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Megaestructuras cósmicas: ¿podríamos construir una esfera Dyson?

octubre 7, 2021

Nombre: Esfera Dyson o Enjambre Dyson

Nombrado para: El fallecido físico Freeman Dyson, quien propuso el concepto de megaestructura en 1960 Ciencias artículo, “Búsqueda de fuentes estelares artificiales de radiación infrarroja”

Representaciones de ciencia ficción seleccionadas: A lo largo de mil millones de años, una novela de 1969 de Robert Silverberg; los Star Trek: la próxima generación episodio “Reliquias”, que se emitió por primera vez en 1992; y la novela de 1995 Las naves del tiempo por Stephen Baxter.


La humanidad tiene hambre de energía. A medida que nuestra civilización se ha industrializado durante los últimos dos siglos, el consumo mundial de energía se ha multiplicado por veinte y no se vislumbra un final. Cuando la demanda supere lo que podemos cosechar de la Tierra y sus alrededores, ¿qué harán nuestros descendientes ansiosos de poder?

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Una solución audaz: la esfera Dyson. Esta megaestructura, generalmente concebida como una gigantesca capa que encierra el sol, revestida con espejos o paneles solares, está diseñada para recolectar hasta el último ápice de la producción energética de una estrella. En el caso de nuestro sol, esa cifra colosal es de 400 septillones de vatios por segundo, que es del orden de un billón de veces nuestro uso actual de energía en todo el mundo. Es más, el interior de la Esfera Dyson podría, en teoría, proporcionar un terreno mucho más habitable que un planeta miserable.

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El físico Freeman Dyson especuló que una raza tecnológicamente avanzada, alcanzando el límite de la expansión de su civilización debido a la disminución de la materia y el suministro de energía, buscaría explotar su sol por todo lo que pueda.

“Uno debería esperar que, dentro de unos pocos miles de años de su entrada en la etapa de desarrollo industrial, cualquier especie inteligente se encuentre ocupando una biosfera artificial que rodea completamente a su estrella madre”, escribió Dyson en 1960. Ciencias papel que lo llevó a convertirse en el homónimo de esta megaestructura.

Una esfera dudosa

Supremo

Desde una perspectiva de ingeniería, una Dyson Sphere suena bastante salvaje. Y lo es: como una inmensa bola hueca, la estructura es imposible. “Una esfera real alrededor del sol es completamente impráctica”, dice Stuart Armstrong, un investigador del Instituto del Futuro de la Humanidad de la Universidad de Oxford que ha estudiado conceptos de megaestructura.

Armstrong dice que la resistencia a la tracción necesaria para evitar que la Esfera se desgarre supera con creces la de cualquier material conocido. Otro problema: la Esfera no se uniría gravitacionalmente a su estrella de manera estable. Quizás esto sea contradictorio; podría pensar que una esfera perfecta alrededor de una estrella sería estable. Pero si alguna parte de la esfera fuera empujada más cerca de la estrella, digamos, por el impacto de un meteorito, entonces esa parte sería atraída preferentemente hacia la estrella, creando inestabilidad.


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Eso es muy malo. Si pudiera estabilizarse, una Esfera Dyson construida a 93 millones de millas del sol, la misma distancia que la Tierra, contendría alrededor de 600 millones de veces la superficie de nuestro planeta en su interior. Sin embargo, comparativamente poca superficie sería habitable debido a la falta de gravedad. Al girar toda la esfera, se crea gravedad en forma de fuerza centrífuga a lo largo de una banda ecuatorial. Pero esta rotación destrozaría la megaestructura con un estrés aún más destructivo.

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Supremo

Si la Esfera Dyson fuera posible, sus residentes disfrutarían de una vista impresionante. Los “lados” de la Esfera interior parecerían contener al observador dentro de un túnel en forma de cuenco, con el sol, constantemente sobre su cabeza, apareciendo como una luz en el “final” del túnel. Sorprendentemente, a lo largo de esos lados, un objeto del tamaño de la Tierra parecería minúsculo. De acuerdo con las preguntas frecuentes de Dyson Sphere publicadas por el colega de Armstrong en Oxford, Anders Sandberg, la Tierra tendría aproximadamente el tamaño de un guisante vislumbrado a una distancia de 100 metros (o, para americanizar la referencia, de una zona de anotación de fútbol a la otra).

Si los océanos, los continentes y las nubes fueran visibles individualmente a lo largo de la banda habitable que se extiende hacia arriba desde cualquier horizonte, tendrían que ser monstruosos.

Espejos Flocados

Bien, entonces la fantástica Dyson Sphere parece desafiar las leyes de la física. Un concepto relacionado, el Dyson Swarm, es más prometedor. “El Swarm es el modelo más realista”, dice Armstrong.

Un enjambre de Dyson consiste en miles de espejos o paneles solares relativamente pequeños en una serie de órbitas alrededor del sol. Como una densa nube de abejas zumbando alrededor de una colmena, un enjambre de Dyson cubre en gran medida el sol de la vista externa, capturando la mayor parte de la energía solar disponible.

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Armstrong dice que un proceso de fabricación impulsado por robots podría generar un Dyson Swarm en tan solo varias décadas. Su plan se basa en rendimientos exponenciales de un ciclo virtuoso que comienza con robots extrayendo material de Mercury. El material se lanza en órbita (no demasiado resistente, dada la débil gravedad de Mercurio), luego se fabrica en una unidad Dyson Swarm que recolecta energía.

La primera unidad tardaría una década en fabricarse, tendría un área de menos de media milla cuadrada y “el grosor de una hoja de estaño”, dijo Armstrong. Esta unidad luego impulsaría un repunte en la construcción de minería y colectores, y así sucesivamente. Comenzarían tres ciclos más similares, cada uno de mayor escala que el anterior. “Todo depende de la retroalimentación exponencial”, dice Armstrong.

Planetas transfigurados

Aproximadamente la mitad de la masa de Mercurio, aproximadamente dos mil billones de libras, se podría utilizar en forma de los elementos oxígeno y hierro, estima Armstrong. Estos elementos podrían combinarse para formar un óxido de hierro llamado hematita, que los humanos hemos utilizado para hacer espejos desde la antigüedad. Los espejos podrían reflejar la luz del sol para alimentar un generador similar a una planta de energía solar térmica, pero adaptado para funcionar en el espacio.

Después de 40 años de ser arreglado, Mercury estaría kaput. El pequeño planeta se habría convertido en una horda de robots de minería y fabricación, impulsados ​​por flotas de colectores solares Dyson Swarm. Sin embargo, hacer un Enjambre Dyson completo que captara casi todos los rayos del sol requeriría desmantelar quizás todo el sistema solar interior: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Pero una vez que los ingenieros hayan alcanzado esta etapa avanzada, dice Armstrong, esta perspectiva no parecería tan desalentadora. La minería a cielo abierto de Venus tomaría solo un año dada toda la energía y la robótica disponibles después de la desaparición de Mercurio.

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Al idear este plan de juego de Dyson Swarm, Armstrong asumió, de manera conservadora, piensa, solo una décima parte de eficiencia para lanzar material desde Mercurio. El otro 90 por ciento de la energía disponible se destinaría a la extracción y procesamiento de minerales. Supuso además que el espejo y el generador asociado obtendrían solo un tercio de la energía solar disponible, menos que algunas de las eficiencias actuales de los concentradores solares.

Viviendo en la era del enjambre de Dyson

Esfera Dyson.  Megaestructura alienígena alrededor de una estrella.

cokadaimágenes falsas

Si vamos a destruir la Tierra para construir el enjambre, obviamente necesitaremos algunas unidades de hábitat en medio del Enjambre. Estos podrían venir en forma de grandes colonias espaciales rotativas, como O’Neill Cylinders, colocadas a distancias promedio Tierra-Sol agradables y templadas, y en zonas seguras donde las unidades colectoras solares Swarm no atravesarían. Los hábitats podrían configurarse para recibir energía a través de láseres de la vasta red Swarm.

Por otra parte, la creación de oasis similares a la Tierra en medio del Enjambre como reemplazo de nuestro planeta desaparecido podría no ser la verdadera motivación de una sociedad Dyson Swarm. Una razón comúnmente sugerida por la cual la humanidad podría algún día desear toda la energía irradiada por el Sol es para alimentar computadoras increíblemente sofisticadas. Quizás esas computadoras serían, de hecho, nosotros—En forma de conciencia posbiológica sin necesidad de aire, agua o comida.

“Al pensar en cómo las personas del futuro pueden ver [building a megastructure], tendemos a quedar atrapados con imágenes específicas de varios hábitats, con césped natural y otras cosas “, dice Armstrong.” Pero nuestros valores pueden haber cambiado. . . podríamos estar viviendo en máquinas nosotros mismos “.

Esta historia se publicó en 2014. Se actualizó tras el fallecimiento de Freeman Dyson, el creador teórico de la esfera.


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