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戴森球

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戴森球

中文名称 ：戴森球 外文名 ：Dyson Sphere 提出人 ：弗里曼·戴森 概念来源 ：弗里曼·戴森的思维试验

"戴森球"，是弗里曼·戴森在1960年就提出的一种理论。所谓"戴森球"其实就是直径2亿km不等，用来包裹恒星开采恒星能源的人造天体。这是一个利用恒星做动力源的天然的核聚变反应堆。戴森球 是一种设想中的巨型人造结构，由弗里曼·戴森先生提出。这样一个"球体"是由环绕太阳的卫星所构成，完全包围恒星并且获得其绝大多数或全部的能量输出。戴森认为这样的结构是在宇宙中长期存在并且能源需求不断上升的文明的逻辑必然，并且他建议搜寻这样的人造天体结构以便找到外星超级文明。从那时起，各种各样的设计，包括建造人工天体或一系列这样的结构以便包围太阳，便不断地由一些狂想的工程学家或科幻小说所提出，并冠以"戴森球"之名。这些后续的设想没有仅仅在从太阳能收集站上止步--许多工程设计还包括建设人类殖民地和工业基地。

提出

弗里曼·戴森早在1960年就提出一种理论，即所谓"戴森球"。他认为，地球这样的行星，本身蕴藏的能源是非常有限的，远远不足以支撑其上的文明发展到高级阶段;而一个恒星-行星系统中，绝大部分能源--来自恒星的辐射--都被浪费掉了，目前我们太阳系各行星只接收了太阳辐射能量的大约 1/10。戴森认为，一个高度发达的文明，必然有能力将太阳用一个巨大的球状结构包围起来，使得太阳的大部分辐射能量被截获，只有这样才可以长期支持这个文明，使其发展到足够的高度。

概念起源

戴森球概念源自于美国物理学家兼数学家弗里曼·戴森的思维试验，他认为:每个人类技术文明对能源的需求是恒定地增长着，如果人类文明能够延续足够长的时间，那必然有一天他的能源需求会膨胀到要利用太阳的全部能源输出。他认为此时就有必要建立环绕太阳的壳状轨道结构以便用来收集由太阳输出的全部能源。戴森没有从细节上叙述如何建立这样一个结构，而只是集中描述能源收集的问题。戴森据悉是第一个正式从学术上提出戴森球概念的学者，他的论文见于1959年《科学》杂志上的《人工恒星红外辐射源的搜寻》。但是戴森球的概念是由1937年的科幻小说《造星者》所影响，并且有可能受到了曾经研究过相关方面的J.D.Bernal和Raymond Z.Gallun著作的影响。

详述

杰出的美国物理学家，曾经担任爱因斯坦的副手的戴森 (FreemanDyson)，当时在普林斯顿高等研究院工作。他提出了一个方案，根据这种方案，一种先进技术几乎可以产生无限的燃料供应。他设想一个足够发达的文明通过建造一个由接受器和能量转换器构成的球，就可以利用他们自己那颗恒星的全部能量输出。这些球被称作"戴森球"，它们当然可以提供巨大的能量，但也会辐射与之相当的热量。这种热量可以在许多光年以外在光谱的红外范围内探测到。还有一些人把这种想法发挥得更进一步，他们主张比我们的文明先进几百万年的文明可能利用整个星系的能量，甚至整个星系团的能量。我们在宇宙深处看见的许多类型的能源中有些是这类过程的废弃产品。这就使参与SETI的研究人员把潜在的文明分成三种类型。

延伸

光谱(spectrum) 光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。

Ⅰ型文明

已经发展到能够开发利用自己栖息的那个行星(可能会在非行星环境，但行星最可能)的所有自然资源的文明。(包括人类在内，但人类目前为0.73级，未达Ⅰ型文明)

Ⅱ型文明

这样的文明应该能够建造像戴森球一类的东西，并且能够接收并使用一颗恒星的全部能量输出。文明发展到这个水平几乎肯定可以有能力进行星际旅行。这样的文明也许已经研究出使物体运动速度超过光速的方法。一种发展到这个阶段的文化要比我们先进几千年甚至于几万年。

Ⅲ型文明

领先我们成千上万年，并且已经掌握利用它们星系的全部资源的技术，这种能力对我们说来就像是属于上帝却又在物理定律允许的范围内。在宇宙的意义上，这不过是一种生命形式之开始进化相对来说比我们稍早一些而已。在我们看来，这样的生命似乎具有神一般的力量，其实，他们也是在某颗遥远的行星上，在单细胞有机体的泥浆里形成的。只不过他们发展的时间比我们更长而已。这种分类最初在20世纪60年代提出。它们很快就被国际上接受成为标准。这个时期也是苏联寻找地外文明的研究工作最活跃的时期。

可行性

当有人认为这些设计-特别是那些以戴森壳为基础的蓝图是不切实际的时候，现代轨道环绕卫星或太阳帆技术已经得到发展并能进行一定的实际应用，并不需要任何主要的理论上的突破，而这种技术却是可以用来建造戴森球结构。当代太空飞船和卫星的应用可以看作为朝向建造戴森球的小小的第一步。然而，建设戴森球的极其巨大的人造卫星和太空飞船，而当前人类却远远没有制造如此数量的人造卫星和太空飞船的工业生产能力，这是戴森球最大的生产力的瓶颈!有可能在这样一个建设工程中会有很多目前无法预见的工艺问题，而当前人类对工业自动化的理解和应用是远远不够来建造与维护这样一个自维护系统。

各种变体

在许多设计中，戴森球概念经常被理解为一个环绕太阳的人工物质球体。在回复有关他的论文的信中，戴森说，"一个包围太阳的坚固的壳或环从力学上是不可行的。我设想的一个生物圈的形式是由松散的太阳能收集器或独立环绕太阳轨道的卫星云(SWARM)组成。

戴森云

戴森云由巨大数目密集环绕太阳的独立结构(通常为太阳能收集卫星和空间定居点)组成，类似于环绕地球的云，建设一个戴森云有这样几个优势:建造的元件可以有范围很广各种各样的尺寸选择，这样便能逐步逐步在一个很长的历史时期内建设。不同形式的无线能量传输能用于在不同的结构之间传输能量。这样的一个"云"也有其劣势。轨道力学规律决定了戴森云的轨道运行将会极度复杂。最简单的一个例子是戴森环:所有的太阳能收集器独立结构共享同一个轨道。许多复杂的多环模式将拦截更多的太阳能输出，但当轨道重叠时会导致周期性的日蚀。另外的潜在问题是增加轨道不稳定，当增加更多的轨道结构，就会增加其他机构轨道混乱的可能性。在以下我会继续描述，这样一个太阳能收集器的"云"将会改变恒星系统向宇宙发散的星光的强度，但可以想见的是，它不会完全遮蔽恒星的光线，太阳光仍将在其发散的光谱中存在。

戴森壳

这一戴森球的变体经常以"戴森壳"为题在科幻小说中描述:一个独特的坚固的环绕太阳的物质壳体。不像戴森云，这一结构将完全改变居于其中央的星体的光线发散，并且拦截住100%的恒星能量输出。这样一个结构将需要提供一个巨大无比的表面用于给予预想中的人类殖民者提供定居处，如果这一表面能够提供这样的条件的话。若在我们太阳系中建造的戴森壳的直径是一天文单位距离(地日距离)，则戴森壳内壁上任意一点上将接受同等数量的太阳光照射，这正像地球一样。此内壁的面积等同于55亿倍地球的表面积(地球表面积:5.1亿平方公里)，这将拦截全部太阳能量输出;而其他的变体将比它拦截的更少。太阳的能量输出大概是人类社会在1998年消耗的全部能量1.2x10 W的几十亿倍。不过戴森壳也有一些理论上的困难:这样一个壳体模型没有考虑到将太阳包含在内其自身的重力交互作用，并且将有可能太阳作用力的影响而发生偏移。如果发生这样的偏离运动得不到纠正，就可能导致最终在球体和太阳直接的碰撞，很有可能导致灾难性的结果。这样的结构需要某种形式的推进力去抵消偏离，或者一些办法来使得壳体远离太阳。

视频

你听过“戴森球”吗？一种包含星体获取能量的疯狂想法