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戴森球

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戴森球

中文名稱 ：戴森球 外文名 ：Dyson Sphere 提出人 ：弗里曼·戴森 概念來源 ：弗里曼·戴森的思維試驗

"戴森球"，是弗里曼·戴森在1960年就提出的一種理論。所謂"戴森球"其實就是直徑2億km不等，用來包裹恆星開採恆星能源的人造天體。這是一個利用恆星做動力源的天然的核聚變反應堆。戴森球 是一種設想中的巨型人造結構，由弗里曼·戴森先生提出。這樣一個"球體"是由環繞太陽的衛星所構成，完全包圍恆星並且獲得其絕大多數或全部的能量輸出。戴森認為這樣的結構是在宇宙中長期存在並且能源需求不斷上升的文明的邏輯必然，並且他建議搜尋這樣的人造天體結構以便找到外星超級文明。從那時起，各種各樣的設計，包括建造人工天體或一系列這樣的結構以便包圍太陽，便不斷地由一些狂想的工程學家或科幻小說所提出，並冠以"戴森球"之名。這些後續的設想沒有僅僅在從太陽能收集站上止步--許多工程設計還包括建設人類殖民地和工業基地。

提出

弗里曼·戴森早在1960年就提出一種理論，即所謂"戴森球"。他認為，地球這樣的行星，本身蘊藏的能源是非常有限的，遠遠不足以支撐其上的文明發展到高級階段;而一個恆星-行星系統中，絕大部分能源--來自恆星的輻射--都被浪費掉了，目前我們太陽系各行星只接收了太陽輻射能量的大約 1/10。戴森認為，一個高度發達的文明，必然有能力將太陽用一個巨大的球狀結構包圍起來，使得太陽的大部分輻射能量被截獲，只有這樣才可以長期支持這個文明，使其發展到足夠的高度。

概念起源

戴森球概念源自於美國物理學家兼數學家弗里曼·戴森的思維試驗，他認為:每個人類技術文明對能源的需求是恆定地增長着，如果人類文明能夠延續足夠長的時間，那必然有一天他的能源需求會膨脹到要利用太陽的全部能源輸出。他認為此時就有必要建立環繞太陽的殼狀軌道結構以便用來收集由太陽輸出的全部能源。戴森沒有從細節上敘述如何建立這樣一個結構，而只是集中描述能源收集的問題。戴森據悉是第一個正式從學術上提出戴森球概念的學者，他的論文見於1959年《科學》雜誌上的《人工恆星紅外輻射源的搜尋》。但是戴森球的概念是由1937年的科幻小說《造星者》所影響，並且有可能受到了曾經研究過相關方面的J.D.Bernal和Raymond Z.Gallun著作的影響。

詳述

傑出的美國物理學家，曾經擔任愛因斯坦的副手的戴森 (FreemanDyson)，當時在普林斯頓高等研究院工作。他提出了一個方案，根據這種方案，一種先進技術幾乎可以產生無限的燃料供應。他設想一個足夠發達的文明通過建造一個由接受器和能量轉換器構成的球，就可以利用他們自己那顆恆星的全部能量輸出。這些球被稱作"戴森球"，它們當然可以提供巨大的能量，但也會輻射與之相當的熱量。這種熱量可以在許多光年以外在光譜的紅外範圍內探測到。還有一些人把這種想法發揮得更進一步，他們主張比我們的文明先進幾百萬年的文明可能利用整個星系的能量，甚至整個星系團的能量。我們在宇宙深處看見的許多類型的能源中有些是這類過程的廢棄產品。這就使參與SETI的研究人員把潛在的文明分成三種類型。

延伸

光譜(spectrum) 光譜是複色光經過色散系統(如稜鏡、光柵)分光後，被色散開的單色光按波長(或頻率)大小而依次排列的圖案，全稱為光學頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個波長範圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜並沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。

Ⅰ型文明

已經發展到能夠開發利用自己棲息的那個行星(可能會在非行星環境，但行星最可能)的所有自然資源的文明。(包括人類在內，但人類目前為0.73級，未達Ⅰ型文明)

Ⅱ型文明

這樣的文明應該能夠建造像戴森球一類的東西，並且能夠接收並使用一顆恆星的全部能量輸出。文明發展到這個水平幾乎肯定可以有能力進行星際旅行。這樣的文明也許已經研究出使物體運動速度超過光速的方法。一種發展到這個階段的文化要比我們先進幾千年甚至於幾萬年。

Ⅲ型文明

領先我們成千上萬年，並且已經掌握利用它們星系的全部資源的技術，這種能力對我們說來就像是屬於上帝卻又在物理定律允許的範圍內。在宇宙的意義上，這不過是一種生命形式之開始進化相對來說比我們稍早一些而已。在我們看來，這樣的生命似乎具有神一般的力量，其實，他們也是在某顆遙遠的行星上，在單細胞有機體的泥漿里形成的。只不過他們發展的時間比我們更長而已。這種分類最初在20世紀60年代提出。它們很快就被國際上接受成為標準。這個時期也是蘇聯尋找地外文明的研究工作最活躍的時期。

可行性

當有人認為這些設計-特別是那些以戴森殼為基礎的藍圖是不切實際的時候，現代軌道環繞衛星或太陽帆技術已經得到發展並能進行一定的實際應用，並不需要任何主要的理論上的突破，而這種技術卻是可以用來建造戴森球結構。當代太空飛船和衛星的應用可以看作為朝向建造戴森球的小小的第一步。然而，建設戴森球的極其巨大的人造衛星和太空飛船，而當前人類卻遠遠沒有製造如此數量的人造衛星和太空飛船的工業生產能力，這是戴森球最大的生產力的瓶頸!有可能在這樣一個建設工程中會有很多目前無法預見的工藝問題，而當前人類對工業自動化的理解和應用是遠遠不夠來建造與維護這樣一個自維護系統。

各種變體

在許多設計中，戴森球概念經常被理解為一個環繞太陽的人工物質球體。在回復有關他的論文的信中，戴森說，"一個包圍太陽的堅固的殼或環從力學上是不可行的。我設想的一個生物圈的形式是由鬆散的太陽能收集器或獨立環繞太陽軌道的衛星雲(SWARM)組成。

戴森雲

戴森雲由巨大數目密集環繞太陽的獨立結構(通常為太陽能收集衛星和空間定居點)組成，類似於環繞地球的雲，建設一個戴森雲有這樣幾個優勢:建造的元件可以有範圍很廣各種各樣的尺寸選擇，這樣便能逐步逐步在一個很長的歷史時期內建設。不同形式的無線能量傳輸能用於在不同的結構之間傳輸能量。這樣的一個"雲"也有其劣勢。軌道力學規律決定了戴森雲的軌道運行將會極度複雜。最簡單的一個例子是戴森環:所有的太陽能收集器獨立結構共享同一個軌道。許多複雜的多環模式將攔截更多的太陽能輸出，但當軌道重疊時會導致周期性的日蝕。另外的潛在問題是增加軌道不穩定，當增加更多的軌道結構，就會增加其他機構軌道混亂的可能性。在以下我會繼續描述，這樣一個太陽能收集器的"雲"將會改變恆星系統向宇宙發散的星光的強度，但可以想見的是，它不會完全遮蔽恆星的光線，太陽光仍將在其發散的光譜中存在。

戴森殼

這一戴森球的變體經常以"戴森殼"為題在科幻小說中描述:一個獨特的堅固的環繞太陽的物質殼體。不像戴森雲，這一結構將完全改變居於其中央的星體的光線發散，並且攔截住100%的恆星能量輸出。這樣一個結構將需要提供一個巨大無比的表面用於給予預想中的人類殖民者提供定居處，如果這一表面能夠提供這樣的條件的話。若在我們太陽系中建造的戴森殼的直徑是一天文單位距離(地日距離)，則戴森殼內壁上任意一點上將接受同等數量的太陽光照射，這正像地球一樣。此內壁的面積等同於55億倍地球的表面積(地球表面積:5.1億平方公里)，這將攔截全部太陽能量輸出;而其他的變體將比它攔截的更少。太陽的能量輸出大概是人類社會在1998年消耗的全部能量1.2x10 W的幾十億倍。不過戴森殼也有一些理論上的困難:這樣一個殼體模型沒有考慮到將太陽包含在內其自身的重力交互作用，並且將有可能太陽作用力的影響而發生偏移。如果發生這樣的偏離運動得不到糾正，就可能導致最終在球體和太陽直接的碰撞，很有可能導致災難性的結果。這樣的結構需要某種形式的推進力去抵消偏離，或者一些辦法來使得殼體遠離太陽。

視頻

你聽過「戴森球」嗎？一種包含星體獲取能量的瘋狂想法