Ein Bereich von Dyson ist eine hypothetische von Freeman Dyson ursprünglich beschriebene Megastruktur. Solch ein "Bereich" würde ein System sein, Sonnenmacht-Satelliten zu umkreisen, die beabsichtigt sind, um einen Stern völlig zu umfassen und am meisten oder ganze seine Energieproduktion zu gewinnen. Dyson hat nachgesonnen, dass solche Strukturen die logische Folge des langfristigen Überlebens und eskalierenden Energiebedürfnisse nach einer technologischen Zivilisation sein würden und vorgeschlagen haben, dass das Suchen nach Beweisen der Existenz solcher Strukturen zur Entdeckung des fortgeschrittenen intelligenten außerirdischen Lebens führen könnte.

Seitdem ist das andere verschiedene Designbeteiligen, das eine künstliche Struktur oder Reihe von Strukturen baut, um einen Stern zu umfassen, in der Forschungstechnik vorgeschlagen oder in der Sciencefiction unter dem Namen "Bereich von Dyson" beschrieben worden. Diese späteren Vorschläge sind auf Sonnenkraftwerke nicht beschränkt worden. Viele schließen Wohnung oder Industrieelemente ein. Die meisten erfundenen Bilder beschreiben eine feste Schale der Sache, die einen Stern einschließt, der als die am wenigsten plausible Variante der Idee (sieh unten) betrachtet wird.

Ursprung des Konzepts

Das Konzept des Bereichs von Dyson war das Ergebnis eines Gedanke-Experimentes durch den Physiker und Mathematiker Freeman Dyson, als er theoretisiert hat, dass alle technologischen Zivilisationen ständig ihre Nachfrage nach der Energie vergrößert haben. Er hat geschlossen, dass, wenn unsere Zivilisation Energieanforderungen lange genug ausgebreitet hat, dort eine Zeit kommen würde, als sie die Gesamtenergie-Produktion der Sonne gefordert hat. Er hat ein System von umkreisenden Strukturen vorgeschlagen (auf den er sich am Anfang als eine Schale bezogen hat), hat vorgehabt, die ganze durch die Sonne erzeugte Energie abzufangen und zu sammeln. Der Vorschlag von Dyson hat nicht ausführlich berichtet, wie solch ein System gebaut würde, aber sich nur auf Probleme der Energiesammlung konzentriert hat.

Dyson wird zugeschrieben, das erste zu sein, um das Konzept des Bereichs von Dyson in seiner 1960 "Papiersuche nach Künstlichen Sternquellen der Infrarotradiation zu formalisieren" hat in der Zeitschrift Wissenschaft veröffentlicht. Jedoch war Dyson nicht erst, um diese Idee vorzubringen. Er wurde durch die Erwähnung des Konzepts im 1937-Sciencefictionsroman-Sternschöpfer, von Olaf Stapledon, und vielleicht durch die Arbeiten von J. D. Bernal und Raymond Z. Gallun begeistert, die scheinen, ähnliche Konzepte in ihrer Arbeit erforscht zu haben.

Durchführbarkeit

Einige Ideen, einen festen im Platz 'Bereich von Dyson' zu bauen, sind unpraktisch. Jedoch verwenden Ideen, umkreisende Satelliten oder Sonnensegel zu verwenden, größtenteils bereits entwickelte Technologie. Die Aufstellung des Raumfahrzeugs und der Satelliten mit photovoltaics könnte als die ersten kleinen Schritte zum Gebäude eines Schwarms von Dyson gesehen werden (sieh unten für Unterschiede zwischen diesen Subtypen). Jedoch übersenden Sie die Zahl von Handwerken, die erforderlich sind vorzuherrschen, und unterstützen Sie einen ganzen Bereich von Dyson weit überschreitet unsere heutigen Industriefähigkeiten.

Varianten

In erfundenen Rechnungen wird das Dyson-Bereich-Konzept häufig als ein künstlicher hohler Bereich der Sache um einen Stern interpretiert. Diese Wahrnehmung basiert auf einer wörtlichen Interpretation von ursprünglichem kurzem Papier von Dyson, das das Konzept einführt. Als Antwort auf von diesem Papier veranlasste Briefe hat Dyson geantwortet, "Eine feste Schale oder Ring, der einen Stern umgibt, sind mechanisch unmöglich. Die Form 'der Biosphäre', die ich mir vorgestellt habe, besteht aus einer losen Sammlung oder Schwarm von Gegenständen, die auf unabhängigen Bahnen um den Stern reisen."

Schwarm von Dyson

Die an der ursprünglichen Vorstellung von Dyson am nächste Variante ist der "Schwarm von Dyson". Es besteht aus einer Vielzahl von unabhängigen Konstruktionen (gewöhnlich Sonnenmacht-Satelliten und Raumhabitate), in einer dichten Bildung um den Stern umkreisend. Diese Bauannäherung ist im Vorteil: Bestandteile konnten passend nach Größen geordnet werden, und es kann zusätzlich gebaut werden. Verschiedene Formen der Radioenergieübertragung konnten verwendet werden, um Energie zwischen Bestandteilen und Erde zu übertragen.

Solch ein Schwarm ist nicht ohne Nachteile. Die Natur der Augenhöhlenmechanik würde die Verabredung der Bahnen des äußerst komplizierten Schwarms treffen. Das einfachste solche Einordnung ist der Ring von Dyson, in dem alle diese Strukturen dieselbe Bahn teilen. Kompliziertere Muster mit mehr Ringen würden mehr von der Produktion des Sterns abfangen, aber würden auf einige Konstruktionen hinauslaufen, die andere regelmäßig verfinstern, wenn ihre Bahnen überlappen. Ein anderes potenzielles Problem ist der zunehmende Verlust der Augenhöhlenstabilität, wenn es hinzufügt, dass mehr Elemente die Wahrscheinlichkeit von Augenhöhlenunruhen vergrößern.

Wie bemerkt, unten würde solch eine Wolke von Sammlern das durch das Sternsystem ausgestrahlte Licht verändern. Jedoch würde die Störung im Vergleich zu einem gesamten natürlichen ausgestrahlten Spektrum eines Sterns am wahrscheinlichsten zu klein sein, um auf der Erde bemerkt zu werden.

Luftblase von Dyson

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Ein zweiter Typ des Bereichs von Dyson ist die "Luftblase von Dyson". Es würde einem Schwarm von Dyson ähnlich sein, der aus vielen unabhängigen Konstruktionen (gewöhnlich Sonnenmacht-Satelliten und Raumhabitate) zusammengesetzt ist, und konnte ebenfalls zusätzlich gebaut werden.

Verschieden vom Schwarm von Dyson sind die Konstruktionen, die es zusammensetzen, nicht in der Bahn um den Stern, aber würden statites — durch den Gebrauch von enormen leichten Segeln aufgehobene Satelliten mit dem Strahlendruck sein, um dem Ziehen des Sterns des Ernstes entgegenzuwirken. Solche Konstruktionen würden Kollision oder der Verdunkelung von einander nicht Gefahr laufen; sie würden hinsichtlich des Sterns völlig stationär, und von einander unabhängig sein. Da das Verhältnis des Strahlendrucks und die Kraft des Ernstes von einem Stern unabhängig von der Entfernung unveränderlich sind (vorausgesetzt dass der statite eine unversperrte Gesichtslinie zur Oberfläche seines Sterns hat), konnte solcher statites auch ihre Entfernung von ihrem Hauptstern ändern.

Die Nützlichkeit dieser Annäherung ist mit der modernen materiellen Wissenschaft zweifelhaft, aber kann nicht noch ausgeschlossen werden. Ein um unsere eigene Sonne aufmarschierter statite würde eine gesamte Dichte des 0.78-Gramm-ProQuadratmeters des Segels haben müssen. Um die niedrige Masse der erforderlichen Materialien zu illustrieren, denken Sie, dass die Gesamtmasse einer Luftblase solchen materiellen 1 AU im Radius ungefähr 2.17 Kg sein würde, der über dieselbe Masse wie der Asteroid Pallas ist.

Solch ein Material ist zurzeit außer unserer Fähigkeit zu erzeugen; das leichteste Licht der Kohlenstoff-Faser segelt zurzeit erzeugtes Material hat eine Dichte - ohne Nutzlast - 3 g/m ², oder ungefähr viermal so schwer, wie erforderlich wäre, um einen Sonnenstatite zu bauen.

Jedoch konnte sich das dank der neuen Entwicklung von extremem leichtem Kohlenstoff nanotubes ändern hat durch molekulare Produktionstechniken ineinander gegriffen, deren sich Dichten von 1.3g/m ² zu 1.4g/m ² erstrecken. Als eine Zivilisation bereit ist, diese Technologie zu verwenden, könnte die Kohlenstoff-Nanotube'S-Herstellung genug für sie optimiert werden, um eine Dichte tiefer zu haben, als der 0.7g/m ² Zeichen, und die durchschnittliche Segel-Dichte mit der Takelage könnte zu 0.3 g/m ² behalten werden (eine "Drehung stabilisiertes" leichtes Segel verlangt minimale zusätzliche Masse in der Takelage). Wenn solch ein Segel an dieser Flächendichte, ein Raumhabitat gebaut werden konnte, das die Größe der L5 Gesellschaft vorgeschlagen hat, konnte Zylinder von O'Neill - 500 km ², mit dem Zimmer für mehr als 1 Million Einwohner, 3 Tonnen massierend - durch ein kreisförmiges Licht-Segel 3,000 km im Durchmesser mit einer vereinigten Masse des Segels/Habitats von 5.4 Kg unterstützt werden. Zum Vergleich ist das gerade ein bisschen kleiner als das Diameter von Mond von Jupiter Europa (obwohl das Segel eine flache Scheibe, nicht ein Bereich ist), oder die Entfernung zwischen San Francisco und dem Kansas City. Solch eine Struktur würde jedoch eine Masse ziemlich viel weniger haben als viele Asteroiden. Während der Aufbau solch eines massiven bewohnbaren statite ein riesiges Unternehmen sein würde, und die erforderliche materielle Wissenschaft dahinter bis jetzt unsicher ist, sind seine technischen Herausforderungen im Vergleich zu anderen Technikleistungen und erforderlichen in anderen Bereich-Varianten von Dyson vorgeschlagenen Materialien unwesentlich.

In der Theorie, wenn genug statites geschaffen wurden und sich um ihren Stern aufgestellt haben, würden sie eine nichtstarre Version der Schale von Dyson zusammensetzen, die unten erwähnt ist. Solch eine Schale würde unter den Nachteilen des massiven Druckdrucks nicht leiden, noch ist die Massenvoraussetzungen solch einer Schale so hoch wie die starre Form. Solch eine Schale würde jedoch dieselben optischen und thermischen Eigenschaften wie die starre Form haben, und würde von Forschern auf eine ähnliche Mode (sieh unten) entdeckt.

Schale von Dyson

Die Variante des in der Fiktion meistenteils gezeichneten Bereichs von Dyson ist die "Schale von Dyson": eine gleichförmige feste Schale der Sache um den Stern. Solch eine Struktur würde die Emissionen des Hauptsterns völlig verändern, und würde 100 % der Energieproduktion des Sterns abfangen. Solch eine Struktur würde auch eine riesige Oberfläche zur Verfügung stellen, die sich viele vorstellen für die Wohnung verwendet zu werden, wenn die Oberfläche bewohnbar gemacht werden konnte.

Eine kugelförmige Schale, die der Bereich von Dyson in unserem Sonnensystem mit einem Radius einer astronomischer Einheit, so dass die Innenoberfläche denselben Betrag des Sonnenlichtes wie Erde erhalten würde, pro Raumwinkel tut, würde eine Fläche von mindestens 272 quadrillion km, oder ungefähr 550 Millionen Male die Fläche der Erde haben. Das würde die vollen 384.6 yottawatts (3.846 × 10 Watt) der Produktion der Sonne abfangen; andere verschiedene Designs würden weniger abfangen, aber die Schale-Variante vertritt die maximale mögliche Energie, die für unser Sonnensystem an diesem Punkt der Evolution der Sonne gewonnen ist. Das ist etwa 33 Trillionen Male der Macht-Verbrauch der Menschheit 1998, die 12 terawatts war.

Es gibt mehrere ernste theoretische Schwierigkeiten mit der festen Schale-Variante des Bereichs von Dyson:

Solch eine Schale würde keine Nettogravitationswechselwirkung mit seiner englobed Sonne haben (sieh Lehrsatz von Shell), und konnte in Bezug auf den Hauptstern treiben. Wenn solche Bewegungen unkorrigiert gegangen sind, konnten sie schließlich auf eine Kollision zwischen dem Bereich und dem Stern — am wahrscheinlichsten mit unglückseligen Ergebnissen hinauslaufen. Solche Strukturen würden entweder eine Form des Antriebs brauchen, um jedem Antrieb oder einer Weise entgegenzuwirken, die Oberfläche des Bereichs weg vom Stern zurückzutreiben.

Aus demselben Grund würde solch eine Schale keine Nettogravitationswechselwirkung mit irgend etwas anderem darin haben. Der Inhalt jeder auf der inneren Oberfläche einer Schale von Dyson gelegten Biosphäre würde von der Oberfläche des Bereichs nicht angezogen und würde einfach in den Stern fallen. Es ist vorgeschlagen worden, dass eine Biosphäre zwischen zwei konzentrischen Bereichen enthalten werden konnte, die auf dem Interieur eines rotierenden Bereichs gelegt sind (in welchem Fall die Kraft des künstlichen "Ernstes" auf der Achse der Folge rechtwinklig ist, die ganze auf dem Interieur des Bereichs gelegte Sache veranlassend, um den Äquator ein Kartell zu bilden, effektiv den Bereich ein Ring von Niven zum Zwecke der Wohnung machend, aber noch völlig wirksam als ein Strahlungsenergie-Sammler) oder gelegt außerhalb des Bereichs, wo es im Platz durch den Ernst des Sterns gehalten würde. In solchen Fällen würde eine Form der Beleuchtung, oder der Bereich gemacht mindestens teilweise durchsichtig ausgedacht werden müssen, weil das Licht des Sterns sonst völlig verborgen würde.

Wenn

sie einen Radius eines AU dann annimmt, würde die Druckkraft des Materials, das den Bereich bildet, riesig sein müssen. Jeder willkürlich ausgewählte Punkt auf der Oberfläche des Bereichs kann angesehen werden als, unter dem Druck der Basis einer Kuppel 1 AU in der Höhe unter dem Ernst der Sonne in dieser Entfernung zu sein. Tatsächlich kann es angesehen werden als, an der Basis einer unendlichen Zahl willkürlich ausgewählter Kuppeln zu sein, aber so viel der Kraft von irgendwelcher willkürlicher Kuppel wird von denjenigen von einem anderen entgegengewirkt, die Nettokraft auf diesem Punkt ist riesig, aber begrenzt. Nicht bekannt oder hat theoretisiert, dass Material stark genug ist, um diesem Druck zu widerstehen, und einen starren, statischen Bereich um einen Stern zu bilden. Es ist von Paul Birch vorgeschlagen worden (in Bezug auf kleinere "Supra-Jupiter" Aufbauten um einen großen Planeten aber nicht einen Stern), dass es möglich sein kann, eine Schale von Dyson durch Dynamisch-Mittel zu unterstützen, die denjenigen ähnlich sind, die in einem Raumbrunnen verwendet sind. Massen, die in kreisförmigen Spuren innerhalb des Bereichs an Geschwindigkeiten reisen, die bedeutsam größer sind als Augenhöhlengeschwindigkeit, würden nach außen wegen der Zentrifugalkraft drücken. Für eine Schale von Dyson des 1-AU Radius um einen Stern mit derselben Masse wie die Sonne, eine Masse, zehnmal reisend, würde die Augenhöhlengeschwindigkeit (297.9 km/s) 99 (a=v/r) Male seine eigene Masse in der zusätzlichen Schale-Struktur unterstützen. Es ist unklar, wie viel Energie verbraucht würde sicherstellend, dass die Geschwindigkeit der Massen aufrechterhalten wurde.

Wenn

auch es einen Radius eines AU dann annimmt, kann es genügend Bauen-Material im Sonnensystem geben, um eine Schale von Dyson zu bauen. Anders Sandberg schätzt ein, dass es 1.82 Kg des leicht verwendbaren Baumaterials im Sonnensystem, genug für eine 1-AU Schale mit einer Masse von 600 Kg/M ² — ungefähr 8-20 Cm dick abhängig von der Dichte des Materials gibt. Das schließt die zum Zugang harten Kerne der Gasriesen ein; die inneren Planeten allein stellen nur 11.79 Kg, genug für eine 1-AU Schale mit einer Masse von gerade 42 Kg/M ² zur Verfügung.

Die Schale würde für Einflüsse von interstellaren Körpern, wie Kometen, Sternschnuppen und Material im interstellaren Raum verwundbar sein, der zurzeit durch den Bogen-Stoß der Sonne abgelenkt wird. Der heliosphere und jeder Schutz, den es theoretisch zur Verfügung stellt, würden aufhören zu bestehen.

Andere Typen

Eine andere Möglichkeit ist das "Netz von Dyson", ein Web von Kabeln, die über den Stern gespannt sind, der Macht haben oder zwischen den Kabeln gespannte Sammlungseinheiten heizen konnte. Das Netz von Dyson nimmt zu einem speziellen Fall der Schale von Dyson oder Luftblase jedoch je nachdem ab, wie die Kabel gegen den Ernst der Sonne unterstützt werden.

Ein bubbleworld ist eine künstliche Konstruktion, die aus einer Schale des Wohnraums um einen Bereich von Wasserstoffbenzin besteht. Die Schale enthält Luft, Leute, Häuser, Möbel usw. Es wurde erfunden, um auf die Frage zu antworten, "Wie ist die größte Raumkolonie, die kann gebaut werden?" Jedoch ist der grösste Teil des Volumens nicht bewohnbar, und es gibt keine Macht-Quelle.

Theoretisch konnte jeder Gasriese in einer festen Schale eingeschlossen werden; an einem bestimmten Radius würde der Oberflächenernst irdisch sein, und Energie konnte durch das Klopfen der Thermalenergie des Planeten zur Verfügung gestellt werden. Dieses Konzept wird peripherisch in neuartigem Accelerando erforscht (und der Novelle-Museumsdirektor, der in den Roman als ein Kapitel vereinigt wird) durch Charles Stross, in dem Saturn in eine menschlich-bewohnbare Welt umgewandelt wird.

Sternmotoren sind eine Klasse von hypothetischen Megastrukturen, deren Zweck ist, nützliche Energie aus einem Stern manchmal zu spezifischen Zwecken herauszuziehen. Zum Beispiel, Gehirnextrakt-Energie von Matrioshka zum Zwecke der Berechnung; Trägerrakete-Extrakt-Energie von Shkadov zum Zwecke des Antriebs. Einige der vorgeschlagenen Sternmotordesigns basieren auf dem Bereich von Dyson.

Ein schwarzes Loch konnte die Macht-Quelle statt eines Sterns sein, um Umwandlungsleistungsfähigkeit der Energie zur Sache zu vergrößern. Ein schwarzes Loch würde auch kleiner sein als ein Stern. Das würde Nachrichtenentfernungen vermindern, die für computergestützte Gesellschaften als diejenigen wichtig sein würden, die oben beschrieben sind.

Suche nach außerirdischer Intelligenz

In der ursprünglichen Zeitung von Dyson hat er nachgesonnen, dass genug fortgeschrittene außerirdische Zivilisationen wahrscheinlich einem ähnlichen Macht-Verbrauchsmuster als Menschen folgen würden, und schließlich ihren eigenen Bereich von Sammlern bauen würden. Das Konstruieren solch eines Systems würde solch eine Zivilisation einen Typ II Zivilisation von Kardashev machen.

Die Existenz solch eines Systems von Sammlern würde das vom Sternsystem ausgestrahlte Licht verändern. Sammler würden absorbieren und Energie vom Stern wiederausstrahlen. Die Wellenlänge (N) der von den Sammlern ausgestrahlten Radiation würde durch die Emissionsspektren der Substanzen bestimmt, die sie und die Temperatur der Sammler zusammensetzen. Da es am wahrscheinlichsten scheint, dass diese Sammler aus schweren Elementen zusammengesetzt würden, die nicht normalerweise in den Emissionsspektren ihres Hauptsterns - oder mindestens nicht ausstrahlendes Licht an solchen "relativ niedrigen" Energien verglichen damit gefunden sind, was sie ausstrahlen würden, weil energische freie Kerne in der stellaren Atmosphäre dort atypische Wellenlängen des Lichtes für den geisterhaften Typ des Sterns im leichten durch das Sternsystem ausgestrahlten Spektrum sein würden. Wenn der Prozentsatz der Produktion des Sterns so durchgeschienen hat oder sich durch diese Absorption verwandelt hat und Wiederradiation bedeutend war, konnte es in interstellaren Entfernungen entdeckt werden.

In Anbetracht des Betrags der Energie, die pro Quadratmeter in einer Entfernung von 1 AU von der Sonne verfügbar ist, ist es möglich zu berechnen, dass bekannteste Substanzen Energie im Infrarotteil des elektromagnetischen Spektrums wiederausstrahlen würden. So formt sich ein Bereich von Dyson, der durch das Leben gebaut ist, nicht unterschiedlich Menschen, die in der Nähe zu einem einer Sonne ähnlichen Stern gewohnt haben, der mit Materialien gemacht ist, die denjenigen ähnlich sind, die für Menschen verfügbar sind, würde am wahrscheinlichsten eine Zunahme im Betrag der Infrarotradiation im ausgestrahlten Spektrum des Systems des Sterns verursachen. Folglich hat Dyson den Titel "Suche nach Künstlichen Sternquellen der Infrarotradiation" für sein veröffentlichtes Papier ausgewählt.

SETI hat diese Annahmen in ihrer Suche angenommen, nach solchen "" schweren Infrarotspektren von Sonnenanaloga suchend. Fermilab hat einen andauernden Überblick für solche Spektren, indem er Daten vom Astronomischen Infrarotsatelliten (IRAS) analysiert. Wenn er eine der vielen Infrarotquellen weil identifiziert, würde ein Bereich von Dyson verbesserte Techniken verlangen, um zwischen einem Bereich von Dyson und natürlichen Quellen zu unterscheiden. Fermilab hat 17 potenzielle "zweideutige" Kandidaten entdeckt, von denen vier "amüsant, aber noch zweifelhaft" genannt worden sind. Andere Suchen sind auch auf mehrere Kandidaten hinausgelaufen, die jedoch unbestätigter sind

Fiktion

Wie bemerkt, oben ist der Bereich von Dyson in der Fiktion entstanden, und es ist ein Konzept, das häufig in der Sciencefiction seitdem erschienen ist. In erfundenen Rechnungen werden Bereiche von Dyson meistenteils als eine Schale von Dyson mit den Gravitations- und Technikschwierigkeiten dieser Variante gezeichnet, die oben größtenteils bemerkt ist, ignorierter.

Siehe auch

• Platte von Alderson
• Bereiche von Dyson in der populären Kultur
• Globus Cassus
• Rosette von Klemperer
• Gehirn von Matrioshka
• Megaerklettern Sie Technik
• Ringworld
• Stern, der sich hebt
• Sterntechnik
• Tensegrity

Außenverbindungen

Häufig gestellte

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