Tags: Астроинженерия

Космическое безумие - 2

В продолжение поста о космическом безумии.

Одним из обоснований космической экспансии, снижения стоимости запуска грузов в космос, строительства многоразовых ракет-носителей и тому подобного является идея космической солнечной электростанции. Суть проста: в космосе за пределами земной атмосферы размещаются большие площади солнечных батарей, и по беспроводной передаче на основе лазеров или микроволновых излучателей передают электричество приёмникам на Земле. Поскольку солнечный свет не блокируется атмосферой, а сами солнечные батареи могут освещаться Солнцем постоянно, вне зависимости от времени суток и погодных условий, они работают в разы эффективнее, чем размещённые на Земле, даже несмотря на то, что при беспроводной передаче сквозь атмосферу теряется примерно половина сгенерированной мощности. Кроме того, за пределами земной атмосферы можно, гипотетически, разместить больше солнечных батарей, чем поместилось бы на поверхности Земли, площадь которой конечна. Предельный случай - сфера Дайсона и её модификации, которые перехватывают все 100% света Солнца.

Collapse )

За планеты, против космических станций

Ещё одно клише о будущей космической экспансии - развешаные в космосе огромные космические станции с многочисленным населением. Подобные сооружения всерьёз разрабатывали во времена Холодной войны - Стэнфордский тор, Колонии О’Нейла, Остров III и.т.п. Сегодня их можно увидеть в произведениях массовой культуры - "Космическая одиссея 2001", "Вавилон-5", "EVE Online", "Interstellar", "Элизиум"... Многие представляют их строительство совершенно естественным этапом развития жизни, которая оторвётся от поверхности планет и прилепится к новому, искусственному субстрату, который якобы по всем статьям лучше.

Разумеется, как и практически весь нынешний (читай - западный) масскульт, это фальшивое будущее, которого не будет.

Collapse )

Ещё раз о том, как делать больше, затрачивая меньше.

Техника развивается таким образом, что заданный эффект получается при всё меньших затратах материалов. Этот процесс под названием "эфемерализация" ("ephemeralization") описал Ричард Бакминстер Фуллер. Его же называл одним из законов развития техники сам Генрих Саулович Альтшуллер, автор ТРИЗ - Теории Решения Изобретательских Задач. Вот как он это сформулировал:

ЗАКОН УВЕЛИЧЕНИЯ СТЕПЕНИ ИДЕАЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ

Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

Идеальная техническая система — это система, вес, объем и площадь которой стремятся к нулю, хотя ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. Иначе говоря, идеальная система — это когда системы нет, а функция ее сохраняется и выполняется.


Collapse )

По мотивам сферы Дайсона

Чтение блога "Занептунье" навело на прекрасную находку:

http://antihydrogen.livejournal.com/42396.html

Приятно видеть, что люди вообще задумываются и сочиняют на те же темы, что и ты сам, хотя и несколько не по себе от мысли "всё уже придумано до нас". Описание униполярного электрогенератора на основе "чёрной дыры" вдохновило меня вынуть из архивной пыли своё сочинение про модифицированный вариант сферы Дайсона, который может как возникнуть естественным образом, так и быть построенным. Буду рад, если нижеследующий текст доставит хотя бы полминуты здорового смеха случайному посетителю, знакомому с физикой и астрофизикой ;)

Итак, сфера Дайсона. Одной из главных проблем, стоящих перед её потенциальными создателями, является её неустойчивость: под действием притяжения центрального тела, будь то звезда, "чёрная дыра" или что-то другое, сфера неминуемо разрушится. Было предложено несколько способов избежать обрушения сферы, однако при этом она перестаёт быть сферой. Но, возможно, есть способ этого избежать и сохранить сферу целой.

Известно, что если диэлектрик разместить над сильным магнитом, то он взлетит и зависнет в воздухе. Это явление называется магнитной левитацией. Для его эффектной демонстрации в сильных магнитных полях подвешивают мелких животных, например, лягушек. Известно другое похожее явление - эффект Мейснера-Оксенфельда. Сверхпроводник в состоянии сверхпроводимости также взлетает над магнитом, причём для этого достаточно и гораздо менее сильного магнитного поля, чем для взлёта диэлектрика. Именно на эффекте Мейснера-Оксенфельда основывается одна из достопримечательностей вымышленной планеты Пандора из блокбастера Кэмерона "Аватар" - летающие скалы. Дело в том, что местный минерал, унобтаниум, является сверхпроводником не только при очень низких температурах, как все известные реальные твёрдые сверхпроводники, но также и в жарком климате Пандоры. А магнитное поле этой планеты значительно сильнее земного. Поэтому обломки скал, содержащие много унобтаниума, всплывают в магнитном поле Пандоры, словно айсберги в воде или аэростаты в воздухе.

Оба этих эффекта наводят на мысль, что если бы тело, вокруг которого построена сфера Дайсона, создавало вокруг себя мощное магнитное поле, то оно удерживало бы сферу от падения на свой собственный центр. Наиболее подходящими на роль такого центрального тела видятся следующие кандидаты:

1) Пекулярная звезда. Пекулярные звёзды в целом не отличаются от обычных, кроме отдельных особенностей химического состава, а некоторые из них - Ap-звёзды и Bp-звёзды - ещё и создают мощное магнитное поле. Сфера вокруг такой звезды будет наиболее близка к тому, что обычно понимается под словосочетанием "сфера Дайсона" - то есть оболочка, улавливающая весь свет от звезды. Но в данном случае устойчивость оболочки обеспечивается, помимо центробежной силы от вращения, ещё и магнитным полем светила.

2) Магнетар. Так называют нейтронные звёзды с экстремально сильными магнитными полями - сильнейшими из всех известных. Вероятно, экстремальное магнитное поле позволит звезде поддерживать даже толстую и тяжёлую оболочку без всяких сверхпроводников, и это главный плюс магнетара. Минусов, однако, много: магнетар - это остывающий остаток взорвавшейся звезды, света от него немного, мощные магнитные поля пропадут через несколько десятков тысяч лет по причине быстрого замедления вращения звезды, население сферы придётся как-то защищать от излучений и магнитного поля, которое к тому же вызывает необычные эффекты вроде деформации электронных оболочек атомов.

3) "Чёрная дыра". Существуют предположения, что "чёрные дыры" могут генерировать вокруг себя мощные магнитные поля. Главные же плюсы "чёрной дыры" - это замедление времени и возможность получать очень много энергии способом, предложеным по ссылке в начале поста. Замедление времени позволяет организовать, например, регулярное сообщение между сферами Дайсона на космических кораблях без всяких там "гипердрайвов" и "тирьямпампаций" за приемлемое время рейса по часам сфер, а униполярный генератор как раз требует наличия магнитного поля. Недостатки, впрочем, тоже существенные: чтобы "чёрная дыра" светила, ей надо скармливать вещество. А чтобы можно было пользоваться замедлением времени и не погибнуть от экстремальных приливных сил, понадобится не какая-нибудь "чёрная дыра", а сверхмассивная. Чтобы окружить её оболочкой, понадобится сфера покрупнее, чем радиусом в 1 а.е. в "классическом" варианте для Солнца. Так, предполагается, что в центре нашей галактики Млечный Путь находится сверхмассивная "чёрная дыра" размером с орбиту Меркурия (объект Стрелец A*), а крупнейшие известные сверхмассивные "чёрные дыры" в одиннадцать раз больше, чем орбита Нептуна (такая находится в центре галактики NGC 1277).

Хочется, конечно, объединить достоинства всех трёх вариантов и избавиться от их недостатков. К счастью, некоторые астрофизические гипотезы позволяют надеятся на то, что такая возможность существует. А именно: есть предположения, что звёзды и их производные вроде "чёрных дыр" и нейтронных звёзд могут быть вложены друг в друга, словно матрёшки. Были предложены следующие варианты:

1) Квазизвезда. Очень крупная звезда, ядро которой сколлапсировало в "чёрную дыру". В силу огромных размеров звезды, её внешние оболочки выдержали взрыв сверхновой внутри неё и не рассеялись, а от падения на "чёрную дыру" их удерживает давление излучения от материи внутрених слоёв, поглощаемой "чёрной дырой". Предполагается, что такие звёзды могли существовать только в молодой Вселенной, их диаметр составлял не менее семи тысяч солнечных, а масса - в тысячу раз больше солнечной, тогда как для самых крупных и тяжёлых звёзд, известных сегодня, эти значения примерно в 4-5 раз меньше. Впрочем, масса самых тяжёлых известных звёзд примерно вдвое превышает теоретический максимум для одиночной звезды, так что - кто его знает, может, квазизвезда всё ещё где-то существует или может образоваться.

2) Блицар. Нейтронная звезда, масса которой больше предела Оппенгеймера-Волкова, однако она не коллапсирует в "чёрную дыру" из-за огромной скорости вращения. Возникающая при этом центробежная сила компенсирует гравитацию. Можно предположить некоторую модификацию идеи: внутренняя часть нейтронной звезды уже сколлапсировала и стала "чёрной дырой", тогда как внешняя удерживается от коллапса благодаря вращению. Примечательно, что магнетары, предположительно, генерируют мощнейшие магнитные поля как раз за счёт очень быстрого вращения.

3) Объект Торна-Житков. Очень большая звезда - красный гигант или сверхгигант, внутри которого находится нейтронная звезда. Попала она туда или в результате столкновения звёзд, или в результате эволюции тесной двойной звёздной системы, когда один из компонентов сколлапсировал в нейтронную звезду и либо свалился на соседа, либо был поглощён им, когда тот перешёл на стадию красного гиганта. Один из возможных вариантов дальнейшего развития событий приводит к формированию "чёрной дыры" внутри звезды.

Вырисовывается следующая матрёшка естественного происхождения. Место действия - туманность после взрыва сверхновой, а ещё лучше - после цепного взрыва шарового скопления звёзд, чтобы не было недостатка в веществе и компонентах. В центре - сверхмассивная "чёрная дыра". Пускай не очень большая, вроде той, что в центре Млечного пути - размером с орбиту Меркурия и массой в четыре миллиона солнечных. Вокруг неё - либо необычно большой блицар-магнетар, либо несколько магнетаров, быстро летающих по орбитам и более-менее одинаковых по размерам и массе. Вся эта конструкция расположена внутри большой пекулярной звезды с мощным магнитным полем. Диаметр крупнейших известных звёзд превышает орбиту Юпитера и несколько меньше орбиты Сатурна, так что такое не представляется невозможным. К тому же такая звезда будет вовсе не гипергигантом, а скорее звездой куда более скромных размеров, раздутой изнутри мощнейшими магнитными полями, не дающими её веществу свалиться внутрь. Эффект замедления времени "чёрной дыры" приводит к тому, что для внешнего мира и магнетары, и "надутая звезда" будут существовать долго, а вовсе не считаные десятки или сотни тысяч лет. "Надутая звезда" могла появиться или из-за столкновения исходной звезды с "чёрной дырой" и магнетарами, или из-за того, что последние притягивали газ, но тот не мог на них упасть из-за мощных магнитных полей, и в итоге произошёл процесс образования звезды вокруг магнитного поля. Так как и она сама обладает мощным магнитным полем, то вокруг неё образовался... "надувной газовый гигант" ;) Например, из обломков газовых гигантов, внутри которых был металлический водород - предположительно, сверхпроводник. Далее, в атмосфере этого "надувного Юпитера" зависли куски металлического водорода или натурально унобтаниума (мало ли чего могло возникнуть при взрыве сверхновой), там же завелась живность, которую в своё время моделировали для атмосферы Юпитера (живые аэростаты) или вроде той, что описана в романе Нивена и Форварда "Интегральные деревья". Эта живность плодилась в атмосфере и со временем совершенно заполонила её верхний слой. Что для неё было выгодно, так как тепло шло снизу, а минералы и вода падали сверху - с метеоритами и кометами, и для максимальной вероятности перехвата всего этого как раз и следует накрыть всю планету эдакой квази-сферой Дайсона, атмосферной корой. Затем эта живая оболочка оказалась прикрыта слоем камней, пыли, воды и газа, притянутых из космоса, перейдя в разряд обитателей подземного мира, а снаружи образовался землеподобный ландшафт огромной площади, освещаемый какой-нибудь звездой (или звёздами) и обогреваемый теплом недр, которое, пройдя через всевозможные биологические, геохимические и атмосферные процессы, рассеивается в космосе.

Конечно, вероятность естественного происхождения такого объекта представляется низкой, даже если всё, о чём написано выше, вообще возможно. Но его, в принципе, может создать очень продвинутая цивилизация. Или эволюционировавшие разведовательные и добывающие автоматы вроде зондов фон Неймана. Или, например, "чёрная дыра" - если посчитать верным предположение о том, что "чёрная дыра" - это мощнейший компьютер. Да, есть и такое:

http://www.abitura.com/modern_physics/computer.html

Коль скоро естественным образом во Вселенной образуются вычислительные монстры, то почему бы не предположить, что за миллионы и миллиарды лет в них не заведётся "искусственный" интеллект? А дальше этот "естественный Скайнет" примется за самосовершенствование, окружая себя описаными выше оболочками. Они для него могут играть роль интерфейса между самим собой и остальным мирозданием: падающее на него вещество и излучение преобразуются по определённым законам и в итоге достигают "чёрной дыры", осуществляя таким образом ввод информации в центральный процессор. "Чёрная дыра" в ответ воздействует на внешние оболочки своим излучением, результаты воздействия отражаются на поверхности оболочки, например, изменяется погода или растительный покров - это вывод... Оболочки также могут быть и сопроцессорами для "чёрной дыры" ("мозг-матрёшка"), и всяческими исполнительными устройствами, и системой охлаждения, и даже двигателем (звёздный двигатель Шкадова), чтобы можно перемещать себя в пространстве и кормиться содержащимся в нём веществом.