У 1960 році легендарний фізик Фрімен Дайсон опублікував свою основоположну статтю «Пошук штучних зоряних джерел інфрачервоного випромінювання», в якій він припустив, що можуть існувати позаземні цивілізації, настільки розвинені, що вони можуть будувати мегаструктури, достатньо великі, щоб умістити їх батьківську зірку.
Він також зазначив, що ці «сфери Дайсона», як вони стали відомі, можуть бути виявлені на основі «відпрацьованого тепла», яке вони випромінюють у середньому інфрачервоному діапазоні.
До цього дня інфрачервоні сигнатури вважаються життєздатною техносигнатурою в Пошуку позаземного розуму (SETI). Поки що спроби виявити кулі Дайсона (та їх різновиди) за ознаками «відпрацьованого тепла» були марними, що змусило деяких вчених рекомендувати налаштувати параметри пошуку.
У новій статті професор астрономії та астрофізики Джейсон Т. Райт з Центру екзопланет і населених світів і Центру позаземної розвідки штату Пенсільванія (PSTI) рекомендує дослідникам SETI уточнити пошук, шукаючи ознаки активності. Іншими словами, він рекомендує шукати Dyson Spheres на основі того, для чого вони можуть бути використані, а не лише на теплових сигнатурах.
Ключем до дослідження Райта є межа Ландсберга, концепція в термодинаміці, яка представляє теоретичну межу ефективності збору сонячної радіації.
Це життєво важливо, оскільки початкова пропозиція Дайсона в основному базувалася на ідеї, що все живе використовує градієнти вільної енергії, як фотосинтетичні форми життя, які покладаються на нього для виробництва кисню та органічних поживних речовин.
Далі він стверджував, що технологічно розвинене життя може розвиватися, щоб використовувати та використовувати більшу кількість цієї енергії. Однак ця здатність має абсолютну межу: загальна енергія, що виділяється зіркою (видиме світло, інфрачервоне, ультрафіолетове та ін.).
Оскільки енергія повинна бути збережена, Фрімен Дайсон міркував, що частина цієї енергії повинна бути вигнана зі структури Дайсона як відпрацьоване тепло. Використовуючи досягнення в інфрачервоній астрономії, галузі, яка розвивалася за часів Дайсона, астрономи могли теоретично виміряти енергію, яку використовує розвинена цивілізація, шукаючи це тепло.
На сьогодні було проведено лише три дослідження середнього інфрачервоного діапазону всього неба, включаючи інфрачервоний астрономічний супутник (IRAS), широкозонний інфрачервоний оглядовий дослідник (WISE) і AKARI.
«Традиційно ми шукаємо інфрачервоне випромінювання зірок, щоб побачити, чи є на їхній орбіті матеріал, теплий від світла зірок», — сказав Райт електронною поштою Universe Today. «Якщо це не той вид зірки, навколо якого зазвичай обертається матеріал, тоді ми можемо придивитися уважніше, щоб побачити, чи схожий цей матеріал на пил, чи щось інше».
Проте всі пошуки, які були зроблені на сьогодні, дещо ускладнювалися тим фактом, що не існує базової теорії про те, як виглядатиме відпрацьоване тепло, оскільки властивості матеріалів кулі Дайсона залишаються невідомими. Астрофізики (включаючи самого Райта) запропонували кілька теоретичних моделей того, як можуть виглядати їхні теплові сигнатури, але вони були досить простими та базувалися на численних припущеннях.
Вони включають сферичну симетрію оболонки та її орбітальну відстань від зірки, але неможливо передбачити типові температури, радіаційну взаємодію чи оптичну глибину матеріалу. Це породжує іншу життєво важливу концепцію, яку розглянув Райт і яка пов’язана з призначенням структури Дайсона (яку «роботу» вона виконує?), з якої можна зробити висновки про властивості її матеріалу.
Дайсон визнав, що захоплення енергії зірки було лише однією з можливих мотивацій для побудови такої мегаструктури. Наприклад, декілька дослідників SETI запропонували використовувати структуру Дайсона як зоряний двигун, який міг би переміщувати зірки (двигун Шкадова), або як масивний суперкомп’ютер (мозок матрьошки).
Як і його тезка, Matrioshka Brain має вкладену структуру, де внутрішній шар поглинає пряме сонячне світло, а зовнішні шари використовують відпрацьоване тепло внутрішнього шару для оптимізації обчислювальної ефективності. Крім того, Райт звернувся до інженерних проблем будівництва такої конструкції. У той час як Дайсон зосереджувався на законах фізики як єдиній основі існування мегаструктур, Райт також розглядав інженерну практичність.
Виходячи з цього, він наважився припустити, що цивілізація може бути мотивована поступово будувати ділянки Сфери, щоб поступово збільшувати їх житловий об’єм навколо зірки. Маючи все це на увазі, Райт застосував термодинаміку випромінювання до сфер Дайсона як обчислювальних машин і які спостережувані наслідки будуть.
Він дійшов висновку, що переваг у створенні гніздових оболонок практично немає, і що оптимальне використання маси сприятиме меншим, гарячішим сферам Дайсона. Крім того, він вказав, що будуть помітні відмінності між «повними» сферами Дайсона (повністю зібраними навколо зірки) і тими, що все ще розробляються. Джерело