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纵览网丨戴森球:科幻中的能源奇迹,人类能否将其变为现实?

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戴森球在科幻文学作品中,是最震撼的宇宙奇观之一,是《戴森球计划》游戏中,令人屏息惊叹的环太阳巨构,是卡尔达肖夫提出的文明等级理论中,一个种族步入二级文明后的重要里程碑式特征。可以说,自从物理学家弗里曼·戴森,提出戴森球概念以来,一个将太阳“圈禁”起来的环恒星太阳能收集站,就一直被视为能源问题的终极解决方案。那么,以人类目前所展现的技术发展路线,人类是否能够在将来的某个时间点,通过建设一个宏大工程,将整个恒星的光辉,尽数捕获?如果戴森球真的建成,又会对地球造成哪些影响?



目前戴森球派,主要有三个派别,分别是太阳派、地球派、以及类死星派。太阳派的目标是在主恒星外部,直接建设一个球形,或者多条环形太阳能发电站,用以收集恒星能量。太阳派认为这种效率最高,一个完全包裹太阳的戴森球,每年大概能获得1.2×10的34次方焦耳的能量,是地球目前年能源消耗量的2万亿倍。即便退而求其次,建造仅收集1%太阳辐射的戴森云,也能获得当今地球200亿倍能源消耗量的能量。



而地球派则认为,太阳直径高达139.3万千米,而水星距离太阳5791万千米,被直射地区,依然高达430度。包裹太阳的戴森球,仅仅是为了避免高温磨损,可能就需要至少2亿公里的直径,工程量几乎无法想象。所以,地球戴森球派认为,直接建造一个包裹地球的戴森球,或者戴森球环要更加容易实现。如果球形/环形太阳能收集站,建于地球静止轨道,那么只需要大概82000千米的直径。一个宽50千米的戴森环,每年也能收集5.35×10的23次方焦耳能量,足够人类使用900年。



至于类死星派,则是受到了星球大战的启发,认为人类可以建造一个球形太空城,表面全部铺设太阳能收集装置。其工程量更小,而且收集的能源,可以直接用作太空城的供能,减少了太阳能的损耗,还让人类可以大规模居住在太空。一个直径200千米的球形太空城,部署在宜居带前缘的金星轨道,每年可以收集4倍于地球的能源消耗。如果这个球形太空城可以在较远的距离围绕着金星旋转,还可以成为人类改造地外行星的前沿基地。其消耗的资源不仅最低,对太空环境的影响也最小。事实上,根据德国科学家的最新研究,任何包裹太阳的戴森球结构,几乎都是不可行的。



其建造难度不仅体现在工程方面,其环境影响才是最大限制。经过科学家计算,即便环太阳的戴森球结构,延伸到地球轨道附近,戴森球表面也需要承担140度的高温,很难保持长期运作。而如果整个结构建设在2个天文单位外,以规避太阳光直射影响。那么,被包裹在戴森结构内的地球,短期内则会至少升温3度,地球上的许多地方,将因此变得不适合生存。而任何建造在地球轨道,足以造成大规模阴影的结构,其造成的生态问题,同样是灾难性的,全球变冷的影响,可能比全球变暖更加恶劣。所以,如果想收集太阳能。最靠谱的方案还是地面无人区建设太阳能回收基地,然后再额外建造独立于地球的球形太空城,在太空开拓星际土地的同时,合理利用太阳能。



关于环太阳的戴森球,还有一个问题没有讲。那就是把太阳包裹住,确实能获得惊人的能源,但是偏远地球的行星怎么办?将来,人类迟早要登上火星,驻扎小行星带采矿,在木星和土星的卫星上,建立前沿基地。甚至未来还要探索更边缘的气态行星和柯伊伯带。而无论是什么结构的戴森球,都难免会对太阳光造成遮蔽。如果遮蔽面积过大,影响偏远行星光照还是小事,对偏远行星的地质结构造成不可逆的影响,就追悔莫及了。所以说,环绕着太阳的戴森球,工程上建设有难度,环境破坏也很大。但是,如果是在系外恒星,特别是小行星资源丰富的系外恒星,建设围绕着恒星的戴森球结构,并非没有可能。以太阳系为例,火星和木星之间小行星带的资源,就足以支撑太阳戴森环的建造。因此,假如将来人类能够抵达4光年外的恒星比邻星,建造宏伟壮观的恒星级戴森环,也许并非只是停留在科幻作品中的幻想。

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