Kan vi en dag fånga solens energi i massiva mängder för att driva allt på jorden? © hadzi3/iStockphoto Nästa gång du fyller på din bensintank, ta en stund att komma ihåg att fossila bränslen är en begränsad resurs. Så småningom, mänskligheten kommer att behöva mätta sin hunger efter energi från andra källor.
Lösningen, kanske, är i stjärnorna. Eller rättare sagt, vår sol. Tänk dig att fylla din bils tank inte med bensin, men med rent solsken. I någon avlägsen framtid, detta kan hända tack vare konceptet a Dyson sfär .
Tänk på en Dyson -sfär som en enorm, energifångande boll byggd runt en stjärna. Den tar tag i solenergi och omvandlar den till de energier vi kan använda för att driva fordon, datorer eller annat avancerat, energisugande teknik som vi lyckas utveckla under de närmaste miljoner åren. Det är, självklart, om vi lyckas överleva så länge utan att spränga allt.
Dysonsfärer befinner sig fortfarande mycket i det imaginära utvecklingsstadiet. Men det är inte svårt att se varför vi en dag skulle behöva större, kraftfullare energikällor. Vi förbränner fossila bränslen i allt högre takt för att driva alla slags prylar och varor. Hållbara energikällor, som sol- och vindkraft, är bra för att komplettera kol och petroleum, men just nu kan de inte driva alla våra bilar och smartphones.
Fantastiska Dyson -sfärer har blivit en häftklammer i science fiction -böcker och tv -program och internetforum. "Star Trek" -knarkare debatterar de relativa möjligheterna (eller löjlighet) att försöka kapsla in en hel stjärna med en konstgjord maskin. Bloggälskande forskare lägger blotta idéer för att göra verkliga dessa gigantiska sfärer; andra plockar isär sina strävanden med stickande kommentarer.
Oavsett vad du tycker om idén, en sak är säker:När kranarna äntligen rinner ut på olja, och så småningom kommer de att mänskligheten kommer antingen att behöva minska sin energianvändning eller hitta nya energikällor. Kanske är en Dyson -sfär vägen.
Innehåll
Freeman Dyson talar under Digital Life Design -konferensen i München, Tyskland 2012. © Nadine Rupp/Getty Images Alla civilisationer är inte desamma, åtminstone enligt vissa teorier. I början av 1960 -talet en astrofysiker vid namn Nikolai Kardashev föreslog tanken att det kan finnas tre klassificeringar av civilisationen i universum.
Typ I civilisationer har lärt sig att utnyttja alla energikällor på sin hemplanet. Det skulle vara vi. Eller åtminstone, någon gång kan det vara vi. Enligt teoretisk fysiker Michio Kaku, vi kan komma till den nivån under nästa århundrade eller två.
A Typ II civilisationen förstår hur man utnyttjar all energi från stjärnan i sitt solsystem. Och Typ III civilisationer, en status som vi kan uppnå om flera miljoner år, vet hur man fångar och fokuserar energin i hela galaxer.
Vi människor är helt klart inte typ III -material än. Först, vi måste börja med babysteg - genom att avsluta plundringen av vår planet för att utnyttja dess återstående resurser. Och då, vi kommer att försöka tränga oss in i det mer exklusiva typ II -området genom att fånga och kanalisera den enorma energin i vår sol. Detta kan göras under de närmaste tusen åren, om vi håller oss vid liv så länge.
I sin bok från 1937, "Star Makers, "författaren Olaf Stapledon var kanske den första personen som tänkt sig en så kallad" ljusfälla "som används för att bryta solens energi. Han skrev om energifångstsystem så enorma att de faktiskt dämpade galaxernas ljus.
Denna berättelse är det som väckte sinnet hos Freeman Dyson, en matematiker och teoretisk fysiker. Han började fundera på hur möjligt eller omöjligt det kan vara att fånga all en stjärnas energi för mänskligt bruk.
Solen producerar en ofattbar mängd energi. För att uttrycka det på ett sätt, den genererar cirka 5 x 1023 hästkrafter. Enligt NASA, det är tillräckligt med energi för att smälta en isbro (två mil bred och en mil tjock) som sträcker sig från jorden till solen ... på en enda sekund [källa:NASA]. Det är den grova motsvarigheten till en biljon 1 megaton bomber som går av varje sekund. För att uttrycka det mindre skrämmande, en enda sekund med solaktion räcker för att driva vår värld i en halv miljon år [källa:Boston.com].
Det är en seriös makt. Varje sekund, jorden tar emot cirka 400 biljoner biljoner (nej, det är inte ett stavfel) watt värt solens effekt. Men på grund av dess avstånd och riktning, det mesta når inte vår planet. Omger solen med en energi som fångar megastruktur som en sfär skulle vara ett mycket mer effektivt sätt att fånga solens galna saft.
Du kan bygga en solid sfär runt solen för att fånga varje sista stråle. Genom att göra så, du skulle ha 550 miljoner gånger mer yta än hela vår planet, alla fångststrålar för att skicka tillbaka till Moder Jord i form av rå kraft.
Självklart, förutom att störta miljontals människor på jorden i permanent säsongs-affektiv störning, du kommer att möta mycket verkliga gravitationella utmaningar. Kortfattat, det skulle vara riktigt svårt att hålla solen centrerad inom sfären, vilket betyder att det kan kollidera med en kant av en sfär, orsakar en katastrof så fantastisk att den sannolikt skulle få flest YouTube -visningar någonsin ... om någon överlevde för att ladda upp den.
Det finns också den extrema svårigheten att hitta tillräckligt med råvaror för att bygga ett fast skal. En sådan bedrift skulle förmodligen kräva mer material än vi kunde hitta i hela vårt solsystem.
Även om vi kunde hitta tillräckligt med fast material för att bygga en solid sfär för att omsluta hela solen, styrkan i denna gigantiska solkula måste vara Herculean. Annars skulle sfären bara bryta i ett otaligt antal bitar. Med andra ord, det skulle vara ännu ett spektakulärt misslyckande.
Så, låt oss hoppa över den omöjliga fasta sfären helt och hållet. På nästa sida kommer du att läsa om idéer som kan vara mer inom verklighetsområdet.
Sol segel som liknar det i denna konceptkonst kan vara nyckeln till att utnyttja solens kraft. © Victor Habbick Visions/Science Photo Library/Corbis Det skulle vara omöjligt för oss att bygga en solid sfär runt en stjärna. Freeman Dyson erkände lika mycket. Han föreslog istället ett koncept där vi släppte många oberoende maskiner för att cirkla runt solen, samlar energi och strålar den till jorden.
Satelliterna kan vara arrangerade i snygga ringar. Eller så kan de zooma på olika banor runt som en svärm av bin som samlar kraftpollen. Vissa kan vara beboeliga, eller de kan användas enbart för att samla energi.
Istället för en fast sfär eller ring av satelliter, det finns en tredje konfiguration som kan utgöra en Dyson -sfär. I det här fallet, ett antal sol segel skulle kretsa runt solen. Dessa segel skulle skapa en lös bubbla runt solen, hålls på plats tack vare en tyngdbalans och strålningstryck från stjärnan inuti.
Dessa satelliter skulle faktiskt kallas statiter (härrör från orden satellit och statisk) eftersom de skulle sväva på ett ställe istället för att röra sig i en bana. Som med ringen eller svärmkonceptet, statiter skulle absorbera utgående solenergi och sedan omdirigera den till jorden för vår användning.
Oavsett den slutliga planen, en Dyson -ring, sfär, bubbla eller svärm kommer att kräva materiella resurser och energi i en aldrig tidigare skådad skala. Vi hittar inte tillräckligt med råvaror för detta projekt på jorden. Så vissa spekulativa typer har föreslagit ett alternativ - skörda materialen från andra planeter, som Merkurius.
Som en obekväm våtmark som tränger ner på en mark som är avsedd för kommersiellt bruk, vi kunde helt enkelt demontera Merkurius och sätta sin solbrända yta mot ett bättre syfte. Det är en idé som föreslagits av Oxford University fysiker Stuart Armstrong.
Kvicksilver är laddad med användbara material (som järn) och det är den planet som ligger närmast solen, så det är vettigt att börja där. När Mercury har demonterats och de första Dyson -ringarna är installerade, projektet skulle få fart och fart, samlar mer och mer energi, driva produktionen av större och bättre solfångare. Och naturligtvis, all den energin skulle användas för andra ändamål, som superdatorer (på en aldrig tidigare sett skala), snabbare rymdreseteknik och otaliga andra idéer som vi inte ens har tänkt oss.
Vi skulle inte behöva göra allt detta med noggrann arbetskraft. Robotar skulle utföra arbetet med gruvdrift och montering av nya solceller. Och antalet robotar skulle ständigt öka (tack vare självreplikerande kapacitet) när projektets omfattning växte, tills de blev en armé av automater som krossade planeter och asteroider för att tillverka allt fler energisamlare.
Universum är kallt, hjärtlös plats. När vi har förbrukat alla våra jordbaserade energiresurser, vi kommer i stort behov av ett sätt att driva våra ugnar och kylskåp. Vår sol är som ett humongous kraftverk, varmt och livgivande. Det är vårt bästa skott på att föreviga vår art och utvecklas till mer kapabla varelser.
För närvarande, fastän, en Dyson -sfär av något slag är helt enkelt bortom våra möjligheter. Om vi valde att bryta Merkurius, till exempel, vi skulle behöva robotteknik som bara inte finns för närvarande. Dessa robotar skulle behöva arbeta felfritt långt ifrån sina mänskliga befälhavare, arbetat i decennier för att modifiera råvaror till energisamlare. Det betyder att man extraherar värdefulla metaller från berg och sedan på något sätt bygger sofistikerad elektronik, allt utan mänsklig hjälp på plats.
Det finns också utmaningen att få samlad ström tillbaka till jorden så att den kan driva din tv. En riktigt lång förlängningssladd kommer nog inte att klippa av den. Människor har istället föreslagit att använda laserstrålar eller mikrovågor för detta ändamål. Men lasrar tappar sin effektivitet efter att ha rest mindre än en mil. Mikrovågor fungerar på mycket längre avstånd (nästan 100 miles, eller 161 kilometer), men inte långt ifrån tillräckligt för en Dyson -sfär.
Även om det inte är möjligt att driva vår planet på det här sättet för närvarande, konceptet med Dyson -sfärer kan mycket väl hjälpa oss att hitta utomjordingar som har flyttat förbi typ I -scenen. År 1960, Dyson tänkte att om en civilisation verkligen lyckades kanalisera en stjärnas elektromagnetiska energi, det skulle bli mycket kvarvarande värme pressad utåt som en biprodukt.
Att upptäcka att utgående infraröd strålning kan vara nyckeln till att upptäcka andra intelligenta livsformer på andra sidan av universum, vilka forskare för närvarande undersöker. De har redan hittat områden med mycket värme från en stjärna men utan ljus, får några att tro att utomjordingar kan fånga mycket av energin.
Vad allt detta betyder är att vi helt enkelt har fastnat i kategorin Typ I -civilisation för tillfället. När århundradena går, fastän, vår teknik kan avancera exponentiellt. Och om de gör det, vi kan upptäcka att vi kan förvandla vår sol till en kraftkälla som kan förvandla hela vår ras, gör oss mer tekniskt skickliga och rymdvärdiga än vi någonsin kunnat drömma.
Det är omöjligt att veta vad som väntar för mänsklighetens framtid. Redan i vår historia, stora civilisationer har stigit och kollapsat. Kommer vår nuvarande inkarnation hitta vägen framåt utan att förstöra sig själv? Kommer vi att bomba oss tillbaka in i den mörka medeltiden? Eller kommer ett klimatskifte eller ett okuvligt virus att avsluta livet som vi känner det? Om vi av en slump kommer fram från vår nuvarande form till ett högre tillstånd, vi kommer säkert att behöva mer energi. Och utan något oförutsedd fysikgenombrott, solen är det enda sättet vi kommer att lyckas ge näring åt vår utveckling i tusentals eller miljoner år framöver.
