戴森球:包裹住恒星充分利用恒星能源的人造巨物

戴森球是一个假想中的巨型结构,它能够将一颗恒星完全包裹住并收集恒星的全部或大部分能量输出,最大限度的利用恒星的能源。这种技术被认为是它完全包围一颗恒星并捕获其大部分太阳能输出。

正在建设中的戴森球,可以看到有一颗行星被拆除用来作为戴森球的建筑材料
正在建设中的戴森球,可以看到有一颗行星被拆除用来作为戴森球的建筑材料

人类文明的发展史其实就是一部能源利用的发展史,从古时候的人类使用木头燃烧,到现代工业社会使用化石燃料,再到新能源(太阳能、风能、核能等)。随着人类文明的进步,所需的能源也是几何倍数级别的增加。

但是随着人类对能源需求量的暴增,对于未来的能源枯竭的担忧就会增加,但是在我们的太阳系中,有一颗几乎是能源取之不尽的星球——太阳,所以如何100%的利用太阳能就是很多思考的问题。

几个戴森环组成的戴森球
几个戴森环组成的戴森球

戴森球则是100%利用太阳能的终极方案。戴森球作为一种科幻想象出来的未来技术,有多种不同的变体,其中最经典的就是在恒星周围建造一个固体物质壳,这个壳能够将恒星完全包裹住,不放走恒星发出的任何一缕阳光和热量,拦截恒星100%的能源输出。

这种戴森球的想象并不仅仅局限于利用恒星的能量,因为它的外壳拥有巨大的表面积,所以还可以作为人类居住的地方。

比如未来人类在太阳系中建造一个戴森球。我们假设就在地球轨道(半径是1个天文单位)上来建设这个戴森球,那么最终戴森球的表面积将高达2.8×10^17平方公里,相当于地球表面积的5.5亿倍,这个戴森球的最大功率则是太阳的功率为3.846×10^26瓦,这个能量相当于地球耗电量的数十万亿倍。

一种戴森球建设方案
一种戴森球建设方案

建造戴森球面临的困难问题:

虽然上述的戴森球能够100%的利用太阳的能源,但是它却有几个比较严重的理论困难。

  1. 漂移问题:因为这个戴森球外壳和恒星之间没有净引力相互作用,所以这个戴森球是会在空间中漂浮移动的,如果不能够控制好戴森球的移动,那么它就有可能会和恒星发生碰撞;
  2. 材料强度问题:如果戴森球的半径为1个天文单位,那么制作戴森球的材料要求抗压强度必须要非常大,亿防止由于恒星引力的关系而发生内爆。目前还没有任何已知和理论上的材料能够承受这种压力;
  3. 没有足够的建筑材料:即便是解决了以上的两个问题,戴森球还面临着一个根本性的问题,就是太阳系中可能没有足够的物质来搭建戴森球。我们假设一个半径1天文单位的戴森球,如果它的平均厚度为8~20厘米的高强度材料,那么这种外壳1平方米的重量大约为600公斤,这样的话,整个戴森球需要1.82×10^26公斤的物质。而内太阳系的几个岩石行星(水星、金星、地球和火星)全部拆了也只能提供11.79×10^24公斤的建筑材料;
  4. 外壳容易受到星际天体的影响:这么巨大的人造物将会直接面对宇宙空间中的各种天体的影响,不管是小行星、彗星还是其他天体。

由此可见,就算是技术达到,人类估计也不太可能建造一个百分之百包裹住太阳的戴森球。

红矮星上的戴森球
红矮星上的戴森球

除了上面的这种全包裹的戴森球外,还有其他的几种戴森球变种:

  • 戴森蜂群:这是最近提出来的一种戴森球,它由大量独立的太阳能发电板组成,只是这些太阳能发电板拥有独立的推进装置和电力传输装置等等,它们以密集的阵型围绕恒星运行,不需要完全包裹住太阳。一开始可以先组成戴森环,然后再不断的根据需求增加新的太阳能发电板,这种应该是最现实的一种戴森球,而且实现技术也并没有超脱我们现在的物理规律,只是规模更大而已。包括戴森环、戴森网其实都可以算是这种的变种;
  • 戴森泡泡:这种假设的戴森球类似于传统的戴森球,但是组成的结构不一样,戴森泡泡的主体是光帆。这些光帆将太阳包裹在里面,但是太阳产生的辐射压力会抵消掉太阳引力,从而使得戴森泡泡不需要太考虑撞击恒星的情况。并且因为太阳帆非常轻,只需要消耗2.17×10^20公斤的物质就能够搭建起来了,这个和智神星的质量差不多。而在太阳帆中会有一些卫星节点,这些节点上可以用来发电和居住;

当然还有其他的一些戴森球的变种方案,本文我们就不展开讨论了。最后你觉得戴森球可行么?

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