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Esfera de Dyson - para que serve? Parte III: Aplicação do anel Dyson e elementos individuais

Tendo examinado na primeira parte do artigo a história da idéia da esfera de Dyson e determinando a versão mais simples e prática de seu design na forma de um Anel Dyson não rígido, dediquei a segunda parte do artigo a uma análise detalhada do design de um Anel a partir de elementos autônomos separados (moderadamente gigantescos). Lá, a construção de um elemento autônomo bastante primitivo do anel foi descrita em detalhes, seu peso aproximado e os parâmetros de todo o anel para dois raios foram calculados.

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Agora podemos chegar ao ponto: por que podemos usar um anel não rígido de elementos autônomos separados?

Em primeiro lugar, como já descrito acima, cada elemento hexagonal (ou octogonal) do Anel com um módulo central selado é uma base para a produção de energia + ou uma colônia autônoma para várias centenas ou milhares de pessoas (com produção de alimentos), incorporando os sonhos de Tsiolkovsky sobre “cidades etéreas”, ou uma planta de processamento mineral (produção de materiais que consome muita energia) e / ou uma estação de geração de combustível (na forma de um par de oxigênio / hidrogênio, além de outros gases para diferentes motores, enriquecimento de otopov para reações nucleares e termonucleares).

Em segundo lugar, cada elemento do Anel pode mudar a inclinação do seu espelho para a direção do Sol e redirecionar seu "coelhinho" da luz solar refletida para onde é necessário: para outros elementos, para a Terra, para uma espaçonave ou para um asteróide que precisa ser iluminado, aquecido, evaporar, desenvolver. Isso é energia, armas e um sinal - qualquer parte da lista. Algo semelhante é mostrado no início (de 10 a 50 segundos) deste vídeo.Em

terceiro lugar, a energia produzida no elemento pode ser redirecionada a partir do elemento: via cabos - para elementos vizinhos do anel, por feixes de rádio a laser ou HF para estações receptoras dentro do anel, ou para asteróides ou naves espaciais (em casos extremos, e diretamente para satélites e planetas).

Quarto, todas as melhorias descritas acima, bem como os projetos de modernização do Anel que ainda não são acessíveis até à nossa imaginação, serão realizados com base no Anel original, usando suas capacidades e materiais, e levando em consideração a experiência inestimável de sua construção.

Exemplos da aplicação de elementos individuais

1. Você precisa vaporizar ou mover um satélite ou asteróide (cometa) da órbita? Um ou vários elementos do Anel são entregues no ponto desejado, que com seus “coelhos” de luz refletida (e com a adição de outras radiações) aquece esse objeto por um longo tempo e persistentemente.

Tais objeções costumam soar: a criação de um enorme enxame de elementos é supostamente a dispersão e esbanjamento dos recursos do sistema solar. Mas, além do fluido de trabalho gasto na entrega do elemento inacabado e das reservas para uma órbita estável, nada do sistema desaparece ou desaparece. Todos os elementos, se desejado, podem ser refeitos em outra coisa, para construir com base em algo novo e perfeito. É mais fácil do que extrair material do zero. Os três exemplos a seguir:

2. Você precisa enviar um sinal por anos-luz para outro sistema? Ou receber um sinal fraco de longe? Aqui os elementos do anel são úteis: cada elemento já é uma antena em si; você pode montar vários elementos do anel em uma antena parabólica ou esférica, implantá-lo na direção certa e adicionar um dispositivo de irradiação / recebimento ao foco.

3)Precisa montar um enorme navio de arca para alcançar (a uma velocidade muito mais lenta que a velocidade da luz) uma estrela vizinha em centenas de anos? Os elementos do anel são mais fáceis de desmontar e reciclar no lugar do navio do que construir um navio a partir do zero.

4. Precisa montar um navio enorme com uma vela solar? Você pode pegar um ou mais elementos do Anel e construir a partir deles algo como uma nave lenta voando ao vento solar, além do impulso de outros motores.

5)Precisa dispersar um navio menor usando uma fonte de energia externa? Isso pode ser feito direcionando o laser ou outros raios (luz, rádio HF) dos elementos do Anel para a antena receptora da nave (a energia recebida será direcionada para íons / plasma ou outros motores) ou para um espelho refletivo (foguete de fótons) - tração do fóton.

Aceleração do feixe de laser
O último termo recentemente soou alto como a idéia do projeto DEEP-IN ( Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration ), promovido por Yuri Milner, Stephen Hawking e especialmente Philip Lyubin (desde 2013) nos próximos 30 a 50 anos. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1604/1604.01356.pdf .

A propósito, Robert Forward expressou uma idéia semelhante de viagem interestelar em 1984 (agora seus projetos são chamados de esquemas tradicionais dos veleiros solares Matloff e Forward ). A nova ideia de acelerar sondas interestelares precisamente ultra-pequenas (pesando em gramas) com velas finas e pequenas (cerca de 1 m de diâmetro) com velas super-poderosas baseadas em terra e orbitais (localizadas no espaço) a laser causou uma grande ressonância e discussão séria. Em princípio, ao resolver muitos problemas técnicos, o principal deles é a ablação a laser do material da vela, esse sistema pode explodir uma min sonda no espaço interestelar com velocidades obviamente não de 20%, mas pelo menos cerca de 5% da velocidade da luz. A ideia do projeto é baseada emO artigo de Philip Lubin "Um roteiro para o vôo interestelar", com um plano de projeto que o autor enviou à revista científica JBIS: Journal of the British Interplanetary Society em abril de 2015, e sua edição mais recente é datada de setembro de 2016 . A propósito, nesta apresentação , no slide 44, Lubin aborda a idéia da esfera de Dyson e os problemas de encontrar essas estruturas.

Existem várias objeções enormes à viabilidade do projeto (quase imediatamente ditas pelos críticos, por exemplo, brevemente e no caso aqui http://trv-science.ru/2016/04/19/dvojka-po-fizike/ - continuação: http: // trv -science.ru/2016/05/17/pod-zvezdnym-parusom-k-alpha-centauri/) Assim, o projeto DEEP-IN afirma que matrizes de lasers para essa aceleração podem ser localizadas em órbitas próximas à Terra (para evitar a absorção do laser pela atmosfera, autofocagem do feixe) ou mesmo na Terra em um local alto e seco (em um vídeo de apresentação). E, supostamente, a partir daí, rapidamente dispersarão a sonda rapidamente na velocidade desejada.

O problema é que você não pode acelerar uma min sonda com uma vela pequena muito rapidamente - a aceleração a quebrará, você não pode nem iluminar uma vela fina com um feixe de laser excessivamente poderoso - o aquecimento derreterá a vela ou passará durante a ablação do material da radiação. É necessário dispersar a sonda lentamente e não com laser muito potente.

No entanto, quando a sonda acelera lentamente, outro problema sério surge com o raio laser: como qualquer laser possui uma divergência (divergência) do raio, o raio diverge com a distância. O ângulo de divergência do feixe é geralmente igual a: θ = 1,22λ / d , onde λ é o comprimento de onda, d é o diâmetro do feixe (diâmetro da saída do laser). A discrepância dos lasers convencionais (abertura estreita) é de cerca de 1 minuto de arco. Isso significa que o raio laser na lua já terá cerca de 2 km de diâmetro e, além da órbita de Marte, serão centenas de quilômetros! ( mais detalhes aqui ). A iluminação da min sonda navegará a essas distâncias por um feixe tão fraco e disperso será quase inútil para sua aceleração - a aceleração lenta será interrompida além da órbita da lua.

Mas os autores do projeto têm grandes esperanças de matrizes controladas por fase de pequenos lasers de fibra de érbio (Yb) (eficiência de até 78%) com um dispositivo de controle de fase. De certa forma, a idéia de um tal conjunto de lasers se assemelha à idéia de um radar com um array em fases ativo: como elementos do array em fases, os lasers devem alterar as fases relativas de sua radiação de uma maneira complexa, de modo que amplifique em uma, a direção desejada e seja suprimido em todas as outras direções.(idealmente). Um detalhe positivo importante para a viabilidade do projeto é o sério progresso desses lasers de fibra nos últimos anos - progresso tanto em potência quanto em compactação (uma diminuição no tamanho é observada de acordo com a lei de Moore) e no preço. Um campo de 1 por 1 km de tamanho pode acomodar cerca de 20 milhões de lasers Yb de pequeno quilowatt de fase correspondente, pesando 25-30 kg, com uma eficiência de cerca de 50% e com um comprimento de onda curto (na região de 1 mícron ou 1060 nm) para obter a saída radiação laser de dezenas de gigawatts - a chamada matriz DE-STAR 4. Argumenta-se que o ângulo de divergência do feixe para essa matriz será igual a: θ = 1,22λ / d= 10 ^ -9 radianos = 0.0002 arco-segundos, já que d aqui terá cerca de 1000 m. No entanto, são as dimensões e a massa linear de uma matriz de laser que obrigam os autores do projeto a escolher a localização do solo, o que leva a problemas com a atmosfera no caminho do feixe.
E o problema de apontar o laser para um local tão pequeno e remoto por milhões de quilômetros também permanece.

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Mas você pode dispersar um minisonde primeiro com uma série de lasers da órbita da Terra, depois com outra matriz perto da Lua e depois com uma terceira mais distante ... etc.

E os elementos do anel (permanecendo em suas órbitas) podem produzir energia para essas séries de laser ou ser uma plataforma para a instalação de tais lasers. lasers. Para fazer isso, eles devem ser colocados em várias órbitas ao redor da Terra, em pontos de Lagrange, em órbitas ao redor do Sol, com um raio de pouco mais de 1 UA.

Os elementos do anel podem ser enviados para pontos com antecedência (por exemplo, por motores convencionais ou por meio do vento solar e por meio de iluminação de outros elementos do anel) ao longo da futura trajetória de voo de uma sonda dessa órbita terrestre e até mesmo nos arredores do sistema solar. Lá, com a energia acumulada nas baterias e / ou no combustível, os elementos do Anel aguardam a min sonda passar por eles e a iluminam por trás com raios laser moderadamente potentes dentro de sua parte da trajetória (0,3-0,5 milhões de quilômetros de comprimento), transmitindo a sonda para o seguinte elementos:

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ao mesmo tempo, eles fornecem energia por um feixe a uma min sonda, acelerando-a dentro do alcance do feixe, passando um ao outro por uma nave em aceleração, como se estivessem em uma corrida de revezamento.

Ou uma opção um pouco mais avançada: não usar as reservas de energia das baterias, mas simplesmente enviar luz / energia ao longo da cadeia de um elemento para outro, de modo que o elemento ativo atual, levando essa energia por último, o direcione para uma minisonde acelerada fora do nosso sistema:

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a propósito, os elementos Os anéis podem acelerar não apenas essas minigondas para voos fora do sistema. Diretamente de seu lugar no Anel, um elemento pode acelerar e desacelerar os navios de carga intra-sistema com velas solares ao entregar mercadorias de e para os elementos do Anel (é claro que não estamos falando de altas velocidades). Com isso, você pode iniciar o desenvolvimento da tração dos fótons, aprimorando a técnica e os métodos para a lenta aceleração e desaceleração de navios no interior do sistema solar. No presente trabalho, em 2013os autores (incluindo Philip Lubin) também discutem em detalhes esses voos intra-sistema com frenagem após o navio virar com o espelho de vela para a frente (método de pingue-pongue).

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O problema com a detecção do toque externo

O momento associado ao envio de sinais para o exterior (exemplo 2.acima), surge na fase de montagem de tal anel. Se os criadores do anel querem ou não, mas se os elementos do anel são combinados em segmentos com tamanhos característicos de cerca de 1 milhão de km (o diâmetro de Júpiter, o maior planeta do sistema solar, é de cerca de 0,14 milhão de km, o que é 7 vezes menor), qualquer observador externo , localizado aproximadamente no plano do Anel, começa a registrar (independentemente do desejo dos criadores do Anel) eclipses estranhos, sem precedentes e periódicos da luminária central por um objeto que, por dimensões lineares, excede obviamente os tamanhos de planetas gigantes. E o observador (há muito mais desses na Galáxia) provavelmente não notará nada no plano do Anel. Este é um ponto importante: um observador aleatório tem poucas chances de estar na direção certa de uma estrela assim.

Se neste sistema, a determinadas distâncias da luminária (com períodos determinados), não foram descobertos corpos celestes gigantes como anãs vermelhas ou marrons, buracos negros, nuvens protoplanetárias finas frias (que não emitem fundo infravermelho) (acessíveis aqui ) , esse é um motivo sério para o observador pensar nas causas artificiais desse fenômeno.

Como aconteceu com os astrônomos da Terra, que recentemente com a ajuda do telescópio espacial Kepler notaram reduções de luminosidade periódicas (uma vez a cada 750 dias) e curtas (cerca de um dia) de 10 a 22% de uma estrela excepcionalmente estável (tipo espectral comum F3 V / IV) sob o número KIC 8462852 ( https://geektimes.ru/post/267022/ ). Ela éa estrela Tabby , em torno da qual (de acordo com as observações) não há outras estrelas satélites (anãs vermelhas), não há aumento da radiação infravermelha ou ultravioleta, o que significa que provavelmente não há nebulosa planetária, cinturões de asteróides ou satélites do tipo anã marrom perto da estrela - é mais fácil falando, não há razões astronômicas naturais que possam explicar um eclipse tão vasto do luminar central. Havia versões com cometas, mais precisamente, exo-cometas ( https://geektimes.ru/post/266408/ ), um cinturão de asteróides ou uma colisão recente de exoplanetas lá.

Note-se que o período de eclipses de 727 dias não corresponde muito aos períodos de rotação de cometas característicos do nosso sistema (sem mencionar o fato de que a passagem de cometas perto de uma estrela tão grande como o Sol muitas vezes leva a decaimento total ou parcial dos cometas ou a uma forte mudança em suas órbitas). É difícil imaginar um enxame de cometas tão grande (cobrindo 1/5 da estrela) e compacto (cobrindo apenas um dia ou alguns dias), que com seus núcleos ou caudas consegue fechar até 22% da luz da estrela em um período tão estranho de 750 dias. Isso foi discutido aqui .

Em seguida, uma versão foi adicionada (ainda não descartada) com uma perspectiva especial de nossa observação do disco planetário (nuvens) com camadas externas frias e contínuas localizadas ao redor desta estrela e bloqueando a radiação infravermelha das camadas internas ( https://geektimes.ru/post/280062/ ). Este, por assim dizer, o análogo natural do anel criado pelo homem descrito acima às vezes ofusca uma estrela em 15 a 20%. Suponha que seja assim, isso pode muito bem ser. Mas como esse disco aparentemente muito fino (mas não estourando) consegue ofuscar uma estrela pequena como essa por apenas um dia?

Recentemente, houve uma notíciasobre o resultado do processamento por dois especialistas dos EUA (Valery Makarov do Observatório da Marinha dos EUA em Washington e Alexei Goldin da empresa Teza Technology) os dados brutos do telescópio espacial Kepler com dois grandes eclipses dessa estrela. Entre outras coisas, eles verificaram a posição da estrela em relação a outros objetos durante os eclipses. Os resultados obtidos foram muito estranhos - eles afirmam que, no momento do eclipse, a própria estrela (mais precisamente, o "centro de brilho" da luz) mudou.em relação à matriz receptora do telescópio! As conclusões até agora são as seguintes: alguns cometas ou planetoides (ainda grandes) bloqueiam a “estrela malhada”, mas não na órbita desta estrela, mas na órbita de outro corpo maciço (buraco negro? Anã marrom?), Mais perto a culpa é de nós (ao longo da linha de observação) ou de algum objeto de origem não natural na própria KIC 8462852.

O período de 727 dias corresponde aproximadamente aos parâmetros de órbita na zona habitável ou fora da zona habitável para esta estrela (é cerca de 1,5 maior que o Sol, seu a luminosidade é 4,7 vezes maior que a solar, então o período Deve ser claramente maiores 400-500 dias).
A propósito, a análise de Leonid Xanfomality do Instituto de Física Espacial da Academia Russa de Ciências revelou uma forma incomum da curva de luz (a curva abaixo é tirada dedo artigo original e simplesmente aumentado) para os dois mergulhos / eclipses mais profundos: As
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velocidades do primeiro decaimento e depois aumentam o brilho da estrela são assimétricas, o que pode ser uma evidência do alongamento das órbitas dos corpos que eclipsam. Além disso, com base no formato da curva e na duração da cobertura, o Xanfomality estimou os possíveis parâmetros da órbita do corpo cósmico causador do eclipse.
De suas estimativas, conclui-se que o corpo gira em uma órbita alongada, com um pericentro de 3,83 unidades astronômicas e um período de revolução de 6,26 anos. No entanto, o próprio autor observa as contradições em suas estimativas, observando que, com um pericentro tão distante (no sistema solar estaria localizado atrás do cinturão de asteróides), a projeção da órbita de qualquer ângulo pareceria uma linha quase reta e não seria observada assimetria das curvas de queda de luz.

Seria útil para os astrônomos no próximo eclipse (em 2017) calcular a forma dos objetos que o ofuscam, usando o gráfico exato da queda e o aumento da luminosidade da estrela Tabby, especialmente porque existe uma técnica assim: ( http://arxiv.org/abs/astro-ph/0503580 ) . Também existem métodos para determinar o ângulo / direção da interseção do disco de uma estrela com um objeto como um planeta:

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se a forma desses objetos não for redonda, mas por exemplo quadrada ou triangular, essa é uma indicação clara da origem artificial dos objetos que eclipsam.

A propósito, a “pequena ondulação” dos eclipses da estrela Tabby basicamente se adapta ao efeito dos elementos inacabados do enxame que obscurecem a luz desta estrela, e grandes eclipses a cada 750 dias podem ser causados ​​por superelementos do enxame já construídos em dimensões gigantescas (ou pela união de muitos pequenos elementos).

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Conclusões:
Os argumentos apresentados acima neste artigo sugerem que qualquer civilização avançada de um tipo técnico, com desejo e vontade de expandir sua presença no espaço usando recursos espaciais, provavelmente construirá algum tipo de esfera descontínua de Dyson tipo I (na forma de Roy Dyson) , aplicando não tanto o aumento de lugares adequados para a vida (embora você possa, de alguma forma, viver com esses elementos), mas com dois objetivos principais:

  1. controlar a iluminação (e, portanto, o clima) de seu planeta nativo, bem como outros planetas dominados, asteróides;
  2. recebendo energia enorme da luz de sua estrela, usando-a localmente ou com transferência por todo o sistema.


Além disso, essa civilização receberá dois ou três outros bônus agradáveis:

  1. ;
  2. ;
  3. , - « » ;
  4. .


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Espero que os argumentos acima para construir não a esfera de Dyson, mas Roy na forma do anel de Dyson, tenham sido bastante convincentes. Eu gostaria de acreditar que, com o desenvolvimento do desenvolvimento real (e não o estudo, como dizem agora) do nosso sistema solar, em algum momento esses argumentos ou argumentos semelhantes convencerão nossos descendentes a construir exatamente essa versão da esfera Dyson na forma de um anel não rígido. Estou certo de que civilizações mais avançadas em nossa galáxia já estavam convencidas por esses argumentos há muitos milênios e agora estão simplesmente ocupadas com um negócio que se estendeu por muitos milênios, para o qual, sem dúvida, estavam prontos desde o início da construção.

Source: https://habr.com/ru/post/pt397631/

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