Зачем строить мегаструктуры, проще перемещать планеты
В 1960 году Фримен Дайсон предложил, как развитые цивилизации могли бы создавать мегаструктуры, окружающие их систему, что позволило бы им использовать всю энергию своей звезды и увеличить обитаемое пространство, которое они могли бы занять. В 2015 году астрономическое сообщество было заинтриговано, когда звезда KIC 8462852 (она же Звезда Табби) начала необъяснимым образом тускнеть. В то время как анализ кривой блеска звезды в 2018 году показал, что характер затемнения более характерен для пыли, чем для твердой структуры, «Звезда Табби» сосредоточила внимание на концепции мегаструктур и связанных с ними техносигнатур. Идеи Дайсона были предложены в то время, когда астрономы не знали об обилии экзопланет в нашей галактике. Первая подтвержденная экзопланета была открыта только в 1992 году, а сейчас их число достигло 5514. Имея это в виду, группа исследователей из Бангалора (Индия) недавно опубликовала статью о сервере препринтов arXiv, которая представляет собой альтернативу всей концепции мегаструктуры. Для развитых цивилизаций, ищущих больше возможностей для расширения, захват планет внутри своей системы — или захват свободно плавающих планет (FFP) за ее пределами — и перенос их в околосолнечную обитаемую зону (HZ) звезды является гораздо более простым и менее разрушительным решением.
Исследование возглавил Рагхав Нарасимха, аспирант физики Университета Христа в Бангалоре, Индия. К нему присоединились Маргарита Сафонова и Чандра Сиварам, женщина-ученый Департамента науки и технологий (DST) и профессор астрофизики (соответственно) Индийского института астрофизики (IIAP) в Бангалоре, Индия. Препринт их статьи «Создание обитаемых миров: планеты против мегаструктур» недавно появился в Интернете и сейчас рассматривается для публикации в журнале Astrophys and Space Science. Возможность того, что развитые цивилизации будут строить гигантские сооружения для использования энергии своих звезд, проверена временем, примеры восходят к началу 20-го века. Самые ранние примеры включают сферу Бернала Джона Десмонда Бернала, которую он подробно описал в своей работе 1929 года «Мир, плоть и дьявол». По мнению Бернала, источник материала для строительства таких структур «лишь в небольшой части будет добываться с Земли; большая часть конструкции будет состоять из вещества одного или нескольких меньших астероидов, колец Сатурна или другой планетарный мусор». Олаф Стэплдон пошел еще дальше в своем научно-фантастическом романе «Создатель звезд», где он описал, как будущая развитая человеческая цивилизация «смогла построить в космосе искусственные планеты для постоянного проживания из металлов и искусственного прозрачного адаманта, размеры которых варьировались от самых больших и самых маленьких структур, размером не больше очень маленького астероида, до сфер, значительно больших, чем Земля».
Эти источники, возможно, послужили источником вдохновения для написания предложения Дайсона в 1960 году. В этой основополагающей статье «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения» Дайсон рассуждал, что мотивация цивилизации к созданию «искусственной биосферы» (позже названной Николаем Кардашевым «сферой Дайсона») будет включать в себя использование энергии, но также и умножение ее количества. пространства, в котором они могли бы обитать. Начиная с вероятной возможности того, что цивилизация, наблюдаемая на космических расстояниях, будет намного старше и более развитой, чем человечество, он утверждал, что: «[Это] разумная рабочая гипотеза о том, что их среда обитания будет расширена до пределов, установленных мальтузианскими принципами. У нас нет прямых знаний о материальных условиях, с которыми эти существа столкнутся в поисках жизненного пространства… Следует ожидать, что в пределах через несколько тысяч лет после того, как он вступит в стадию промышленного развития, любой разумный вид будет обитать в искусственной биосфере, которая полностью окружает его родительскую звезду».
Однако на момент написания Дайсон работал с пределами обитаемого пространства в нашей солнечной системе, которая ограничивалась Землей. Тем не менее, различные тела Солнечной системы (особенно Юпитер и газовые гиганты) содержат огромное количество материала, который (теоретически) можно перепрофилировать для создания искусственной биосферы. Используя Юпитер в качестве примера, Дайсон утверждал, что массы планеты было достаточно, чтобы создать сферическую оболочку вокруг Солнца толщиной от 2 до 3 метров (от 6,5 до 10 футов) с плотностью «200 граммов на квадратный сантиметр». Более того, вдохновленный недавними достижениями в области инфракрасной астрономии, Дайсон предложил, как исследователи SETI могли бы искать доказательства существования этих структур в нашей галактике по их тепловым сигнатурам. Как рассказали Universe Today Нарасимха, Сафонова и Шиварам по электронной почте: «Дайсон предположил, что развитые инопланетные цивилизации уже могли построить такие мегаструктуры. Они будут излучать всю энергию звезды главным образом в узком инфракрасном (ИК) диапазоне от 8 до 10 микрон (из-за «отходного тепла», наблюдаемого как избыточное ИК-излучение), так что это должно быть техносигнатурой такой структуры, то есть звездного объекта с солнечной светимостью, но излучающего все в ИК-диапазоне.
«Карл Саган и Рассел Уокер в 1966 году в статье «Инфракрасная обнаруживаемость цивилизаций Дайсона» предложили искать цивилизации Дайсона с помощью ИК-космических телескопов. Астрономы до сих пор продолжают искать такие объекты, хотя и с отрицательными результатами до сих пор, потому что концепция не ограничено временем — любая долговременная цивилизация (то есть, существующая в течение тысяч лет) может в конечном итоге потребовать всю продукцию своей родительской звезды». В качестве альтернативы Нарасимха и его коллеги предлагают, как можно было бы переместить несколько планет в пределах ГЦ Солнца, что увеличило бы пригодное для жизни пространство в нашей Солнечной системе и не потребовало бы разрушения ее планет. Более того, основываясь на нашем нынешнем понимании планетарных тел, они выявили несколько проблем с первоначальными расчетами и предположениями Дайсона. Например, предпосылка Дайсона об использовании Юпитера в качестве ресурса не признавала, что только часть массы Юпитера (приблизительно 13%) может быть использована в строительных целях.
Сюда входит скалистая внутренняя часть и металлическое ядро, тогда как водород и гелий (которые составляют 87% его массовой доли) практически не могут быть использованы в качестве строительных материалов. Более того, обильный водород можно было бы использовать в термоядерных реакторах, предлагая гораздо более простое и практичное решение любого энергетического кризиса. Более того, предложение Дайсона было основано на теории о том, что рост популяции неизменно будет опережать ресурсную базу вида (так называемая мальтузианская теория), которая подвергалась широкой критике за неспособность принять во внимание технологический прогресс и другие факторы, влияющие на динамику популяции. Нарасимха и его коллеги также утверждают, что заключение такой звезды, как наше Солнце, задержит внутри себя весь солнечный ветер, что приведет к исчезновению гелиосферы и подвергнет сферу Дайсона воздействию повышенного уровня космических лучей, что потенциально нанесет вред внутренней биосфере. Это одна из нескольких проблем (как технических, так и этических), которые команда выявила в первоначальном предложении Дайсона:
«Чтобы построить такую мегаструктуру, нам нужно будет использовать все внутренние планеты и некоторые внешние планеты, тем самым полностью уничтожив Солнечную систему, какой мы ее знаем сейчас, включая Землю с ее уникальной биосферой. Это также противоречит принципу Планетарная защита – политика ООН, регулирующая сохранение тел Солнечной системы. сфера (или даже кольцо) будет очень неустойчива относительно небольших возмущений (например, падения метеорита) и столкнется с центральной звездой». «Внутри твердой сферы Дайсона не будет гравитации, если она не вращается, и тогда только на экваторе гравитация будет равна обычным 1 g. Освещение будет непрерывным, без ночей, а внутри - с Землей. -подобная поверхность будет отражать солнечный свет с альбедо Земли, делая небо намного ярче, чем на Земле, освещенной днем. Поскольку наше Солнце останется той же активной звездой, не будет никакой защиты от солнечных вспышек, КВМ, солнечного ветра и т. д., поскольку не было бы естественного магнитного поля. И относительно скоро в космическом масштабе наше Солнце начнет расширяться, превращаясь в красного гиганта, поглощая все, что находится на орбите Юпитера».
Наконец, они указывают на сроки создания сферы Дайсона, которые будут огромными. При этом не учитывается потенциальная долгосрочная стабильность и устойчивость цивилизаций в течение длительных периодов времени (параметр L в знаменитом уравнении Дрейка). В сложившихся обстоятельствах создание мегаструктуры кажется не только серьезной задачей, но и непрактичной и нецелесообразной. Во времена Дайсона считалось, что у большинства звезд есть система по крайней мере из одной планеты. Основываясь на данных, полученных космическим телескопом «Кеплер» и другими системами поиска планет, такими как «Хаббл», спутником для исследования транзитных экзопланет (TESS) и космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), астрономы подсчитали, что в мире может быть по меньшей мере 100 миллиардов планет. наш Млечный Путь. Недавние исследования также показали, что в нашей галактике может существовать до триллиона свободно плавающих планет (FFP), также известных как «планеты-изгои».
Если бы эти планеты можно было переместить в обитаемую зону звезды, это экспоненциально увеличило бы недвижимость цивилизации. Как объяснила команда, развитая цивилизация может также импортировать новые планеты по мере необходимости с течением времени и/или назначать планеты для различных целей. «Нет необходимости уничтожать целые планетные системы», — заявили они. «ETI может принести планету, использовать ее, выкинуть из системы и принести еще одну. Планеты, используемые только в промышленных и технологических целях, называются «сервисными мирами». ETI мог бы даже привлечь свободно плавающие планеты, чтобы использовать их в качестве служебных миров». В своей статье команда показала, как богатые водой планеты, такие как Марс или Плутон, или многие ледяные транснептуновые объекты (ТНО), могут быть перемещены в ГЗ Солнечной системы с помощью мощных лазерных решеток. Эти лазеры должны быть в диапазоне мощностей зетаватт или этаватт (1024 Вт), первый из которых уже используется для исследований ядерного синтеза. По их оценкам, затраченная мощность и общая энергия будут на несколько порядков меньше, чем то, что требуется для разрушения Юпитера (и других планет) и построения сферы Дайсона.
Помимо материальных выгод, развитая цивилизация, способная перемещать планеты в своей системе, могла бы также изменить орбитальную механику этих миров. Эту идею также разъяснил Циолковский в 1895 году, где он писал о продвинутых людях, которые могли изменять суточные циклы, продолжительность года и сезонные температуры на своих планетах, когда они чувствовали в этом необходимость. Естественно, это исследование поднимает вопрос о том, как исследователи SETI могли бы искать такие цивилизации и какие «техносигнатуры» они могли бы произвести. В то время как Дайсон показал, как мегаструктуры могут быть обнаружены по их сигнатурам в инфракрасных длинах волн, Нарасимха и его коллеги указывают, что спроектированные системы планет будут создавать отчетливые техносигнатуры. Сюда входят мощные узкополосные лазерные установки, которые можно будет обнаружить на расстояниях в сотни или даже тысячи световых лет. Это согласуется с рекомендациями профессора Филиппа Любина, профессора физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и руководителя группы экспериментальной космологии (UCSB).
В 2016 году профессор Любин опубликовал статью, в которой указывалось, что развитую цивилизацию можно обнаружить, ища «побочные эффекты» лазерных решеток. Их можно использовать для связи, движения и защиты от астероидов — тех самых приложений, которые Любин и его коллеги из ECG исследуют для использования здесь, на Земле (включая Breakthrough Starshot). В 2018 году был опубликован отчет НАСА о техносигнатурах, в котором оптическая связь, лазерное движение и другие методы направленной энергии были включены в качестве жизнеспособных техносигнатур. Более того, Нарасимха и его команда объяснили, что профиль инженерных систем будет сильно отличаться от профиля других систем. Они даже предлагают некоторые потенциальные примеры, которые исследователи SETI могли бы изучить более внимательно в ближайшие годы:
«Если планеты устроены странным образом, т. е. массы планет чередуются от одной планеты к другой (как газовый гигант, планета земной группы, затем планета земной группы, а еще одна газовый гигант — как система Кеплер-20), то мы могли бы считать, что эти необычные расположения были созданы внеземными планетами намеренно.Планетные системы, такие как Кеплер-20 или TRAPPIST-1, где многие похожие на Землю (маломассивные каменистые планеты) расположены близко к своей звезде, на расстоянии менее Орбита Меркурия - еще один возможный признак развитой инопланетной астроинженерии. Кажется необычным видеть так много планет земного типа в такой узкой зоне на небольшом расстоянии от своей звезды. Это может указывать на то, что такие планеты могли быть намеренно перемещены в орбиту Меркурия. HZ своих родительских звезд».
Короче говоря, Нарасимха и его команда рекомендуют астрономам искать странные экзопланетные архитектуры (SEA) в качестве одного из параметров поиска при поиске биосигнатур и техносигнатур. Будущие усилия SETI могут включать поиск модифицированных или упорядоченных систем, указывающих на наличие множества обитаемых планет, «миров обслуживания», а также развитой связи и инфраструктуры между ними. Кто знает? Возможно, некоторые системы будут включать в себя несколько звезд, каждая со своим собственным расположением планет, поддерживающих несколько цивилизаций.
