Сфера что это такое в космосе
Сфера Дайсона: как нам застроить Солнечную систему
Существует ли разумная жизнь во Вселенной – один из самых главных вопросов, стоящих сегодня перед человечеством. Мы слушаем небо в разных радиодиапазонах, всматриваемся в другие звездные системы, отправляем послания вместе с космическими аппаратами, в надежде отыскать в бесконечных глубинах космоса братьев по разуму. Но каких-либо результатов как не было, так и нет. Учитывая скорость, с которой жизнь зародилась и распространилась по поверхности Земли и огромные просторы космоса, это выглядит несколько необычно. Ведь только в нашей галактике находится 400 миллиардов звезд, и каждая из них потенциально может стать колыбелью цивилизации.
Возможным объяснением подобного феномена является гипотетическая сфера Дайсона, которую продвинутая культура может построить вокруг своего Солнца. В этом случае обнаружение ее доступными нам методами будет крайне затруднено.
Что такое сфера Дайсона, и откуда взялось это понятие
Сфера Дайсона – фантастический проект создания огромной оболочки, расположенной вокруг центрального светила. Если размещать ее в нашей системе, размеры должны превышать радиус орбиты Венеры, а для постройки грандиозной конструкции необходимо вообще все вещество крупного небесного тела типа Юпитера.
Ее основная задача заключается в захвате и преобразовании значительной доли излучения звезды. Для этого внутреннюю поверхность сферы необходимо покрыть фотоэлектрическими элементами, причем их эффективность должна значительно превосходить современные аналоги. Существуют идеи использовать подобную сферу не только для получения энергии, но и для обитания людей.
Автором проекта считается известный американский физик-теоретик Фримен Дайсон. Он неоднократно заявлял, что данную идею «подсмотрел» в одном фантастическом романе. Ученый не любит название своего детища и не раз высказывался о желательности его замены.
Идеи постройки подобных циклопических сооружений в Солнечной системе высказывали и ранее. О такой сфере писал Циолковский в «Грезах о Земле и небе».
Для чего она необходима
Любая цивилизация, по мере своего развития, потребляет все больше энергии. Основываясь на этой констатации, советский астроном Николай Кардашев еще в середине 60-х годов разработал классификацию цивилизаций:
Позже ученый доработал классификацию, добавив в нее Тип 0 – цивилизации, которые способны использовать энергетические ресурсы отдельных государств, а также Типы 4 и 5, имеющие доступ к энергии значительных областей Вселенной.
Сфера Дайсона – сооружение, позволяющее полностью аккумулировать энергию звезды, то есть она является характерным признаком цивилизации второго типа. Поэтому ее основные свойства способны помочь в поисках внеземной разумной жизни. Дайсон полагает, что создание подобной структуры в Солнечной системе –только вопрос времени. В будущем человечество просто будет вынужденно построить сферу из-за стремительного роста потребления энергии.
Критика проекта или что может пойти не так
Согласно приведенной выше классификации, человечество сейчас находится на «нулевом» уровне. Мы пока даже теоретически не сможем построить ничего похожего на сферу вокруг звезды. Однако есть довольно авторитетные ученые, утверждающие, что подобную конструкцию невозможно построить в принципе.
Чтобы уравновесить силу притяжения Солнца, сферу нужно раскрутить вокруг центральной оси. Однако созданная таким образом центробежная сила не будет равномерной: она достигнет максимума на экваторе и минимума на полюсах, что неизбежно разрушит конструкцию. И это далеко не единственная проблема.
Где должна находиться сфера в Солнечной системе? Найти нужное место не так уж просто: если ее будут использовать для получения электроэнергии, то логично разместить конструкцию на очень близком расстоянии от звезды. Но при этом необходимо решить проблему ее устойчивости: она не должна ломаться под действием огромной солнечной гравитации.
Материал сферы не должен плавиться от энергии Солнца, деформироваться под воздействием солнечного ветра или коронарных выбросов. Придется подумать и о защите конструкции от ударов комет и астероидов, а также гравитации планет, находящихся неподалеку.
Если сфера Дайсона будет использоваться для проживания людей, ее лучше разместить примерно на том же расстоянии, где сегодня находится орбита Земли, и свет Солнца имеет оптимальную для нашего вида интенсивность. В этом случае требования к прочности и стабильности конструкции возрастают еще больше. Следует понимать, что если радиус сферы будет меньше орбиты Земли, наша родная планета окажется отрезанной от солнечного света, и жизнь на ней станет невозможной.
Появление новой грандиозной конструкции неизбежно нарушит стабильность движения планет и других небесных тел, которые находятся в системе.
К чисто инженерным проблемам необходимо добавить вопросы социального и экономического характера: неизвестно, как наладить жизнь триллионов разумных существ, проживающих в одном месте. Польский философ и футуролог Станислав Лем считал, что в этом случае человечество неизбежно ожидает регресс и крах культурных ценностей.
Советский астроном Иосиф Шкловский полагал идею создания сферы Дайсона утопической и абсолютно не нужной. По его мнению, человечество более или менее сможет обеспечить себя энергией другими способами. Например, используя варианты, основанные на ядерном синтезе.
В любом случае на нынешнем этапе технологического развития человечества постройка сферы Дайсона абсолютно невозможна. У нас нет материалов, источников энергии и знаний, необходимых для создания объекта радиусом в 150 млн километров. Нет аппаратов, способных доставить в космос огромные конструкции. Для реализации такого мегапроекта необходимо колоссальное количество вещества, причем речь идет даже не о массе пояса астероидов, а об использовании для строительства целых планет.
Альтернативные варианты сооружения
Из-за большой сложности сферы Дайсона было разработано несколько ее «упрощенных» версий.
Вот основные из них:
Поиски во Вселенной
Если описанные выше мегаконструкции являются непременным этапом развития цивилизации, возможно, их число в Галактике измеряется тысячами и миллионами? В таком случае, зная свойства, мы можем искать в космосе другие цивилизации.
Сфера Дайсона должна полностью скрывать звезду, делая ее незаметной в видимой части электромагнитного спектра. Однако значительная доля энергии, полученной от светила, все равно должна уходить в космическое пространство в виде тепла, следовательно, сферу Дайсона вполне можно разглядеть в инфракрасный телескоп.
С начала 70-х годов действует программа SETI, что пытается найти в космосе следы внеземных цивилизаций. Поиск сфер Дайсона – одно из приоритетных направлений ее деятельности. Для этой цели применяется телескоп SIRTF, работающий в ИК-диапазоне.
В 2015 году появились данные телескопа Kepler о наблюдениях за звездой Табби в созвездии Лебедя. Ее нестандартное мерцание некоторые астрономы связали с неким астроинженерным сооружением, построенным вокруг нее. Правда, в 2017 году гипотеза была опровергнута: ученые доказали, что причиной аномалии является пылевое облако, вращающееся вокруг светила.
Идеи построить что-нибудь грандиозное за пределами атмосферы регулярно посещают горячие головы. Сегодня с таким проектом «носится» американский предприниматель, владелец «Амазона» и большой энтузиаст космических полетов Джозеф Безос. Его амбиции несколько скромнее, чем сфера Дайсона – филантроп хочет соорудить между Землей и Луной так называемый цилиндр О’Нила. Эта конструкция должна иметь диаметр 1,5 км и создавать искусственную силу тяжести за счет вращения.
Илон Маск недавно назвал эту идею бессмысленной и сравнил ее с проектом постройки США посреди Атлантического океана. Планы самого Маска тоже не всегда выглядят реалистично, но здесь с ним сложно не согласиться: пока человечество летает в космос на крайне неэффективных химических двигателях и получает львиную долю энергии от сжигания ископаемого топлива, о серьезных проектах за пределами атмосферы лучше забыть.
«Сфера» всевластия: зачем России самый дорогой космический проект
Одним из самых амбициозных «космических» проектов России сегодня является «Сфера» — созвездие аппаратов глобальной системы связи и дистанционного зондирования Земли. В рамках проекта предполагается нарастить спутниковую группировку до 600 спутников, создать сверхтяжелую ракету и реализовать пилотируемую программу (скорее всего, речь идет о связке ракеты-носителя «Союз-5» и пилотируемого космического корабля «Федерация»). Всё это должно быть сделано до 2024 года, в течение ближайших шести лет. «Известия» изучили возможности реализации проекта.
По состоянию на конец I квартала 2018 года в мире работало 1886 космических аппаратов на орбите Земли. Разбивка по странам следующая: США — 859 аппаратов, Китай — 250, Россия — 146, остальные страны — 631 аппарат. Число в 600 спутников выглядит реалистичным, но для этого России нужно увеличить количество аппаратов на орбите примерно вчетверо, при этом США мы всё равно не догоним, у них только коммерческих спутников без малого 500.
Запуск ракеты-носителя «Союз-5» с космодрома Байконур
До 2018 года программа «Сфера» не упоминалась. Ранее говорилось только о проекте «Эфир», разрабатываемом «Российскими космическими системами». Та разработка была гораздо более массовой и всеобъемлющей, предполагалось создание всероссийской системы связи, для чего требовалось использование спутников как низкоорбитальных, так и стационарных, а также сотовые сети и атмосферные спутники — электросамолеты-беспилотники, способные месяцами летать в атмосфере на большой высоте.
Спустя два года появилась новая концепция, продолжающая тему «Эфира». Специалисты «Роскосмоса» предложили создать российскую глобальную спутниковую систему связи под рабочим названием «Глобальная многофункциональная инфокоммуникационная спутниковая система» (ГМИСС). Именно в таком виде в конце прошлого года ее и утвердила правительственная комиссия под руководством Дмитрия Медведева.
Окончательный облик спутниковой группировки «Эфир», способной обеспечить всю Россию связью и интернетом, определился к маю 2018 года. На тот момент предполагалось, что она будет состоять из 288 спутников с орбитой высотой 870 км и обладать способностью работать даже в случае отключения земной инфраструктуры. Согласно презентации, эта система «могла бы одновременно обеспечивать связью 10 тыс. единиц подвижных объектов транспорта, 10 тыс. точек коллективного доступа в интернет, 10 млн абонентов персональной связи и обеспечить порядка 1 млрд транзакций в сутки по защищенным каналам с минимальными задержками сигнала — от 5 до 15 миллисекунд».
Стенд государственной корпорации «Роскосмос» в «ЭкспоФоруме»
Стоит напомнить, что принятая в 2015 году Федеральная космическая программа была значительно урезана в 2016-м и на данный момент составляет примерно 1,4 трлн рублей. Нужно понимать, что это деньги, выделенные всей российской космонавтике на ближайшие 10 лет. Тут и разработка будущих ракет и космических кораблей, и производство требуемых сейчас носителей, и строительство и обслуживание космодромов. Итак, после урезания бюджета были закрыты или сильно редуцированы практически все значимые научные проекты, осталось только самое нужное.
И вот есть идея создавать «Эфир», который стоит чуть меньше чем четверть всего федерального космического бюджета. Без дополнительных вложений выглядит такая задача абсолютно нереальной.
Рождение «Сферы»
Не успели все удивиться предложению глобального «Эфира», как было объявлено об еще более глобальной и серьезной программе «Сфера». По проекту количество спутников связи в группировке было увеличено в более чем два раза — до 640 искусственных спутников связи и дистанционного зондирования Земли.
Сдвинулись и даты, предполагается, что запуск первой части спутников произойдет уже в 2022 году. Всё же 600 с лишним космических аппаратов должны оказаться на орбите до 2028 года. Пока нет даже точных данных, из каких именно спутников предполагается создавать группировку. Но с учетом сроков, а до 2022 года осталось всего три года, резонно предположить, что придется опираться на уже существующие аппараты. По некоторым предположениям, за основу могут взять космические аппараты серии «Гонец», сейчас такие используются для создания и поддержания российской многофункциональной системы персональной спутниковой связи (МСПСС).
А как у них?
Есть подобные проекты и вне России. Наиболее известны два, это Starlink от компании SpaceX под руководством миллиардера Илона Маска и OneWeb — британский проект, инвесторами которого выступают Airbus Group, Bharti Enterprises, Hughes Network Systems и другие крупнейшие компании. Если сравнивать с российским, то основное отличие в том, что зарубежные орбитальные группировки в первую очередь отличаются наличием хоть какой-то бизнес-модели.
Разнятся и источники финансирования. Для SpaceX это деньги самой компании и из других проектов Илона Маска, а также всё, что удастся насобирать у потенциальных инвесторов. У OneWeb еще круче — целый конгломерат коммерческих компаний. В случае же «Сферы» малореально, чтобы в создание вложился еще кто-то, помимо государства и подконтрольных ему компаний. Кроме того, бизнес-модель российского проекта пока вообще непонятна. Да и бизнес ли это или просто государственный проект с неясной до конца полезностью.
Отдельно стоит отметить, что зарубежные проекты стартовали достаточно громко под популистскими лозунгами «Интернет в каждый дом». Но после первого запуска компании SpaceX в феврале 2018 года, когда были выведены на орбиту два тестовых спутника, всё затормозилось. В настоящее время на конец 2018 года стоит первый запуск спутников проекта OneWeb с космодрома Куру во Французской Гвиане, но судя по отсутствию новостей, особенно касательно участия «Роскосмоса» в этом проекте, и у британцев тоже не всё так гладко и быстро.
SpaceX успешно запустила спутник PAZ на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии
Для того чтобы в проект захотели вложиться сторонние компании, требуется прозрачная модель, четкая и грамотная юридическая платформа и прописанный бизнес-план. А вот с этим пока у проекта «Сфера» всё не очень здорово.
А зачем?
Информации по проекту почти нет, она обрывочна и неточна, хотя до старта его реализации осталось совсем немного времени. Недавно о проекте «Сфера» в рамках телевизионной программы «Большая игра» рассказал Дмитрий Рогозин, руководитель «Роскосмоса». Понятно, что в прямом эфире достаточно сложно подобрать аргументы и рассказать обо всех особенностях программы, но то, что услышали зрители, было достаточно странным.
Предполагается, что при помощи проекта «Сфера» можно будет пересчитать все деревья в лесных массивах России и решить имеющиеся кадастровые проблемы, прямо из космоса проверив границы земельных участков. Кроме того, организовать визуальное наблюдение строительства крупных объектов, таких как Крымский мост.
Считать в Сибири елки — дело, конечно, важное и нужное, но требуется ли для этого разворачивать беспрецедентную по количеству и по цене спутниковую группировку, решительно непонятно. С этой задачей люди могут справляться и без космических аппаратов, а дополнительная точность подсчета не выглядит солидным аргументом. Кроме того, с этим могут справиться и спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) при значительно меньшем количестве, пусть и не так быстро.
Такие же слова можно сказать и об остальных аргументах. Безусловно, это всё полезные вещи, но тратить от трети до половины Федеральной космической программы, не имея четкой, важной и сверхполезной цели, тоже выглядит странно. Не хотим же мы запускать спутники чисто ради запуска.
Дмитрий Рогозин, руководитель государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос»
Остается связь и интернет. Еще пару лет назад стоило бы сказать, что со дня на день придет «Интернет вещей» и изменит ситуацию в корне, но годы идут, а «Интернет вещей» пока всё так же остается ближайшим, но всё никак не наступающим будущим. Проблема с обычной связью и мобильным интернетом в том, что в настоящее время в России мобильный интернет достаточно дешев и распространен, нет большого спроса на нового оператора, так или иначе мобильный интернет есть практически везде, кроме совсем уж отдаленных и нежилых уголков нашей Родины, где редкие нуждающиеся в нем вахтовики и полярники располагают спутниковыми терминалами.
Поэтому до того, как приступить к созданию орбитальной группировки «Сфера», ее создателям предстоит сначала доказать самим себе и правительству Российской Федерации необходимость создания подобного проекта. Пока же аргументы в пользу запуска аж 600 спутников выглядят не очень убедительно. При наличии же четких аргументов есть шанс, что проектом заинтересуются сторонние инвесторы. В общем, впереди огромное количество дел и очень мало времени.
Пока же этого не произошло, для большинства людей проект «Сфера» выглядит способом выбросить в космос единовременно очень и очень много денег. А их Федеральной космической программе и так не хватает.
Сфера и Кольца Дайсона: как найти в космосе братьев по разуму
Возможно, в далеком будущем наши потомки построят вокруг Солнца огромную энергостанцию под названием Сфера Дайсона, которая будет поглощать звездную энергию и направлять ее на благо человека. Также вероятно, что многие инопланетные цивилизации, если они существуют и достигли нужного уровня технического прогресса, уже пошли по этому пути, пока на Земле люди все еще стоят гипотезы. Если это так, то именно благодаря подобным мегаструктурам человечество однажды и обнаружит в космосе следы братьев по разуму.
Когда в 1959 году Фримен Дайсон придумал свою концепцию сферической звездной энергостанции, он и не предполагал, что нечто подобное сможет создать человек (по крайней мере, в обозримом будущем). Напротив, по его задумке нечто подобное мог создать только инопланетный разум, и именно такие структуры люди и должны искать, чтобы доказать существование других представителей разумной жизни в космосе. Сам по себе концепт имеет множество преимуществ: фактически, звезда — это источник колоссального количества энергии, большая часть которой бесцельно излучается в космос. Именно она может стать потенциальным решением экономического кризиса и большинства экологических проблем на многие столетия вперед. По шкале Кардашёва цивилизация, получившая полный доступ к энергии звезды, будет относиться ко 2-му типу и ее энергопотребление будет сравнимо с мощностью центральной звезды планетной системы — примерно 4·10 26 Вт.
Конечно, основная проблема — это не только постройка, но и поддержание такой колоссальной структуры в рабочем состоянии. Сама оболочка должна располагаться от звезды примерно на том же расстоянии, что Земля отстоит от Солнца. Следовательно, количество материалов, необходимых для создания даже сравнительно тонкого оболочечного слоя, будет воистину космическим. Некоторые астрономы предполагают, что для создания одной Сферы Дайсона нам придется полностью демонтировать Меркурий, Венеру и, возможно, еще и пояс астероидов. К сожалению, это может нарушить деликатный гравитационный баланс Солнечной системы и привести к смещению орбит, что может вылиться и в столкновение крупных небесных тел друг с другом. Существует и множество других проблем, к примеру построение и поддержание самой оболочки, а также устранение бесконечного ущерба, который будут регулярно наносить астероиды и кометы.
Именно по этим и другим причинам Заза Османов, астроном из Свободного университета Тбилиси, считает, что Сфера Дайсона никогда не будет воплощена в жизнь. В статье, опубликованной им в прошлом году в Международном журнале астробиологии, Османов утверждает, что проект Сферы сам по себе нереалистичен, и вместо него стоит ожидать от высокоразвитой цивилизации строительства Колец Дайсона — урезанного варианта Сферы. Более того, ученый считает, что и Кольца чрезмерно трудозатратны — вместо них будут пульсары. Теперь же, в продолжении к своей статье, Османов развивает мысль и говорит, что мы сможем обнаружить подобные структуры с Земли.
Идея Османова на самом деле обалает большим потенциалом. Пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звезды или белые карлики, излучающие концентрированные пучки электромагнитного излучения. На Земле мы сможем заметить пульсары лишь тогда, когда эти пучки будут обращены точно в сторону нашей планеты. Пульсары мерцают, потому что обладают коротким и регулярным периодом вращения. В 1967 году астрономы, обнаружившие первый пульсар, даже посчитали, что столкнулись с внеземным интеллектом — они назвали его Little Green Men, Маленький Зеленый Человечек.
По словам ученого, передовые цивилизации инопланетян скорее всего будут использовать именно этот мощный космический феномен. Расширяя концепцию Дайсона до пульсаров, Османов уверяет, что кольцо солнечных панелей может быть построено вокруг пульсара, который вращается сравнительно медленно (всего-то раз в полсекунды) на расстоянии порядка 14,5 млн км, т. е. примерно трети расстояния от Меркурия до Солнца. По его оценкам, на Кольцо Дайсона будет оказываться температурное воздействие порядка 117 о С, что сделает объект видимым для наблюдателей с Земли в ИК-диапазоне.
Таким образом, если предположить, что подобный объект и в самом деле существует, то на помощь придут самые мощные телескопы: Very Large Telescope Interferometer (VLTI), Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), и, в будущем, даже телескоп Джеймса Уэбба. «Поиск Колец в ИК-диапазоне может быть осуществлен на расстоянии до 625 световых лет, и приборы позволят осуществлять наблюдение за 64 потенциальными пульсарами. Наблюдение же отдаленных пульсаров (которые находятся на расстоянии до 3 262 световых лет) значительно увеличит общее количество потенциальных объектов примерно на 166, но вот оборудование уже не сможет обеспечить необходимый уровень чувствительности», пишет ученый.
Не все астрономы согласны с Османовым. Андерс Сандберг, старший научный сотрудник Института Будущего Человечества Оксфордского университета, хоть и относится к гипотезе коллеги с большой симпатией, но все же остается сторонником классической системы Сферы. «Звезда излучает энергию во всех направлениях, так что Сфера для нее выглядит намного более предпочтительной. Энергию пульсаров же в самом деле куда эффективнее поглощать с помощью Колец. Однако неясно, почему материал здесь играет такую важную роль: можно, в конце концов, построить на базе астероидов целый Рой Дайсона, который бы кружил по системе. Если у вас есть технологии, которые позволяют осуществлять манипуляции с робототехникой в таких масштабах, то эффективность, а не затраты вещества, будут для вас в приоритете», считает ученый.
Так чего же мы ждем? В первую очередь — своей очереди, поскольку доступ к высокоточным ИК-телескопам расписан на месяцы, а порой и на годы вперед. Как знать, может быть в будущем люди и в самом деле смогут обнаружить в космосе следы великой, пускай и недостижимой пока разумной цивилизации?