Neues und Perfektes aufzubauen. Es ist einfacher als Material von Grund auf neu zu extrahieren. Die folgenden drei Beispiele hierfür:2. Müssen Sie ein Signal für Lichtjahre an ein anderes System senden? Oder aus der Ferne ein schwaches Signal bekommen? Hier sind die Elemente des Rings nützlich: Jedes Element ist bereits eine Antenne für sich. Sie können mehrere Elemente des Rings zu einer parabolischen oder sphärischen Antenne zusammenbauen, in die richtige Richtung einsetzen und dem Fokus ein Strahlungs- / Empfangsgerät hinzufügen.3.Müssen Sie ein riesiges Archenschiff zusammenbauen, um in Hunderten von Jahren einen Nachbarstern zu erreichen (mit einer Geschwindigkeit, die viel langsamer als die Lichtgeschwindigkeit ist)? Elemente des Rings lassen sich leichter zerlegen und an Ort und Stelle im Schiff recyceln, als ein Schiff von Grund auf neu zu bauen.4. Müssen Sie ein riesiges Schiff mit einem Sonnensegel zusammenbauen? Sie können ein oder mehrere Elemente des Rings nehmen und daraus etwas wie ein langsames Schiff bauen, das im Sonnenwind fliegt, zusätzlich zum Schwung anderer Motoren.5.Müssen Sie ein kleineres Schiff mit einer externen Energiequelle zerstreuen? Dies kann erreicht werden, indem Laser- oder andere Strahlen (Licht, HF-Radio) von den Elementen des Rings auf die Empfangsantenne des Schiffes gerichtet werden (die dort empfangene Energie wird dann auf Ionen / Plasma oder andere Motoren gerichtet) oder auf einen reflektierenden Spiegel (Photonenrakete) - Photonentraktion.LaserstrahlbeschleunigungDas letzte Semester klang kürzlich lautstark wie die Idee des DEEP-IN- Projekts ( Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration ), das von Yuri Milner, Stephen Hawking und insbesondere Philip Lyubin (seit 2013) in den nächsten 30-50 Jahren gefördert wurde. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1604/1604.01356.pdf .Übrigens drückte Robert Forward bereits 1984 eine ähnliche Idee des interstellaren Reisens aus (jetzt werden seine Entwürfe als traditionelle Schemata der Sonnensegelboote Matloff und Forward bezeichnet ). Die neue Idee, ultrakleine (in Gramm wiegende) interstellare Sonden mit dünnen und kleinen (etwa 1 m Durchmesser) Lichtsegeln mit leistungsstarken bodengestützten und orbitalen (im Weltraum befindlichen) Laserarrays präzise zu beschleunigen, sorgte für große Resonanz und ernsthafte Diskussionen. Im Prinzip kann ein solches System bei der Lösung vieler technischer Probleme, wobei das Hauptproblem die Laserablation von Segelmaterial ist, eine Minisonde mit einer Geschwindigkeit von natürlich nicht 20%, aber mindestens etwa 5% der Lichtgeschwindigkeit in den interstellaren Raum sprengen. Die Idee des Projekts basiert aufPhilip Lubins Artikel "Eine Roadmap zum interstellaren Flug" mit einem Projektplan , den der Autor im April 2015 an die wissenschaftliche Zeitschrift JBIS: Journal der British Interplanetary Society sandte, und dessen jüngste Ausgabe vom September 2016 ist . Übrigens geht Lubin in dieser Präsentation auf Folie 44 auf die Idee der Dyson-Sphäre und die Probleme beim Auffinden solcher Strukturen ein.Es gibt mehrere große Einwände gegen die Machbarkeit des Projekts (von Kritikern fast sofort geäußert, zum Beispiel kurz und im vorliegenden Fall http://trv-science.ru/2016/04/19/dvojka-po-fizike/ - Fortsetzung: http: // trv -science.ru/2016/05/17/pod-zvezdnym-parusom-k-alpha-centauri/) Das DEEP-IN-Projekt besagt daher, dass Laserarrays für eine solche Beschleunigung in erdnahen Umlaufbahnen (um eine Absorption des Lasers durch die Atmosphäre, eine Selbstfokussierung des Strahls zu vermeiden) oder sogar auf der Erde an einem hohen und trockenen Ort (in einem Präsentationsvideo) angeordnet werden können. Und angeblich von dort aus werden sie die Sonde ein für alle Mal schnell auf die gewünschte Geschwindigkeit verteilen.Das Problem ist, dass Sie eine solche Mini-Sonde mit einem kleinen Segel nicht zu schnell beschleunigen können - die Beschleunigung bricht sie, Sie können ein dünnes Segel nicht einmal mit einem übermäßig starken Laserstrahl aufhellen - die Erwärmung schmilzt das Segel oder passiert es während der Ablation des Materials durch Strahlung. Es ist notwendig, die Sonde langsam und nicht zu leistungsstarken Laser zu dispergieren.Wenn die Sonde jedoch langsam beschleunigt, tritt beim Laserstrahl ein weiteres ernstes Problem auf: Da jeder Laser eine Divergenz (Divergenz) des Strahls aufweist, divergiert der Strahl mit der Entfernung. Der Strahldivergenzwinkel ist normalerweise gleich: θ = 1,22 λ / d , wobei λ die Wellenlänge ist, d der Strahldurchmesser (Durchmesser des Laserauslasses ) ist. Die Diskrepanz für herkömmliche Laser (mit enger Apertur) beträgt etwa 1 Bogenminute. Dies bedeutet, dass der Laserstrahl auf dem Mond bereits einen Durchmesser von etwa 2 km hat und jenseits der Umlaufbahn des Mars Hunderte von Kilometern beträgt! ( mehr Details hier ). Die Beleuchtung des Minisonden-Segels in solchen Entfernungen durch einen so schwachen, gestreuten Strahl ist für seine Beschleunigung fast unbrauchbar - eine langsame Beschleunigung bricht jenseits der Mondbahn ab.Die Autoren des Projekts haben jedoch große Hoffnungen auf phasengesteuerte Anordnungen von kleinen Erbium (Yb) -Faserlasern (Wirkungsgrad bis zu 78%) mit einem Phasensteuergerät. In gewisser Weise ähnelt die Idee eines solchen Laserarrays der Idee eines Radars mit einem aktiven phasengesteuerten Array: Wie phasengesteuerte Arrayelemente müssen Laser die relativen Phasen ihrer Strahlung auf komplexe Weise ändern, so dass sie in einer, der gewünschten Richtung, verstärkt und in alle anderen Richtungen unterdrückt werden(idealerweise). Ein wichtiges positives Detail für die Machbarkeit des Projekts ist der ernsthafte Fortschritt solcher Faserlaser in den letzten Jahren - Fortschritte sowohl bei der Leistung als auch bei der Kompaktheit (eine Verringerung der Größe wird nach dem Moore'schen Gesetz beobachtet) und des Preises. Ein Feld von 1 pro 1 km Größe kann ungefähr 20 Millionen phasenangepasste kleine Kilowatt-Yb-Laser mit einem Gewicht von 25 bis 30 kg mit einem Wirkungsgrad von ungefähr 50% und einer kurzen Wellenlänge (im Bereich von 1 Mikron oder 1060 nm) aufnehmen, um die Ausgabe zu erhalten Laserstrahlung von mehreren zehn Gigawatt - das sogenannte DE-STAR 4-Array. Es wird argumentiert, dass der Strahldivergenzwinkel für ein solches Array: θ = 1,22 λ / d beträgt= 10 ^ -9 Radiant = 0,0002 Bogensekunden, da d hier etwa 1000 m beträgt. Es sind jedoch die linearen Abmessungen und die Masse eines solchen Laserarrays, die die Autoren des Projekts dazu zwingen, die Bodenplatzierung zu wählen, was zu Problemen mit der Atmosphäre im Strahlengang führt.Und das Problem, den Laser auf ein so kleines und für Millionen von Kilometern entferntes Sondensegel zu richten, bleibt ebenfalls bestehen.
Aber Sie können eine Minisonde zuerst mit einer Reihe von Lasern aus der Erdumlaufbahn zerstreuen, dann mit einer anderen Anordnung in der Nähe des Mondes, dann mit einer dritten weiter entfernt ... usw.Und die Elemente des Rings (die in ihren Umlaufbahnen verbleiben) können Energie für solche Laseranordnungen erzeugen oder eine Plattform für die Installation solcher sein Laser. Dazu müssen sie in verschiedenen Umlaufbahnen um die Erde, an Lagrange-Punkten, in Umlaufbahnen um die Sonne mit einem Radius von etwas mehr als 1 AE eingestellt werdenDie Elemente des Rings können im Voraus zu Punkten gesendet werden (z. B. durch herkömmliche Motoren oder durch den Sonnenwind und durch Beleuchtung durch andere Elemente des Rings) entlang des zukünftigen Flugwegs einer solchen Sonde von der Erdumlaufbahn bis hin zum Rand des Sonnensystems. Dort warten die Elemente des Rings mit der in den Batterien und / oder im Kraftstoff angesammelten Energie darauf, dass die Mini-Sonde an ihnen vorbeifliegt, und beleuchten sie mit mäßig starken Laserstrahlen in ihrem Teil der Flugbahn (0,3 bis 0,5 Millionen km lang). Anschließend senden sie die Sonde an die folgenden Elemente:
Gleichzeitig geben sie Energie durch einen Strahl an eine Mini-Sonde ab, beschleunigen sie innerhalb der Reichweite ihres Strahls und passieren einander wie bei einem Staffellauf an einem beschleunigenden Schiff.Oder eine etwas fortgeschrittenere Option: Nicht die Energiereserven in den Batterien nutzen, sondern einfach Licht / Energie entlang der Kette von einem Element zum anderen senden, so dass das aktuell aktive Element, das diese Energie zuletzt aufnimmt, sie zu einer Minisonde leitet, die außerhalb unseres Systems beschleunigt wird:
Übrigens, die Elemente Ringe können nicht nur solche Mini-Sonden für Flüge außerhalb des Systems beschleunigen. Direkt von seinem Platz im Ring aus kann ein Element die systeminternen Frachtschiffe mit Sonnensegeln beschleunigen und verlangsamen, wenn Waren von und zu den Elementen des Rings geliefert werden (natürlich handelt es sich nicht um hohe Geschwindigkeiten). Damit können Sie mit der Entwicklung der Photonentraktion beginnen und die Technik und Methoden für die langsame Beschleunigung und Verzögerung von Schiffen im Sonnensystem verbessern. In dieser Arbeit von 2013Die Autoren (einschließlich Philip Lubin) diskutieren auch solche Intrasystemflüge mit Bremsen im Detail, nachdem das Schiff den Segelspiegel nach vorne gedreht hat (Ping-Pong-Methode).
Das Problem beim Erkennen des Rings von außenDer Moment, der mit dem Senden von Signalen nach außen verbunden ist (Beispiel 2).oben) entsteht in der Montagephase eines solchen Rings. Ob die Schöpfer des Rings es wollen oder nicht, aber wenn die Elemente des Rings zu Segmenten mit charakteristischen Größen von ungefähr 1 Million km kombiniert werden (der Durchmesser von Jupiter, dem größten Planeten im Sonnensystem, beträgt ungefähr 0,14 Millionen km, was siebenmal kleiner ist), dann jeder externe Beobachter , ungefähr in der Ebene des Rings gelegen, beginnt (unabhängig vom Wunsch der Schöpfer des Rings) seltsame, beispiellose, periodische Finsternisse der zentralen Leuchte durch ein Objekt zu registrieren, das durch lineare Dimensionen offensichtlich die Größe von Riesenplaneten überschreitet. Und der Beobachter (es gibt viel mehr solcher in der Galaxie) wird wahrscheinlich nichts in der Ebene des Rings bemerken. Dies ist ein wichtiger Punkt: Ein zufälliger Beobachter hat nur wenige Chancen, von einem solchen Stern aus in die richtige Richtung zu gelangen.Wenn in diesem System in bestimmten Abständen von der Leuchte (mit bestimmten Zeiträumen) keine riesigen Himmelskörper wie rote oder braune Zwerge, schwarze Löcher, kalte (kein Infrarot-Hintergrund emittierende) dünne Staubgas-Protoplanetenwolken entdeckt wurden ( hier zugänglich ) Dies ist ein schwerwiegender Grund für den Betrachter, über die künstlichen Ursachen dieses Phänomens nachzudenken.Wie bei den Astronomen der Erde, die kürzlich mit Hilfe des Kepler-Weltraumteleskops periodische (einmal alle 750 Tage) und kurze (etwa einen Tag) Helligkeitsreduzierungen von 10-22% eines außergewöhnlich stabilen Sterns (gewöhnlicher Spektraltyp F3 V /) feststellten. IV) unter der Nummer KIC 8462852 ( https://geektimes.ru/post/267022/ ). Sie istDer Tabby-Stern , um den (laut Beobachtungen) keine anderen Satellitensterne (rote Zwerge), keine erhöhte Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung vorhanden sind, was bedeutet, dass es höchstwahrscheinlich keinen Planetennebel, keine Asteroidengürtel oder in der Nähe der Sternsatelliten wie Braune Zwerge gibt - es ist einfacher Es gibt keine natürlichen astronomischen Gründe, die eine so große Verfinsterung der zentralen Leuchte erklären könnten. Es gab Versionen mit Kometen, genauer gesagt Exo-Kometen ( https://geektimes.ru/post/266408/ ), einem Asteroidengürtel oder einer kürzlichen Kollision von Exoplaneten.Es sollte beachtet werden, dass die Periode der Finsternisse von 727 Tagen nicht viel den für unser System charakteristischen Kometenrotationsperioden entspricht (ganz zu schweigen von der Tatsache, dass der Durchgang von Kometen in der Nähe eines so massiven Sterns wie der Sonne häufig zu einem vollständigen oder teilweisen Zerfall von Kometen oder zu einer starken Veränderung ihrer Umlaufbahnen führt). Es ist schwer vorstellbar, dass ein so großer (1/5 Scheibe des Sterns bedeckender) und kompakter (nur einen Tag oder ein paar Tage bedeckender) Kometenschwarm, der mit seinen Kernen oder Schwänzen bis zu 22% des Lichts dieses Sterns in einer so seltsamen Zeitspanne von 750 Tagen schließen kann. Dies wurde diskutiert hier .Dann wurde eine Version hinzugefügt (noch nicht verworfen) mit einer speziellen Perspektive unserer Beobachtung der Planetenscheibe (Wolken) mit kalten kontinuierlichen äußeren Schichten, die sich weit um diesen Stern befinden und die Infrarotstrahlung der inneren Schichten blockieren ( https://geektimes.ru/post/280062/ ). Dieses sozusagen natürliche Analogon des oben beschriebenen künstlichen Rings überschattet manchmal einen Stern um 15-20%. Angenommen, dies ist so, das könnte gut sein. Aber wie schafft es diese scheinbar sehr dünne (aber nicht platzende) Scheibe, einen kleinen Stern wie diesen nur einen Tag lang zu überstrahlen?Vor kurzem gab es eine Nachrichtüber das Ergebnis der Verarbeitung der Rohdaten des Kepler-Weltraumteleskops mit zwei großen Finsternissen dieses Sterns durch zwei Spezialisten aus den USA (Valery Makarov vom US Navy Observatory in Washington und Alexei Goldin von der Firma Teza Technology). Unter anderem überprüften sie die Position des Sterns relativ zu anderen Objekten während der Sonnenfinsternisse. Die Ergebnisse waren sehr seltsam - sie behaupten, dass sich zum Zeitpunkt der Sonnenfinsternis der Stern selbst (genauer gesagt das "Helligkeitszentrum" des Lichts) verschoben hatrelativ zur Empfangsmatrix des Teleskops! Die bisherigen Schlussfolgerungen lauten wie folgt: Entweder einige Kometen oder Planetoiden (immer noch groß) blockieren den „Tabby-Stern“, aber nicht in der Umlaufbahn dieses Sterns, sondern in der Umlaufbahn eines anderen massiven Körpers (Schwarzes Loch? Brauner Zwerg?), Näher für uns (entlang der Beobachtungslinie) oder ein Objekt nicht natürlichen Ursprungs bei KIC 8462852 selbst ist schuld.Der Zeitraum von 727 Tagen entspricht ungefähr den Umlaufbahnparametern in der bewohnbaren Zone oder außerhalb der bewohnbaren Zone für diesen Stern (er ist ungefähr 1,5 größer als die Sonne, seine Die Leuchtkraft ist 4,7-mal größer als die der Sonne, also die Periode Es muss deutlich größer 400-500 Tage).Die Analyse von Leonid Xanfomality vom Institut für Weltraumphysik der Russischen Akademie der Wissenschaften ergab übrigens eine ungewöhnliche Form der Lichtkurve (die folgende Kurve)des Originalartikels und einfach erhöht) für die beiden tiefsten Einbrüche / Finsternisse: Die
Geschwindigkeiten des ersten Zerfalls und der anschließenden Erhöhung der Helligkeit des Sterns sind asymmetrisch, was ein Hinweis auf die Dehnung der Bahnen der Finsternis-Körper sein kann. Basierend auf der Form der Kurve und der Dauer der Abdeckung schätzte Xanfomality die möglichen Parameter der Umlaufbahn des kosmischen Körpers, die die Sonnenfinsternis verursacht.Aus seinen Schätzungen folgt, dass sich der Körper in einer länglichen Umlaufbahn mit einem Perizentrum von 3,83 astronomischen Einheiten und einer Umdrehungszeit von 6,26 Jahren dreht. Der Autor selbst bemerkt jedoch die Widersprüche in seinen Schätzungen und stellt fest, dass bei einem so entfernten Perizentrum (im Sonnensystem würde es sich hinter dem Asteroidengürtel befinden) die Projektion der Umlaufbahn aus jedem Winkel wie eine fast gerade Linie aussehen würde und keine Asymmetrie der Lichttropfenkurven beobachtet werden würde.
Für Astronomen wäre es bei der nächsten Sonnenfinsternis (2017) nützlich, die Form der Objekte, die sie überschatten, anhand des genauen Diagramms des Falls und der Erhöhung der Leuchtkraft des Tabby-Sterns zu berechnen, insbesondere da es eine solche Technik gibt: ( http://arxiv.org/abs/astro-ph/0503580 ) . Es gibt auch Methoden zur Bestimmung des Schnittwinkels / der Schnittrichtung einer Sternscheibe mit einem Objekt wie einem Planeten:
Wenn sich herausstellt, dass die Form dieser Objekte nicht rund, sondern beispielsweise quadratisch oder dreieckig ist, ist dies ein klarer Hinweis auf den künstlichen Ursprung der verfinsterenden Objekte.Übrigens sind die „kleinen Wellen“ der Finsternisse des Tabby-Sterns im Prinzip für die Wirkung der unvollendeten Schwarmelemente geeignet, die das Licht dieses Sterns verdecken, und große Finsternisse einmal alle 750 Tage können durch Superelemente des Schwarms verursacht werden, die bereits gigantische Dimensionen haben (oder durch die Kombination vieler kleiner Elemente).
Schlussfolgerungen:Die oben in diesem Artikel vorgestellten Argumente legen nahe, dass jede fortgeschrittene Zivilisation eines technischen Typs mit dem Wunsch und Willen, ihre Präsenz im Weltraum mithilfe von Weltraumressourcen auszubauen, wahrscheinlich eine Art diskontinuierliche Dyson-Typ-I-Kugel (in Form von Roy Dyson) aufbaut. , es nicht so sehr anzuwenden, um Orte zu vergrößern, die zum Leben geeignet sind (obwohl man irgendwie von solchen Elementen leben kann), sondern für zwei Hauptzwecke:- Kontrolle der Beleuchtung (und damit des Klimas) seines Heimatplaneten sowie anderer beherrschter Planeten, Asteroiden;
- Er erhält enorme Energie aus dem Licht seines Sterns, nutzt ihn lokal oder überträgt ihn im gesamten System.
Darüber hinaus erhält eine solche Zivilisation zwei oder drei weitere angenehme Boni:- ;
- ;
- , - « » ;
- .
Ich hoffe, dass die obigen Argumente für den Bau nicht der Dyson-Sphäre, sondern Roy in Form des Dyson-Rings ziemlich überzeugend waren. Ich würde gerne glauben, dass mit der Entwicklung der realen Entwicklung (und nicht des Studiums, wie sie jetzt sagen) unseres Sonnensystems diese oder ähnliche Argumente unsere Nachkommen manchmal davon überzeugen werden, eine solche Version der Dyson-Kugel in Form eines nicht starren Rings zu bauen. Ich bin sicher, dass fortgeschrittenere Zivilisationen in unserer Galaxie bereits vor vielen Jahrtausenden von solchen Argumenten überzeugt waren und jetzt einfach mit einem Geschäft beschäftigt sind, das sich über viele Jahrtausende erstreckte und für das sie zweifellos von Anfang an bereit waren. Source: https://habr.com/ru/post/de397631/
All Articles