Рой Дайсона

Поймать весь свет звезды: как цивилизация могла бы это построить и как это выглядело бы

Гипотеза: физика допускает это на бумаге, но никто этого не видел. Всё показано по теории в её нынешнем виде.

Шаг за шагом

Поймать весь свет звезды

У идеи есть более старый источник: роман Олафа Стэплдона «Создатель звёзд» (1937), где звёзды целой галактики окружены ловушками для их света. Дайсон говорил, что это подало ему мысль. Его собственный довод был практическим: цивилизация, использующая энергию звезды, должна отдавать её обратно теплом, а тепло телескопы видят.

Солнце излучает 3,8 × 10²⁶ ватт. Человечество тратит около 2 × 10¹³. По шкале, которую Карл Саган вывел из шкалы Николая Кардашёва и где каждая целая ступень — это множитель в десять миллиардов по мощности, это ставит нас примерно на 0,73. Цивилизация, использующая весь свет своей звезды, была бы на 2.

Такая цивилизация неизвестна. Всё здесь придумано на основе физики: как её можно построить и как она выглядела бы.

Не оболочка, а рой

Сплошная оболочка вокруг звезды не сработала бы. Ей пришлось бы выдерживать около триллиона паскалей, примерно в тысячу раз больше, чем выдерживает сталь, и она дрейфовала бы к звезде. Дайсон имел в виду рой отдельных коллекторов, каждый на своей орбите.

Тонкая оболочка на расстоянии Земли сжимается притяжением Солнца с давлением около GMρ/2r: для оболочки с плотностью алюминия — около 1,2 триллиона паскалей, какой бы тонкой она ни была. Сталь сдаётся примерно при миллиарде. Ни один известный материал и близко не подходит.

Даже идеальная оболочка была бы неустойчива. Внутри однородной оболочки гравитация сокращается, так что ничто не удерживает звезду в центре: любое смещение в одну сторону растёт, пока звезда не коснётся стенки. Сам Дайсон называл сплошную оболочку механически невозможной и представлял себе свободный рой тел на независимых орбитах.

Поэтому здесь показан рой панелей, каждая из которых — зеркало или коллектор на своей орбите вокруг звезды. Панели нарисованы в тысячи раз больше настоящих, а звезда — больше, чем она есть, чтобы были видны обе.

Откуда взялся бы материал

В Меркурии 3,3 × 10²³ кг. Распределённые по сфере равномерно, это около 1,2 кг на каждый квадратный метр, гораздо больше, чем нужно коллекторам толщиной с фольгу, так что хватило бы доли планеты. Примерно две трети — металл, хороший для строительства.

План Стюарта Армстронга и Андерса Сэндберга начинается с малого: первый завод на Меркурии строит новые заводы, те — ещё, так что работа удваивается снова и снова. Готовые коллекторы запускают на орбиту вокруг Солнца, и они начинают отдавать энергию, чтобы питать следующий круг.

Цифры — арифметика. Самокопирующиеся заводы — идея, далеко за пределами того, что мы умеем, а сколько времени это заняло бы, зависит от того, как быстро они могли бы размножаться.

Как он рос бы

Панели в квадратный километр малы рядом со звездой. Тысяча едва задевает её свет, а триллион мало что меняет; лишь когда их сотни квадриллионов, звезда меркнет по-настоящему. Рост копированием добирается до этого быстрее, чем думают.

График в углу показывает долю света звезды, пойманную по мере добавления панелей, с учётом перекрытий. Сначала она растёт вместе с их числом, потом выравнивается, потому что новые панели попадают в тень старых. Она никогда не достигает всего.

Рою не нужно быть законченным, чтобы приносить пользу: половина роя ловит около половины света, и цивилизация может остановиться где угодно. Панели здесь нарисованы намного больше настоящих.

Издалека

Всё, что рой поймал, он должен отдать: никакая цивилизация не может избавиться от тепла иначе, чем излучив его. Рой на расстоянии Земли имел бы около 280 К, чуть холоднее комнаты, и светил бы сильнее всего на длине волны около 10 микрометров, в среднем инфракрасном.

На графике — собственный свет звезды, ярчайший около половины микрометра, и тепло роя. Это одна и та же кривая, та же мощность, сдвинутая по длинам волн в двадцать раз: свет не теряется, а лишь переносится из видимого в инфракрасный.

Так и искали бы: звезду с малым видимым светом и большим инфракрасным. Красное свечение, нарисованное вокруг роя, показывает, где тепло; инфракрасное увидеть нельзя.

Вид изнутри

Внутри роя вы видели бы звезду сквозь россыпь панелей. Каждая блестит там, где ловит свет, и каждая, проходя перед звездой, на миг её притеняет. День мерцал бы по мере их прохождения.

Изнутри яркие стороны панелей повёрнуты к вам. Каждая — зеркало или коллектор, ловит свет звезды и блестит в нём, так что небо полно ими: крапинки света или маленькие тёмные силуэты на фоне звезды.

Панель, проходящая по диску звезды, ненадолго притеняет её, как планета при транзите. Когда панелей много, мерцание не прекращалось бы, а будь рой густым, звезда была бы красно-золотым свечением, видимым сквозь просветы.

Звезда здесь нарисована больше, чем была бы, а панели — намного больше. Настоящая панель — точка на любом расстоянии, а настоящий рой на небе был бы намного реже, чем на этой картинке.

Звезда, которая тускнеет

В 2015 году астрономы сообщили о звезде KIC 8462852, которая тускнела до 22 % неправильными провалами. Одна из идей — рой чужих сооружений. Позднейшие измерения цвета указали на пыль, которая ослабляет синий свет сильнее красного.

Звезда, названная звездой Бояджян или звездой Табби в честь Табеты Бояджян, возглавлявшей команду, которая о ней сообщила, падала до 22 % на несколько дней, без какой-либо закономерности. Джейсон Райт и Стейнн Сигурдссон в 2016 году включили рой чужих сооружений в число возможных причин.

В 2018 году команда Бояджян наблюдала провалы в нескольких цветах. Они ослабляли синий свет сильнее красного, как это делали бы пылинки меньше тысячной доли миллиметра, и как не сделал бы рой сплошных панелей, поскольку панели закрывают все цвета одинаково. Пыль теперь — главное объяснение.

Это всё ещё странная звезда. Но урок остался: настоящий рой ослаблял бы звезду одинаково во всех цветах и светил бы в инфракрасном, поэтому поиск должен проверять и то и другое. Сгустки здесь нарисованы.

Видел ли кто-нибудь такую?

Нет. Обзоры проверили миллионы звёзд на инфракрасное свечение роя. В 2024 году проект «Гефест» нашёл семь красных карликов с необъяснённым избытком, но его могут объяснить пыль или фоновые галактики. Рой Дайсона остаётся идеей.

Проект «Гефест» под руководством Матиаса Суасо просеял около пяти миллионов звёзд в трёх больших обзорах неба (Gaia, 2MASS и WISE) в поисках звёзд, слишком тусклых в видимом свете и слишком ярких в инфракрасном. Он нашёл семь красных карликов, которых его фильтры не смогли объяснить.

Возможны естественные объяснения: слабые фоновые галактики или пыль рядом со звёздами могли бы объяснить избыток. Пока источники не рассмотрены резче, эти семь — кандидаты в загадку, а не открытие.

Пока ничто не требует роя Дайсона для объяснения. Он остаётся ориентиром того, что оставило бы использование энергии в огромном масштабе, и напоминанием, что искать надо звезду, которая выглядит слишком тусклой и слишком тёплой.