Сфера Дайсона (англ.Dyson sphere)— гіпотетичний астроінженерний проєкт, запропонований Фріменом Дайсоном1960 року в статті «Пошуки штучних зоряних джерел інфрачервоного випромінювання»[1] в науковому журналі «Science». Є відносно тонкою сферичною оболонкою великого радіуса (порядку радіуса орбіти планети) із зорею в центрі.
Пошук Сфер Дайсона вважається перспективним напрямом програми SETI. Споруда цих масштабів може бути виявлена за ІЧ-випромінюванням з нетиповим спектральним розподілом. Для пошуку сфер Дайсона планується використати телескоп Спітцер.
Перше сучасне уявлення про таку структуру з'явилося у науково-фантастичному романі Олафа СтеплдонаStar Maker (1937). Цю концепцію пізніше досліджував фізик Фрімен Дайсон у своїй роботі 1960 року «Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation»[2]. Дайсон висловив припущення, що такі структури були б логічним наслідком зростаючих потреб у енергії технологічної цивілізації і були б необхідні для її довгострокового виживання. Виявлення таких сфер в астрономічних спостереженнях могло б слугувати індикатором позаземного розуму.
Від часу публікації роботи Дайсона було запропоновано багато варіантів конструкцій, що передбачають штучну структуру або серію структур, які оточують зірку, у дослідницькій інженерії або описуються в науковій фантастиці, часто під назвою «сфера Дайсона». В художніх описах зазвичай зображують суцільну оболонку матерії, що оточує зірку— таке розташування Дайсон сам вважав неможливим.
Фрімен Дайсон, перший вчений, який досліджував цю концепціюГіпотетичне зображення рою Дайсона, що оточує зорю.
Вперше штучну конструкцію навколо зорі, яка збирає її енергію, описав письменник-фантаст Олаф Стейплдон у романі «Творець зірок» (1937). Дайсон почерпнув ідею саме звідти. Вчений міркував, що потреби енергії в кожної людської цивілізації постійно зростають. Дайсон висунув теорію, що зі зростанням енергетичних потреб розвиненої технологічної цивілізації настане час, коли їй буде потрібно систематично збирати енергію своєї локальної зорі у великому масштабі. Він припускав, що це можна здійснити за допомогою системи структур, які оберталися б навколо зорі та були спроєктовані для перехоплення й збору її енергії. Дайсон стверджував, що така структура призведе до масштабного перетворення зоряного світла у далеке інфрачервоне випромінювання, і саме пошук із Землі джерел інфрачервоного випромінювання може дозволити ідентифікувати зорі, біля яких існує розумне життя. Отже, колись людство потребуватиме весь обсяг енергії, що виділяється Сонцем[3].
Дайсон не уточнював, як саме така система могла б бути збудована, просто називаючи її у своїй статті «оболонкою» або «біосферою». Пізніше він пояснив, що не мав на увазі суцільну структуру, зазначивши: «Суцільна оболонка чи кільце, що оточують зорю, є механічно неможливими. Та форма „біосфери“, яку я уявляв, складається з вільної колекції або рою об'єктів, що рухаються на незалежних орбітах навколо зорі»[4]. Така концепція часто отримувала назву «рій Дайсона»[5]; однак у 2013 році сам Дайсон зізнався, що шкодує, що ця ідея була названа його ім'ям[6].
Ідея Дайсона полягала в тому, що розвинута цивілізація прагнутиме максимально використати енергію випромінювання своєї зорі й оточить її суцільною сферою, яка не пропускатиме випромінювання зорі назовні. Однак така сфера, маючи власну температуру, випромінюватиме в інфрачервоному діапазоні, як будь-яке нагріте тіло. Тому для виявлення позаземної цивілізації потрібно шукати в космосі зорі з нестандартним спектром випромінювання.
На думку Дайсона, якщо сфера була б відносно тонкою сферичною оболонкою великого радіуса (приблизно радіуса планетних орбіт) із зорею в центрі, то розвинена цивілізація могла б використовувати подібну споруду для повної утилізації енергії центральної зорі та/або для розв'язання проблеми життєвого простору.
За розрахунками, для побудови Сфери Дайсона навколо Сонця необхідна речовина в кількості, яка дорівнює масі Юпітера. У цьому випадку радіус сфери становитиме близько 1,5×1011 метрів. Вчений пропонував добувати матеріал через руйнування планет шляхом зміни швидкості їх обертання. Так, якщо навколо планети уздовж ліній широти прокласти металеві ізольовані дроти, а також через саму планету перпендикулярно до ліній широти, та замкнути через металеві провідники, виведені на планетоцентричну орбіту або через плазму в магнітосфері, планета стане якорем гігантського електромотора. Залежно від напрямку струмів планета може прискорюватися або сповільнюватися. Прискорюючи обертання планети, можна довести її швидкість до величини, при якій екваторіальні області планети будуть відриватися і відлітати в космічний простір.
Для стабільності існування Сферу Дайсона необхідно обертати навколо центральної осі— у цьому випадку відцентрова сила врівноважить силу тяжіння центральної зорі. Але відцентрова сила досягає максимуму на екваторі й дорівнює 0 на полюсах тіла, яке обертається. Отже, на полюсах сфери Дайсона силу притягання центрального світила ніщо не урівноважує. В результаті сфера буде зруйнована[7]. Для забезпечення стійкості сфери Дайсона ця ідея була розвинута в кількох варіантах, які вже не є «сферами» (але історична назва збереглася).
Більш того, наприклад, астрофізик Джейсон Райт вважає, що можливо і не потрібно мати в наявності стільки речовини розміром з Юпітер, щоб побудувати сферу Дайсона. Тобто така кількість ресурсів необхідна, але не відразу. Вчений вважає, що таку мегаструктуру можна будувати поступово і кожне наступне покоління людей у міру розвитку технологій буде створювати нові й нові елементи, що в підсумку призведе до створення повноцінної оболонки навколо Сонця для збирання всієї енергії нашої зорі[8][9].
Зоряні двигуни це гіпотетичні мегаструктури, призначені для вилучення корисної енергії із зорі, іноді з певною метою. Наприклад, було висунуто пропозицію створення мізків-матрьошок для отримання енергії, необхідної для обчислень, тоді як тягачі Шкадова передбачають використання зоряної енергії для рушійної сили. Деякі запропоновані проєкти зоряних двигунів базуються на концепції сфери Дайсона[10][11].
У період із травня по червень 2024 року з'явилися припущення щодо можливого виявлення ознак міжзоряних сфер Дайсона. Сім об'єктів, які викликали інтерес були розташовані в межах тисячі світлових років від Землі, виявилися M-карликами, тобто зорями, меншими та менш світними, ніж Сонце. Водночас автори дослідження утрималися від надмірних заяв[12]. Попри це, багато медіа поширили відповідні повідомлення. Було також висунуто менш фантастичні альтернативні пояснення, зокрема припущення, що зафіксоване інфрачервоне випромінювання може походити від віддалених галактик, закритих пиловими хмарами[13][14][15].
Раковина ПокровськогоКільце Нівена, Світ-кільце (англ.Niven ring, Ringworld)— жорстке кільце невеликої ширини, яке оточує зорю. Вперше описане в науково-фантастичному романі Ларрі Нівена«Світ-кільце» (1970).
Раковина Покровського— альтернатива сфері Дайсона, запропонована Георгієм Покровським у 1973 році. Є системою кілець різного діаметра, розташованими так, щоб перехоплювати все випромінювання зорі. Якщо подивитися на цю систему кілець ззовні, вона буде схожа на раковину з двома розтрубами, оберненими в різні боки, через які можуть входити і виходити міжзоряні кораблі[16].
Рій Дайсона (англ.Dyson swarm)— система супутників, які обертаються навколо зорі, вловлюючи її випромінювання. Супутники можуть мати різну форму та розміри, а «рій» з них формуватися поступово протягом тривалого періоду часу. Крім того, для передачі енергії можливі використання різних форм бездротової передачі енергії. У разі, якщо супутники утворюють чітке кільце, така формація має назву «кільце Дайсона»[17].
Бульбашка Дайсона (англ.Dyson bubble)— система супутників із сонячними вітрилами, які завдяки тиску сонячного вітру протистоять силі тяжіння зорі. Такі супутники є стаціонарними щодо зорі.
Оболонка Дайсона (англ.Dyson shell)— сфера Дайсона, внутрішня поверхня якої слугує для проживання великої кількості людей (чи представників інших цивілізацій).
Зоряна машина класу C. Збирає енергію зорі системою супутників і одночасно рухає її за допомогою величезного сонячного вітрила.
Зоряна машина (англ.Stellar engine)— астроінженерна конструкція, яка збирає енергію зорі для конкретної мети[18]. Зоряна машина Типу А, або машина Шкадова, використовує енергію зорі для створення тяги, яка рухає зоряну систему в певному напрямі. Клас B добуває із системи енергію, наприклад, за рахунок різниці температур всередині й зовні сфери, для здійснення механічної роботи всередині самої споруди. Клас C і збирає енергію зорі, і водночас використовує її для руху[19].
Мозок-матрьошка (англ.Matrioshka brain)— запропонована Робертом Бредбері структура з кількох вкладених одна в одну сфер Дайсона, що витрачає зібрану енергію на здійснення обчислень. Ідея «мозку-матрьошки» є розвитком ідеї «мозку-Юпітера»— комп'ютера планетарних розмірів. Різні письменники пропонували кілька можливих призначень такої споруди, зокрема для створення віртуальної реальності та моделювання цілих всесвітів[20][21].
Світ-бульбашка (англ.Bubbleworld)— сферична порожниста конструкція планетарних розмірів, всередині якої міститься придатна для дихання атмосфера, і яка слугує космічним поселенням[17].
Структура Крісвелла (англ.Criswell structure)— варіант сфери Дайсона, внутрішня поверхня якої має фрактальну структуру, за рахунок чого має більшу площу для приймання енергії та життя[22].
Пошуки сфер Дайсона за інфрачервоним випромінюванням на практиці почалися із запуском супутника IRAS 1983 року. Завдяки його діяльності було складено детальну карту небесної сфери в інфрачервоному діапазоні. Початково було виявлено 250000 неідентифікованих об'єктів, з яких фізик Річард Керріган обрав найбільш перспективні, поступово відсіюючи сумнівні. З часом вірогідних сфер Дайсона залишилися 10000, а потім, на подальших етапах, 58, 17 і 4. Однак їхнє випромінювання може пояснюватися й наявністю навколо зір хмар водню, а не лише астроінженерними конструкціям[23][24].
У вересні 2015 року були опубліковані[25] результати спостереження астрономами-аматорами з групи Planet Hunters[26] аномалій у випромінюванні зорі KIC 8462852 у сузір'ї Лебедя. Згідно з даними, отриманими за допомогою телескопа Кеплер у період з 2009 по 2013 роки, яскравість зорі істотно зменшувалася впродовж нестандартних проміжків часу, що дало змогу дослідникам зробити висновок, що ці затемнення зумовлені іншими чинниками, ніж проходження планет між зорею і Землею[27]. Однією з висунутих науковою спільнотою гіпотез стало існування навколо зорі штучної конструкції типу сфери Дайсона[28]. Для додаткових досліджень зорі за допомогою краудфандингу зібрали понад 100 тисяч доларів, однак нові дослідження переконливо показали, що причиною подібних аномалій насправді є хмара космічного пилу[29].
Енергозбирачі в стилі Дайсона навколо віддаленої зорі мали б поглинати та повторно випромінювати її енергію. Довжини хвиль такого повторного випромінювання могли б бути нетиповими для спектрального класу зорі, зокрема через наявність важких елементів, що не зустрічаються природно в самій зорі. Якщо відсоток таких аномальних довжин хвиль був би значним, мегаструктуру інопланетного походження можна було б виявити навіть на міжзоряних дистанціях[30]. Це могло б свідчити про існування так званої цивілізації II типу за Кардашевим[31].
SETI здійснював пошуки таких спектрів із надлишком інфрачервоного випромінювання серед зір, які є сонячними аналогами, подібні дослідження проводили й у Fermilab[32][33]. Fermilab виявив 17 потенційно «неоднозначних» кандидатів, з яких чотири у 2006 році охарактеризували як «кумедні, але все ще сумнівні»[34]. Наступні пошуки також принесли кілька кандидатів, однак усі вони залишилися непідтвердженими[35][36][37].
14 жовтня 2015 року громадські науковці проєкту Planet Hunters зафіксували незвичайні коливання яскравості зорі KIC 8462852, що викликало припущення в ЗМІ про можливе відкриття сфери Дайсона[38][39]. Проте подальший аналіз показав, що ці результати узгоджуються з наявністю пилу[40][41]. Додаткова кампанія у 2024 році виявила сім можливих кандидатів на сфери Дайсона, однак було зазначено, що необхідні подальші дослідження[42][43].
Попередником концепції сфер Дайсона була ідея, представлена у романі «Творець зірок» (1937) Олафа Стейплдона[44], де він описав «кожну сонячну систему... оточену сіткою світлових пасток, які фокусують розсіювану сонячну енергію для розумного використання»[45]. Дайсон черпав натхнення з цієї книги та вважав, що більш доречною назвою для концепції була б «сфера Стейплдона»[46]. Художні зображення сфер Дайсона зазвичай зображують їх як суцільні структури у формі оболонки навколо зорі, хоча сам Дайсон вважав таку ідею механічно нездійсненною[47][48]. Іноді вони використовуються як різновид сюжетного прийому, відомого під назвою Big Dumb Object (Великий дурний об'єкт)[49].
Сфери Дайсона з'являються як фоновий елемент у багатьох художніх творах, зокрема в романі «The Wanderer» (Мандрівник) (1964) Фріца Лайбера, де інопланетяни таким чином оточують кілька зірок[50][51][52]. Вони також зображені в серії книг «Сага зозулі» (1975—1983) Фредеріка Поля та Джека Вільямсона, а також виконують функцію основного місця дії в романі Боба Шоу «Обрітсвіль» (1975) та його продовженнях[53][54]. В епізоді «Релікти» (1992) телесеріалу «Зоряний шлях: Наступне покоління»[55] зореліт USS Enterprise опиняється в пастці занедбаної сфери Дайсона[56][57]; у своєму інтерв'ю 2011 році Дайсон відзначив, що йому сподобався цей епізод, хоча він вважав зображену там сферу «нісенітницею»[58]. Автор новелізації Майкл Ян Фрідман зауважив, що у самому телевізійному епізоді сфера Дайсона фактично виконувала роль макгафіна (MacGuffin), «без будь-якого змістовного розкриття», тому він вирішив детальніше розвинути цей сюжетний елемент у своїй книжковій адаптації[59]:ix.
Медіафраншиза Halo описує «щитові світи», що являють собою порожнисті сфери розміром з планету, призначені для захисту мешканців від дії суперзброї[61][62].
↑Тимофеєв, М.Ю.; Кардашов, Н.С.; Промислов, В.Г. (листопад 1997). Исследование каталога IRAS в целях отбора кандидатов в возможные сферы Дайсона / Тезисы XXVII Радиоастрономической конференции. Санкт-Петербург.
↑Wright, Robert (2011). MeaningofLife.tv. slate.com. Slate. Архів оригіналу за 20 серпня 2011. Процитовано 20 березня 2024. Райт: Вони насправді використали вислів «сфера Дайсона» у "Star Trek"? Фрімен Дайсон: Так, звичайно. Райт: Справді? Фрімен Дайсон: Одна з моїх доньок надіслала мені запис цієї програми, і я подивився її. Так, там це дуже чітко позначено, і насправді було доволі весело дивитися, але все це нісенітниця. Втім, як кіно це вийшло досить добре.
↑Ayers, Jeff (2006). Voyages of Imagination: The Star Trek Fiction Companion. Simon and Schuster. ISBN9781416525486.
F.J. Dyson, «Search for artificial stellar sources of infrared radiation», Science,131,1960. pp.1667-1668
J. Jugaku, and N. Nishimura, «A search for Dyson Spheres around late-type stars in the Solar neighbourhood III», in A New Era in Bioastronomy, ASP Conference Series 213, G. Lemarchand and K. Meech (eds), pp.581-584, 2000.
Давыдов В.Д.Сфера Дайсона невозможна// Природа. 1963. №11. С. 100—101.
Дайсон Ф. Поиски искусственных звездных источников инфракрасного излучения/Межзвездная связь.— М.:Мир, 1965. С. 121—124.
.jpg)
