Dysonovy sféry jsou úžasné magekonstrukce, které obklopují hvězdu a získávají od ní podstatnou část vyzářené energie. Koncept Dysonových sfér vymyslel v šedesátých letech dnes jednadevadesátiletý teoretický fyzik a matematik britského původu Freeman Dyson, který tyto technologické sféry považoval za logický důsledek snah pokročilých civilizací o zajištění potřebného množství energie.
Sám Dyson se prý nedávno nechal slyšet, že si z nějakého důvodu nepřeje, aby se Dysonovy sféry jmenovaly po něm, ale OSEL mu s omluvou prozatím nevyhoví, neboť není k dispozici důstojné náhradní pojmenování a mezi námi, Dyson se nemá za co stydět. Dysonovy sféry si získaly srdce mnoha snílků a vizionářů, objevily se i v úctyhodném počtu sci-fi příběhů, seriálových epizod hraných i animovaných, komiksů i počítačových her.
Dysonova sféra není jedna jediná. Ve skutečnosti existuje celá řada méně či více odvážných variant megakonstrukcí, kterými technologicky schopná civilizace může obklopit svou hvězdu. Novější návrhy Dysonových sfér nebývají jenom pouhé solární megaelektrárny, ale také průmyslové komplexy nebo habitaty s lidským osídlením. V původním Dysonově návrhu šlo o duté sféry kulovitého tvaru, kterým se dnes říká Dysonovy schránky, postupně se ale objevila mnohá další řešení.
Jsou mezi nimi různé varianty Dysonových rojů, početných uskupení nezávislých konstrukcí, jako jsou solární satelity a habitaty s lidmi, které obíhají kolem hvězdy v husté formaci. Podobně fungují Dysonovy bubliny, které se také skládají z velkého množství jednotlivých konstrukcí, ale hvězdu neobíhají a zůstávají na jednom místě. Objevují se i Dysonovy sítě, bublinové světy kolem plynných obrů anebo třeba hvězdné stroje (stellar engines), megakonstrukce, které získávají energii hvězdy pro nějaké specifické účely. Například takzvané matrjoškové mozky vymyšlené Robertem Bradburym vysávají energii hvězdy, aby poháněly svou nezměrnou výpočetní kapacitu. Autoři těchto konceptů podle všeho pozorně sledují vývoj nových technologií a materiálů, takže se mezi novými návrhy Dysonových sfér objevuje použití grafenu a podobné záležitosti.
Pokud někdy objevíme Dysonovy sféry v okolním vesmíru, tak si můžeme jistí, že jde o stavbu technologicky velmi vyspělé civilizace, která jaksi pozapomněla maskovat své výtvory. Někteří vědci jsou přesvědčeni, že přítomnost Dysonovy sféry u hvězdy bude mít nezaměnitelný vliv na záření, zejména infračervené, přicházející z této oblasti. O Dysonovy sféry se tudíž zajímají projekty, které pátrají po mimozemských civilizacích. Zároveň ale není tajemstvím, že jsme žádnou Dysonovu sféru zatím ve vesmíru nenašli. Kde se stala chyba?
Když pomineme možnost, že je s konceptem Dysonových sfér a s našimi představami o těchto megakonstrukcích něco zásadně špatně, tak je nejjednodušším vysvětlením absence Dysonových sfér prostě to, že jsme v blízkém vesmíru sami, přinejmenším pokud jde o civilizace stavějící pozorovatelné Dysonovy sféry. Nicméně, dva turečtí badatelé z Univerzity Boaziçi, brahim Semiz a Salim Our, nedávno nabídli ještě další zajímavé vysvětlení. Podle nich totiž hledáme Dysonovy sféry u špatných hvězd. Navrhují, že pro technologicky pokročilé civilizace by bylo smysluplnější, kdyby podobné megakonstrukce stavěly u bílých trpaslíků a ne u hvězd hlavní posloupnosti, jako je třeba Slunce.
Semiz a Our vyšli z toho, že podstatná část hvězd hlavní posloupnosti v Galaxii jednou skončí jako bílí trpaslíci. Civilizace schopná postavit Dysonovu sféru si jistě dokáže najít způsob, jak přežít bouřlivý konec aktivní kariéry takové hvězdy a pak může pomocí Dysonovy sféry využít energii bílého trpaslíka. Výhodou bílých trpaslíků může být, že jejich obyvatelná zóna je blíž ke hvězdě a že by tudíž konstrukce Dysonovy sféry mohla být mnohem menší, než třeba v současné Sluneční soustavě. Badatelé odhadují, že kdyby někdo v obyvatelné zóně bílého trpaslíka postavil Dysonovu schránku o tloušťce jednoho metru, tak by na to potřeboval asi tak 10 na 23 hmoty, čili o něco méně než náš Měsíc. A to už není tak strašlivě nepředstavitelné.
Další výhodou relativně malé Dysonovy sféry u bílého trpaslíka by mělo být, že na jejím povrchu bude silnější gravitace, prý zhruba jako na Zemi. Pokud by stavitelé takové megakonstrukce byli rámcově podobní nám, tak by to pro ně nejspíš bylo příjemným bonusem. Mohli by tam docela pohodově bydlet.
Mají takové Dysonovy sféry vůbec nějakou nevýhodu? Jednu podstatnou ano – ovšem pro nás. Bílí trpaslíci září výrazně méně, než hvězdy hlavní posloupnosti a když by je obklopila megakonstrukce, tak se budou mnohem hůře hledat. Tím také Semiz s Ourem vysvětlují, proč jsme ještě žádnou Dysonovu sféru nenašli, ani v těch nejvýkonnějších přístrojích naší civilizace, i kdyby nějaké v Galaxii existovaly.
Video: A Search for Dyson Spheres using IRAS - Richard Carrigan. Kredit: SETI Institute.
Video: Freeman Dysons Interview. Kredit: Atomic Heritage.
Video: Freeman Dyson Predicts the Future: Interactive Video. Kredit: IEEESpectrum.
Literatura
MIT Technology Review 25. 3. 2015, arXiv:1503.04376, Wikipedia (Dyson sphere, Dyson spheres in popular culture).
Diskuze:
Pouze jedna strana mince
Karel Štolc,2015-04-09 22:53:11
Představa, že vyspělá civilizace bude těžit energii ze své mateřské hvězdy nebo nějaké poblíž - Dysonovou sférou, a že tím bude saturovat svou enormní energetickou potřebu, vypadá docela rozumně a logicky, ale má to jeden, a to dost velký háček. Energetická bilance planety se musí pohybovat těsně kolem nuly, jakmile se dosáhne kvazirovnovážné teploty vhodné pro život dané životní populace. Pokud by byla energie získaná planetou větší nežli energie vyzářená do prostoru, pak shoří. Pokud vyzáří více nežli získá, zmrzne (bez ohledu na to, zda se jedná o energii z vlastních zdrojů např.atomová nebo získanou – např. sluneční) . Samozřejmě, že je zde jistá malá vůle – např. sekvestrace energie chemickými vazbami (viz konserva fosilních zdrojů energie nebo naopak sněhová koule Země). Ale pokud by taková civilizace skutečně získávala enormní množství energie a importovala by jí pro využití na svou planetu, a pokud by neobjevila způsob, jak se zbavit degradované energie (zejména transformované do formy tepla) nebo tuto energii exportovat v nějaké formě (třeba hvězdolety, nebo vysílání radiových vln do prostoru a pod.) a odstranit jí tak z celkové bilance, pak jí příkon externí energie nevyvážené výdejem zničí. Dnes se vymýšlejí čím reálnější tím šílenější systémy jako zachytit sluneční energii (mimo té, která přirozeně dopadá na naší planetu), ale neřeší se nesmírně důležitá druhá strana mince - jak se jí zbavit. Skleníkový efekt současného diskutabilního globálního oteplení by byl pouhou taškařicí. Takže by se daly vyspělé civilizace hledat nejen podle toho, že využívá energii své hvězdy, ale hlavně podle výdeje enormního množství degradované energie. Zatímco systém odčerpávání energie z hvězdy (Dysonova sféra) by indikoval, že poblíž existuje taková vyspělá extraterestriální energiechtivá civilizace, enormní vyzařování energie z nějaké planety by identifikovalo přímo planetu s takovou civilizací.
Práve ma napadli myšlienky Dysonovych sfér
Anton Matejov,2015-04-05 20:09:50
aj z iných dôvodov. Veľké megaprojekty sa presadzujú väčšinou z viacerých dôvodov. Čo konkretné hrozí ľudstvu a našej Zemi v blízkej budúcnosti. Je spočítane, že naše Slnko do miliárdy rokov (a možno aj skôr) zosilnie takou intenzitou, že sa nám vyparia všetké oceány a na Zemi nastane sklenikový efekt podobný tomu na Venuši.Ako má ľudstvo prežiť? Veľa vizionárov začalo predpovedať presťahovanie ľudstva na Mars, neskôr na Jupiterové mesiace a podobne. Nebolo by ekonomickejšie postaviť vlastne nejakú predsunutú ochranu zónu na obežnej dráhe, alebo ešte menej náročne v bode L1 (langrangeových bodov)? http://cs.wikipedia.org/wiki/Libra%C4%8Dn%C3%AD_centrum
Predsunutá ochranná zóna by znižovala v prvej fáze narastajúce žiarenie a mohla odkláňať aj erupcie, ktoré môžu zasiahnuť našu Zem. Erupcie môžu ohrozovať aj našu umelú inteligenciu vyvinutu s naších PC, takže dá sa predpokladať, že aj oni budú mať záujem o vybudovaní nejakej ochrannej sféry.Najekonomickejšie by bolo ak by aj vyrábala nejaká energiu. Ľudstvo by tak mohlo predlžiť pobyt na našej Zemi o niekoľko miliárd rokov. Určite lacnejšie a ekonomickejšie riešenie ako dočasne presťahovať celú civilizáciu na Mars, vybudovať tam atmosféru a iné životu potrebnú infraštruktúru. Podobné problémy môžu mať veľmi pravdepodobne aj iné mimozemské civilizácie a závisi od toho aj ich prežitie. To je dobré riešenie iba v prvej fáze a nabranie skusenosti. Tiež nám ako aj IT môže hroziť výbuch blízkych supernov, ktoré tiež môžu zničiť našu atmosféru alebo inak vyhladiť život na Zemi.Tak že ochranné sféry bude treba rozšíriť. Odtiaľ je už na skok k budovaniu Dysonových sfér ani nielen z energetickych potrieb. Ale pred narastaní žiarenie vlastnej hviezdy a vonkajšiu Dysonovú sféru pred vesmírnymi katastrofami.Najmä z bezpečnostných potrieb! Nevieme kedy k tomu pride, ale vieme, že je vysoko pravdepodobne, že raz k nejakým kataklizma dôjde. Ak nič nepodnikneme tak ako civilizácia zanikneme. Potrebny materiál by sme mohli získať s komét a asteroidov, ktoré nás môžu ohroziť. Vonkajšiu dysonovú sféru postaviť niekde blízko Oortovho Oortovho oblaku.
http://cs.wikipedia.org/wiki/Oort%C5%AFv_oblak
Tam je materialu ohrozujúceho našu vnútornu Slnečnú sústavu tiež dosť. Do asi 2 miliónov rokov má blízko preletieť hviezda. Tá tiež môže gravitačne vypudiť kométy s Oortovho oblaku do našej sústavy a na Zem!Takže bude vzaujme nášho prežitia niečo s danou hrozbou urobiť pripraviť sa. Alebo ešte ekonomickejší varianť by bol účelne spotrebovať, trasformovať daný material. Aby už nebol prinajmenšom tak nebezpečný. Ak by nám aj blízky prelet trpasličej hviezdy zlikvidoval tenku vrstvu vonkajšej Dysonove sféry, určite by tenké fólie nepoškodili tak zničujúco našu Zem. Podobne mohli uvažovať aj iné supercivilizácie. Ak teda predpokladám najmenej dve dysonové sféry, tak toho prenikajúceho žiarenia bude oveľa menej a ťakšie zistiteľne z veľkých vzdialenosti. Čo ak si myslíme že niekde snímame napríklad hnedého trpaslika, ale v skutočnosti jeho slabé žiarenie väčšiej hviezdy je zapričiné dysonovými sférami? Vieme to rozlíšiť dostatočne?
Tvorba dysonových sfér z bezpečnostných dôvodov bude asi pre prežitie civilizácii asi rozhodujúca.
Dysonové sféry môžeme spevňovať aj elektromagnetický, alebo aj pomocou umelo vytvorených langrangeových bodov. To by nemusel byť až tak veľký problém! Však energie na to budeme mať dostatok zo samotných dysonových sfér!
Problém teploty
Josef Jindra,2015-04-04 12:31:11
Skoušel někdo vypočítak teplotu vnějšího povrchu sféry ? Velikost energie hvězdy dopadající na vnitřní povrch sféry se dá odhadnouta a teplota vnějšího povrchu bude řádově odpovídat teplotě záření černého tělesa o příslušné ploše a toku energie.
Josef
Josef Šoltes,2015-04-04 14:44:44
Tak pokud někdo staví Dysonovu sféru, asi má celkem dobře vyřešen převod světelné energie na nějako použitelnou formu, takže mu moc tepla na povrchu nezůstane.
Dysonovy sféry jsou nesmysl,
Karel Rabl,2015-04-03 12:24:13
protože pouhé zvládnutí jaderné fůze dodá tolik energie které není případná civilizace schopna spotřebovat na zemi je "těžkého vodíku" dost a ještě více je na měsíci tedy dostupné suroviny již dnes i na některých meteoritech či dalších měsících.
Juraj Chovan,2015-04-03 12:36:48
Civilizácia ktorá je natoľko vyspelá aby vybudovala dysonovu sféru je určite dostatočne vyspelá aby si poradila s "problémom" ako vyťaženú energiu zmysluplne využiť. Tak napríklad, môžu spustiť veľkokapacitnú výrobu antihmoty ktorá sa hodí ako palivo do anihilačných motorov ich vesmírnych korábov :)
Tiež sa mi to nezdá
Milan Baran,2015-04-03 09:03:03
"Další výhodou relativně malé Dysonovy sféry u bílého trpaslíka by mělo být, že na jejím povrchu bude silnější gravitace, prý zhruba jako na Zemi." Asi vycucané z prstu.
JiříVesecký EgonEgon,2015-04-03 21:19:07
Ano je to částečně vycucáno. Gravitační zrychlení pro 1G je u našeho slunce 3,6 Mkm. U bílého trpaslíka je vzdálenost pro 1G od středu stejná 3,6Mkm, pokud bude mít stejnou hmotnost. Jediným rozdílem bude větší vzdálenost k povrchu. Bílí trpaslík je daleko kompaktnější objekt než naše slunce. Je ale pravdou že tenkou sféru, je výhodnější realizovat u bílého trpaslíka než u slunce pro jeho výrazně vyšší svítivost alespoň z kraje vzniku. Síla stěny sféry může být silnější 30um-7mm podle svítivosti trpaslíka. Důležitý bude zachovat stabilní zářivý výkon trpaslíka. Při konstrukci sféry je nutné přesně dodržet rovnováhu mezi tlakem záření a gravitací působící na hmotu sféry. Pokud se změní vyzařovaný výkon hvězdy tak sféra spadne na povrch nebo je roztržena tlakem záření. I když expanzi by případně mohla vydržet. Také intenzita magnetických polí bílých trpaslíků je silná, až 100000 T. Tyto pole určitě nebudou homogenní a budou podléhat výrazným turbulentním změnám.
JiříVesecký EgonEgon
Juraj Chovan,2015-04-04 13:31:09
Dovolím si silne nesúhlasiť: Vyžarovanie bieleho trpaslíka nie je väčšie, ale naopak o mnoho rádov menšie ako vyžarovanie Slnka. Súvisí to s tým že je to vlastne mŕtva hviezda ktorej došlo palivo, žiari len vďaka teplu nakumulovanému pri gravitačnom kolapse ku ktorému došlo v dôsledku ustatia jadrových reakcií. Ale práve preto je teoreticky možné vybudovať okolo neho obývateľnú dysonovu sféru s gravitačným pôsobením okolo 1G, keďže ani pri vzdialenosti iba pár mil.km od hviezdy tam nie je príliš horúco. Dysonova sféra s podobne malým polomerom okolo slnku podobnej hviezdy by bola rozpálená na tisícky kelvinov.
Milan Baran,2015-04-04 22:22:39
Akú podstatu má tá "gravitačná" sila, ktorá ma má priťahovať k škrupine?
Nesouhlas s nesouhlasem.
JiříVesecký EgonEgon,2015-04-05 01:38:14
Svítivosti bílých trpaslíků se značně mění. Výpočty a odhad byl myšlen pro mladého BT, jak je uvedeno „vyšší svítivost alespoň z kraje vzniku“ kdy se svítivost pohybuje až 10^4 Ls. Pro tyto svítivosti se počítala sféra. Časem trpaslík chladne, pak platí svítivost, 10^-4 Ls. Gravitační zrychlení 1G bych nebral, jako hodnotu které se máme držet. S již problematickou stabilitou sféry. Obyvatelné to není, možná jako zdroj energie ale jinak ne. O problému teploty vím, ale je potřeba si uvědomit že tepelná energie je nevyužitelná. Je nutné provést konverzi energie, k ohřevu sféry tedy nedochází. Účelem stavby je přeci přeměna energie na použitelnou formu ne k vlastnímu ohřevu pracně postavené sféry.
Nesouhlas s nesouhlasem.
JiříVesecký EgonEgon,2015-04-05 12:10:37
Ještě pro doplnění, jsem si všiml vlivu tlaku záření na sílu stěny. V případě stavby u málo svítivého bílého trpaslíka s jeho zářivým výkonem slabším o 4 řády oproti Ls, tak se musí příslušně zeslabit i tloušťka sféry. Závislost je jednoduchá také o 4 řády. Tím se ale dostaneme na sílu stěny 0,38nm. Nevím nevím ale tohle nebude moc stabilní.
Realizovatelnost
JiříVesecký EgonEgon,2015-04-02 19:02:45
Původní kulovou sféru není podle mne technicky možné realizovat. Rotace sféry kolem rovníku v tomto případě nepomůže. Rovník sféry sice může rotovat orbitální rychlostí, póly sféry ale ne. Severní a jižní pól by mněl orbitální rychlost 0. A sféra by se zhroutila z pólu na povrch hvězdy. Nerotující sféra také není možná vzhledem k pružnosti libovolně pevného materiálu. Zesílení síly vlastní stěny sféry třeba v řádech kilometrů také nic neřeší. Zesílí se pevnost stěny, ale v přímo úměrně k tomu se zvětší tlakové síly působením gravitace na větší množství hmoty stěny. Je sice možné realizovat rotující pásy. Ale také by pravděpodobně nebylo možné, aby pás překročil jistou vlastní šířku právě z důvodu rozdílu orbitální rychlosti na krajích a uprostřed pásu. Více úhlově posunutých pásů se bude vzájemně gravitačně ovlivňovat, časem dojde k vázané rotaci a pásy se pěkně poskládají za sebou tak jak třeba u Saturnu. Jediná možnost je úspěšně ovládnout gravitaci, která by vlastní konstrukci chránila před pádem na povrch hvězdy. Od určitého objemu hmoty je jediný možný tvar kompaktní konstrukce standartní koule tak jak vidíme kolem nás „planetky, planety, hvězdy a jejich varianty až po kvazar“, do té doby než zvládneme technologicky řízení a ovládání gravitace.
Možno
Juraj Chovan,2015-04-02 23:28:37
je správne konštrukčné riešenie presne opačné: Teda nie sféra dostatočne hrubá aby sa stavba stabilizovala vlastnou masívnosťou (á la barokové klenby), ale naopak dostatočne tenká aby tlak žiarenia hviezdy prevýšil gravitačný účinok (á la vesmírne plachetnice). V takom prípade získame niečo ako gigantický balón nafúknutý okolo hviezdy. Otázka je či nejaká mimozemská civilizácia pozná materiál o hrúbke zopár mikrónov ktorý vie absorbovať takmer 100% dopadajúceho žiarenia a transformovať ho na im užitočnú formu energie...
Možné.
JiříVesecký EgonEgon,2015-04-03 01:08:06
To by asi možné bylo. Tato síla je velmi zase velice malá. Na úrovní slunce je tlak záření při absolutní absorpci 0,2Pa na úrovni země 4uPa. Pokud by pro příklad byla konstrukce z beryllia tak by folie musela mít tloušťku 380nm a je celkem jedno jak velký by průměr sféry bude. Tloušťka se pohybuje od 390nm u slunce až po 360nm u oběžné dráhy země 150Mkm. Při této konstrukci jsou zase výhodné hvězdy s velkou svítivostí k poměru k hmotnosti. U bílého trpaslíka je to právě opačně. Zajímavé co by taková bublina provedla při hvězdné erupci. Vlny rezonance na povrchu sféry by jí asi poměrně rychle roztrhali. Nehledě na fakt pokus bude energie přeměněna na elektrický proud tak folie bude citlivá na magnetické pole magnetodynamické síly. Bydlet bych na tom nechtěl chudák IT.
Možné oprava textu.
JiříVesecký EgonEgon,2015-04-03 01:20:04
To by asi možné bylo. Tato síla je zase velice malá. Na úrovní slunce je tlak záření při absolutní absorpci 0,2Pa na úrovni země 4uPa. Pokud by pro příklad byla konstrukce z beryllia, tak by folie musela mít tloušťku 380nm, a je celkem jedno jak velký průměr sféry bude. Tloušťka se pohybuje od 390nm u slunce až po 360nm u oběžné dráhy země 150Mkm. Při této konstrukci jsou zase výhodné hvězdy s velkou svítivostí k poměru hmotnosti. U bílého trpaslíka je to právě opačně. Zajímavé co by taková bublina provedla při hvězdné erupci. Vlny a rezonance povrchu sféry by jí asi poměrně rychle roztrhali. Nehledě na fakt, že pokud bude energie přeměněna na elektrický proud tak bude folie citlivá na magnetické pole, magnetodynamické síly. Bydlet bych na tom nechtěl, chudák IT.
Martin Kovařík,2015-04-03 14:38:12
Podle mě by konstrukce ve formě rotujících pásů mohla fungovat pokud ty pásy budou navzájem k sobě kolmé nebo rovnoměrně rozprostřené tak aby gravitace působila rovnoměrně. Vyspělá civilizace by s mechanismem úsměrňující pásy určitě poradila.
Je to jasné
Jan Kment,2015-04-02 15:44:37
Dysonovy sféry vyspělých civilizací nám totiž zakrývají těch 20% hmoty a 70% které nám ve vesmíru scházejí!
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
