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人类在太阳系的终极能源理想,百分百利用太阳的戴森球理论!

时间:2017-03-09 作者:693295245 浏览:   手机版

随着人类科技的飞速发展,地球上的能源根本就不够地球全面发展的需要,而这时在太阳系中无处不在的太阳系能源成为人类最好的能源,可以反复利用理想能源。下面奇闻网带您去看看:人类在太阳系的终极能源理想,百分百利用太阳的戴森球理论!

戴森球介绍

戴森球是在1960年由弗里曼•戴森提出的一种理论,他认为,地球本身的能源非常有限,而恒星对地球的辐射大部分都被浪费了,戴森球基本模型就是直径2亿KM,用来包裹恒星并且开采恒星,充分利用恒星的能源来补给给地球。戴森球是一种设想中的巨型人造结构,完全包围恒星并获得其绝大多数的能量输出,目前我们太阳系各行星只接收了太阳辐射能量的大约 1/10^9。

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戴森认为,一个高度发达的文明,必然有能力将太阳用一个巨大的球状结构包围起来,使得太阳的大部分辐射能量被截获,只有这样才可以长期支持这个文明,使其发展到足够的高度。弗里曼•戴森并没有从细节上叙述如何建立这样一个庞大的结构,只是集中在能源收集上做了描述,弗里曼•戴森是第一个正式从学术上提出戴森球概念的学者。关于戴森球暂时还只是一个幻想的理论,人类还没有能力去构建这样一个庞大的结构。

戴森曾经是爱因斯坦的副手,在当时,他射线一个足够发达的文明通过建造一个有接收器和能量转换期构成的球,就可以利用他们自己那颗恒星的全部能力输出。戴森球的提出让一些人相信外星球可能还存在我们文明先进很多的文明已经可以利用整个星系的能量,甚至是整个星系团的能量,我们在宇宙深处看见的许多类型的能源中有些是这类过程的废弃产品。

戴森球可行性分析

人类在太阳系的终极能源理想,百分百利用太阳的戴森球理论!

在20世纪60年代,戴森球被人们认为只是不切实际的理论结构,而在现在,环绕轨道卫星和太阳帆技术已经成为了实现戴森球的一小步了,但是要建造极其巨大的戴森球结构还是暂时无能为力的,其中的建造工艺以及数量庞大的人造卫星和太空飞船是戴森球最大生产力的瓶颈。

戴森云

戴森云由巨大数目密集环绕太阳的独立结构(通常为太阳能收集卫星和空间定居点)组成,有点类似于量子力学中所说的“电子云”。建设一个戴森云有这样几个优势:建造的元件可以有范围很广各种各样的尺寸选择,这样便能逐步逐步在一个很长的历史时期内建设。不同形式的无线能量传输能用于在不同的结构之间传输能量。

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这样的一个“云”也有其劣势。轨道力学规律决定了戴森云的轨道运行将会极度复杂。最简单的一个例子是戴森环:所有的太阳能收集器独立结构共享同一个轨道。许多复杂的多环模式将拦截更多的太阳能输出,但当轨道重叠时会导致周期性的日蚀。另外的潜在问题是增加轨道不稳定,当增加更多的轨道结构,就会增加其他机构轨道混乱的可能性。在以下我会继续描述,这样一个太阳能收集器的“云”将会改变恒星系统向宇宙发散的星光的强度,但可以想见的是,它不会完全遮蔽恒星的光线,太阳光仍将在其发散的光谱中存在。

戴森泡

第三种形式的戴森球是“戴森泡”。类似于戴森云,有许多独立的结构组成(通常为太阳能收集卫星和太空殖民地),同样也是可以组建地建立起来。不同于戴森云,此方案不是用环绕轨道的方法,而是通过太阳帆卫星-即通过巨大的承受光压压力的太阳帆来抵消太阳的重力拉力的太阳能收集卫星。这样的结构可能处于冲撞或将别者挡住其中部件阳光的危险之中;各个结构对于太阳来说可能是完全静止的,并且相互独立。当光压和来自太阳的重力是恒定的,无视距离(假设太阳帆卫星在于太阳的直接距离没有被其他物体所挡住),这样太阳帆卫星之间不同可能存在于太阳的直线距离。

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此方法的实践对于现代材料科学来说是可质疑的,但还不能被排除。环绕太阳的太阳帆卫星将有一个总密度为0.78g/m²的帆。为便于阐明所需材料不需要很大质量,想一下半径为1天文单位的这样一个戴森泡需要的质量将为2.17 × 1020 kg,而小行星智神星的质量就大抵如此。然而即使利用这样少的物质制造太阳帆卫星也是超过人类的技术能力的;人类目前能制造的碳纤维太阳帆无载重的重量是3g/m²,四倍重于该设想所需要的材料。

然而,预计会出现通过分子机器人实现的超轻碳纳米管的制造方案,这样造出来的物质密度会低于0.1 g/m²。如果制造这样的物质在工艺上是可行的,那么就可以利用于轻太阳帆之上,这样带有索具的太阳帆密度可以保持在0.3 g/m²左右。如果这样的太阳帆能得到应用,则类似于L5 Society太空定居点500平方公里,可以住1百万居民,物质总量为3× 106吨-就能通过3000公里直径的圆形太阳帆来维持,而这样的定居点总重为5.4× 10吨。

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做比较的话,这个定居点的长度大概就比木星的卫星欧罗巴的直径稍微小一点(虽然这样的太阳帆是扁平的,不是球体),或者说从旧金山到堪萨斯的距离。然而这样一个结构的质量只比许多小行星要小一点。虽然建设这样一个巨大人口的太阳帆定居点将会得到巨大的支持,但是从材料科学上来说还有许多不确定因素,但比起其他类型的戴森球变体所需要的技术来说却是切合实际多了。

理论上,如果造出并放置了足够的太阳帆卫星来环绕太阳,那么就能组成一个非固定的戴森壳。这样一个壳体并无承受大质量物质压缩里的缺点,也不需要建立一个固定结构的戴森球所需要的超大质量。然而这样一个壳体,将会有着跟固定结构的戴森壳一样的光学和热力学特性,可以被宇宙的其他文明通过一定的检测方式来侦测到。

戴森壳

这一戴森球的变体经常以“戴森壳”为题在科幻小说中描述:一个独特的坚固的环绕太阳的物质壳体。不像戴森云,这一结构将完全改变居于其中央的星体的光线发散,并且拦截住100%的恒星能量输出。这样一个结构将需要提供一个巨大无比的表面用于给予预想中的人类殖民者提供定居处,如果这一表面能够提供这样的条件的话。不过戴森壳也有一些理论上的困难:这样一个壳体模型没有考虑到将太阳包含在内其自身的重力交互作用,并且将有可能太阳作用力的影响而发生偏移。

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如果发生这样的偏离运动得不到纠正,就可能导致最终在球体和太阳直接的碰撞,很有可能导致灾难性的结果。这样的结构需要某种形式的推进力去抵消偏离,或者一些办法来使得壳体远离太阳。出于同样的理由,这样一个壳体模型没有考虑到在壳体内部任何其他物质与其自身重力交互影响。任何置于壳体内部的生物圈将不会被吸引到球体的表面,而是会吸入太阳之中。有些设想中包括生物圈能包含在两个同心球之中,置于旋转球体之中。这样的戴森壳对于星际天体,如彗星和流星体来说是脆弱的。更进一步说,这样的壳体对于剧烈的太阳活动,如弓形激波等来说,也是脆弱的。

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