戴森集群

捕获一颗恒星的全部光：文明如何能建造它，它又会是什么样子

这是一个假想：物理在纸面上允许它存在，但从没有人见过。所展示的一切都遵循现有理论。

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捕获一颗恒星的全部光

这个想法有更早的来源：奥拉夫·斯特普尔顿的小说《造星主》（1937），书中整个星系的恒星都被捕光的陷阱环绕。戴森说是它给了他这个想法。他自己的论点很实际：使用恒星能量的文明必须把它以热的形式还回去，而热是望远镜看得见的。

太阳放出3.8 × 10²⁶瓦。人类大约使用2 × 10¹³瓦。在卡尔·萨根根据尼古拉·卡尔达肖夫的等级画出的标尺上，每一整级是功率的一百亿倍，这把我们放在约0.73。使用其恒星全部光的文明则在2。

没有已知的这样的文明。这里的一切都是根据物理设想出来的：怎样能建造一个，它又会是什么样子。

不是壳，是集群

恒星周围的实心壳行不通。它得承受约一万亿帕，大约是钢所能承受的一千倍，而且它会漂向恒星。戴森的意思是一群各自独立的收集器，每个在自己的轨道上。

地球距离处的薄壳受太阳引力挤压，压力约为GMρ/2r：对铝的密度的壳来说，无论多薄，约为1.2万亿帕。钢在约十亿帕时屈服。我们所知的任何材料都远远达不到。

即使是完美的壳也不稳定。均匀壳的内部引力相互抵消，因此没有什么能把恒星留在中心：任何朝一侧的偏移都会增大，直到恒星撞上壳壁。戴森本人称实心壳在力学上不可能，并设想了一群在独立轨道上的松散天体。

所以这里的画面是一群面板，每块是在恒星周围自己轨道上的镜子或收集器。面板画得比真实的大数千倍，恒星也画得比实际大，这样两者才看得清。

材料从哪里来

水星有3.3 × 10²³千克。均匀铺在球面上，每平方米约1.2千克，远多于薄如箔的收集器所需，所以用掉行星的一小部分就够了。约三分之二是金属，适合建造。

斯图尔特·阿姆斯特朗和安德斯·桑德伯格的方案从小处开始：水星上的第一座工厂建造更多工厂，它们再建造更多，于是工作一次又一次翻倍。建成的收集器被发射到绕太阳的轨道上，并开始回馈电力，供下一轮使用。

这些数字是运算。自我复制的工厂只是一个想法，远超我们能造出的东西，需要多久取决于它们能多快繁殖。

它会怎样增长

一平方公里的面板在恒星旁边很小。一千块几乎碰不到它的光，一万亿块也作用不大；只有达到数十亿亿块时，恒星才会永久变暗。靠复制来增长会比人想的更快达到这一步。

角落里的图表是随面板增加而被捕获的恒星光所占的份额，重叠已计入。起初它随数量上升，然后变平，因为新面板落在旧面板的阴影里。它永远不会真正达到全部。

集群不必建成才有用：半个集群捕获约一半的光，文明可以在半途任何一点停下。这里的面板画得比真实的大得多。

从远处看

集群捕获的一切都必须还回去：任何文明除了辐射出去，没法摆脱热量。地球距离处的集群大约在280开，比一间屋子略冷，并在10微米附近的波长（中红外）发光最强。

图表显示恒星自身的光（最亮处在半微米附近）和集群的热。它们是同一条曲线、同样的功率，在波长上平移了二十倍：光没有损失，只是从可见光移到了红外。

搜寻就该这样进行：找可见光弱、红外强的恒星。集群周围画出的红色辉光表示热在哪里；红外是看不见的。

从内部看

在集群内部，你会透过零散的面板看到恒星。每块面板在捕捉到光的地方闪光，每块从恒星前经过的面板都会使它暗一瞬。它们经过时，白昼会闪烁。

从内部看，面板明亮的一面朝向你。每块都是镜子或收集器，捕捉恒星的光并在其中闪耀，所以天空中满是它们：光点，或恒星前的小小暗影。

面板从恒星面前经过会使它短暂变暗，就像行星凌星那样。面板很多时，闪烁永不停息；若集群很密，恒星就会成为透过缝隙看到的红金色辉光。

这里的恒星画得比实际大，面板画得大得多。真实的面板在任何距离上都只是个小点，真实的集群在天空中也比这幅图稀疏得多。

变暗的恒星

2015年，天文学家报告了一颗恒星KIC 8462852，它在不规则的下降中变暗多达22%。一种想法是外星结构组成的集群。后来的颜色测量指向尘埃，尘埃使蓝光变暗多于红光。

这颗恒星被称为博亚吉安星或塔比星，得名于领导报告它的团队的塔贝莎·博亚吉安，它一次下降可达22%，持续数日，没有规律。杰森·赖特和斯泰因恩·西格德森在2016年把外星结构集群列入可能的原因。

2018年，博亚吉安的团队在几种颜色下观察这些下降。它们使蓝光变暗多于红光，就像小于千分之一毫米的尘埃颗粒那样，而实心面板的集群不会这样，因为面板对所有颜色的遮挡一样。尘埃如今是首要解释。

它仍是一颗奇怪的恒星。但教训留了下来：真实的集群会使恒星在各种颜色下同样变暗，并在红外发光，所以搜寻必须两者都查。这里的团块是画出来的。

有人见过吗？

没有。各种巡天已经为寻找集群的红外辉光搜查了数百万颗恒星。2024年，赫菲斯托斯计划发现了七颗有无法解释的过量的红矮星，但尘埃或背景星系可能解释它。戴森集群仍只是一个想法。

由马蒂亚斯·苏亚索领导的赫菲斯托斯计划，在三大巡天（盖亚、2MASS和WISE）中筛查了约五百万颗恒星，寻找可见光太暗而红外太亮的恒星。它找到七颗其过滤条件无法解释的红矮星。

自然的解释是可能的：暗弱的背景星系或恒星附近的尘埃可能解释这种过量。在来源被看得更清楚之前，这七颗是一个谜题的候选者，不是发现。

到目前为止，没有什么需要戴森集群来解释。它仍是大规模使用能量会留下什么的指南，也提醒我们该搜寻的恒星是看上去太暗又太暖的那种。