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戴森球

时间:2013-10-13来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华机器视觉网 点击:

戴森球

石鑫华机器视觉网:戴森球(英语:Dyson Sphere)是弗里曼·戴森假想出的包围母恒星的巨大球形结构,它可以捕获大部分或者全部的恒星能量输出。戴森认为戴森球是长期生存的技术文明对于能量需求增长的必然需求,并认为寻找其存在的证据可以引导发现地外高等生命。
自从该概念提出以后,诸多科幻作品里提出的包围恒星的人工建筑都被冠以“戴森球”之名。后续的设想认为戴森球上不仅有太阳能电站,还有人类殖民地和工业基地存在。
图为戴森球的一种变体。这种大规模人造物会大幅度改变恒星的光谱。
图为戴森球的一种变体。这种大规模人造物会大幅度改变恒星的光谱
 

概念来源

戴森球的概念源自于美国物理学家、数学家弗里曼·戴森的思想实验。他认为,任何技术文明对能量的需求都是稳定增长的,如果人类文明能够延续足够长的时间,就必然有一天对能量的需求会膨胀到要利用其母恒星“全部”的能量输出。他认为此时就有必要建立能够拦截和收集母恒星发出的所有能量的轨道结构。戴森没有从细节上论述该结构如何建造,而只着眼于能量收集的问题。戴森在他1959年出版于科学杂志的论文“人工恒星红外辐射源的搜寻(Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation)”中提出了这一概念,据信这是戴森球概念的首次正式提出。但是戴森受到过奥拉夫·斯特普尔顿写于1937年的科幻小说《造星者》的启发,并可能受到研究过相关方面的约翰·德斯蒙德·伯纳尔和雷蒙德·津柯·盖洛普的著作的影响。
弗里曼·戴森
弗里曼·戴森
 

变体

在虚构作品中,戴森球常常被描述成一个包围恒星的人造空心球体。这是对戴森球原意的曲解。在回复有关他论文的信中,戴森说,“一个围绕恒星的球壳或环从物理上来说是不可行的。我设想的‘生物圈’的形式是由松散的太阳能收集器或独立环绕恒星轨道的卫星云构成。”
 

戴森云

戴森环是戴森云最简单的结构
戴森环是戴森云最简单的结构。图中轨道半径为1天文单位,太阳能收集器的直径为1.0×107千米(约25倍地月距离),收集器中心围绕圆形轨道分隔3度均匀分布,图像观测点距离中心恒星2天文单位。图按照比例绘制。
多戴森环是戴森云的一个相对简单的结构
多戴森环是戴森云的一个相对简单的结构。图中轨道半径为1天文单位,太阳能收集器的直径为1.0×107千米(约25倍地月距离),环上收集器中心分隔3度均匀分布,环与环之间分隔15度均匀分布。图像观测点距离中心恒星约2.8天文单位。图按照比例绘制。
 
最接近戴森最初概念的变体是“戴森云”。它由巨大数目的密集环绕恒星运行的独立结构(通常是太阳能卫星和太空定居点)组成。这种戴森球结构有这样几个优势:组成戴森群的元件可以自由调整数量和设计尺寸,这样便能在长时期内逐步建造。不同形式的无线能量传输形式可以用于结构之间的能量传递。
戴森云也有其劣势。轨道力学规律决定了戴森云的轨道排布将会极度复杂。最简单的排布方式莫过于戴森环,在这种布置中,所有太阳能收集器共享同一个轨道。复杂的多环模式可以拦截到更多恒星能量输出,但环轨道重叠时会造成周期性的食。另外潜在的问题是,增加轨道结构会加强对其他结构的摄动,从而降低轨道的稳定性。
下面会继续提到,这样一个收集器“云”将会改变恒星系统向宇宙发射的光线,但可以预见的是,它不会完全遮蔽恒星的光线,恒星的自然光线仍将在其发射的光谱中存在。
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