Wie Dyson-Kugeln funktionieren

Die Lösung steht vielleicht in den Sternen. Oder genauer gesagt, unsere Sonne. Stellen Sie sich vor, Sie füllen den Tank Ihres Fahrzeugs nicht mit Benzin , sondern mit purem Sonnenschein. In ferner Zukunft könnte dies dank des Konzepts einer Dyson-Sphäre geschehen .

Stellen Sie sich eine Dyson-Sphäre als eine riesige, energiefangende Kugel vor, die um einen Stern herum gebaut ist. Es nutzt Sonnenenergie und wandelt sie in Energie um, mit der wir Fahrzeuge, Computer oder andere fortschrittliche, stromfressende Technologien antreiben können, die wir in den nächsten paar Millionen Jahren entwickeln können. Das heißt natürlich, wenn wir es schaffen, so lange zu überleben, ohne alles in die Luft zu sprengen.

Dyson-Sphären befinden sich noch sehr stark im imaginären Entwicklungsstadium. Aber es ist nicht schwer zu verstehen, warum wir eines Tages größere, leistungsfähigere Energiequellen brauchen würden. Wir verbrauchen immer mehr fossile Brennstoffe, um alle Arten von Geräten und Gütern zu betreiben. Nachhaltige Energiequellen wie Solar- und Windkraft sind gut als Ergänzung zu Kohle und Erdöl geeignet, aber im Moment können sie nicht alle unsere Autos und Smartphones mit Strom versorgen.

Fantastische Dyson-Sphären sind zu einem festen Bestandteil von Science-Fiction-Büchern, Fernsehsendungen und Internetforen geworden. „Star Trek“-Junkies diskutieren über die relativen Möglichkeiten (oder Lächerlichkeiten), einen ganzen Stern mit einer künstlichen Maschine einzukapseln. Blog-liebende Wissenschaftler legen Ideen offen, um diese gigantischen Sphären zu verwirklichen; andere zerpflücken ihre Bestrebungen mit stechenden Kommentaren.

Egal, was Sie von der Idee halten, eines ist sicher: Wenn die Ölhähne endlich versiegen, und das werden sie irgendwann, muss die Menschheit entweder ihren Energieverbrauch reduzieren oder neue Energiequellen finden. Vielleicht ist eine Dyson-Kugel der Weg.

1. Du bist so zivilisiert
2. Bombenartige Kraft
3. Sonnensatelliten
4. Das Dilemma eines Dyson

Nicht alle Zivilisationen sind gleich, zumindest einigen Theorien zufolge. In den frühen 1960er Jahren schlug ein Astrophysiker namens Nikolai Kardashev die Idee vor, dass es im Universum drei Klassifikationen der Zivilisation geben könnte .

Typ-I- Zivilisationen haben gelernt, alle Energiequellen ihres Heimatplaneten nutzbar zu machen. Das wären wir. Oder zumindest könnten wir es eines Tages sein. Laut dem theoretischen Physiker Michio Kaku könnten wir dieses Niveau in den nächsten ein oder zwei Jahrhunderten erreichen.

Eine Typ-II- Zivilisation versteht es, die gesamte Energie des Sterns in ihrem Sonnensystem zu nutzen. Und Typ-III- Zivilisationen, ein Status, den wir in mehreren Millionen Jahren erreichen könnten, wissen, wie man die Energie ganzer Galaxien einfängt und fokussiert.

Wir Menschen sind eindeutig noch kein Material vom Typ III. Zunächst müssen wir mit kleinen Schritten beginnen – indem wir die Plünderung unseres Planeten beenden, um seine verbleibenden Ressourcen anzuzapfen. Und dann werden wir versuchen, uns unseren Weg in die gehobenere Nachbarschaft des Typs II zu bahnen, indem wir die immense Energie unserer Sonne einfangen und kanalisieren. Dies könnte in den nächsten paar tausend Jahren machbar sein, wenn wir so lange am Leben bleiben.

In seinem Buch „Star Makers“ von 1937 war der Autor Olaf Stapledon vielleicht der Erste, der sich eine sogenannte „Lichtfalle“ vorstellte, die verwendet wurde, um die Energie der Sonne abzubauen. Er schrieb über Energieeinfangsysteme, die so gewaltig waren, dass sie tatsächlich das Licht der Galaxien dämpften.

Diese Geschichte hat Freeman Dyson, einen Mathematiker und theoretischen Physiker, zum Denken angeregt. Er begann darüber nachzudenken, wie möglich oder unmöglich es sein könnte, die gesamte Energie eines Sterns für den menschlichen Gebrauch einzufangen.

Die Sonne produziert eine unvorstellbare Menge an Energie. Er leistet, um es einmal auszudrücken, etwa 5 x 1023 PS . Laut NASA ist das genug Energie, um eine Eisbrücke (zwei Meilen breit und eine Meile dick) zu schmelzen, die sich von der Erde bis zur Sonne erstreckt … in einer einzigen Sekunde [Quelle: NASA ]. Das ist ungefähr das Äquivalent von einer Billion Bomben von 1 Megatonne, die jede Sekunde hochgehen. Um es weniger beängstigend auszudrücken, eine einzige Sekunde Sonneneinstrahlung reicht aus, um unsere Welt für eine halbe Million Jahre mit Energie zu versorgen [Quelle: Boston.com ].

Das ist eine ernsthafte Menge an Macht. Jede Sekunde empfängt die Erde etwa 400 Billionen Billionen (nein, das ist kein Tippfehler) Watt an Sonnenenergie. Doch aufgrund der Entfernung und Richtung erreicht das meiste davon unseren Planeten nicht. Die Sonne mit einer energieeinfangenden Megastruktur wie einer Kugel zu umgeben, wäre ein weitaus effizienterer Weg, sich den verrückten Saft der Sonne zu schnappen.

Man könnte eine solide Kugel um die Sonne bauen, um jeden letzten Strahl einzufangen. Auf diese Weise hätten Sie 550 Millionen Mal mehr Oberfläche als unser gesamter Planet, die alle Strahlen einfangen, um sie in Form von roher Kraft an Mutter Erde zurückzusenden.

Natürlich würden Sie nicht nur Millionen von Menschen auf der Erde in eine dauerhafte saisonal-affektive Störung stürzen, sondern auch vor sehr realen Gravitationsherausforderungen stehen. Kurz gesagt, es wäre wirklich schwierig, die Sonne im Mittelpunkt der Kugel zu halten, was bedeutet, dass sie mit einem Rand einer Kugel kollidieren und eine Katastrophe verursachen könnte, die so erstaunlich ist, dass sie wahrscheinlich die meisten YouTube-Aufrufe aller Zeiten erhalten würde ... falls jemand überlebt um es hochzuladen.

Hinzu kommt die extreme Schwierigkeit, genügend Rohstoffe zu finden, um eine solide Hülle zu bauen. Eine solche Leistung würde wahrscheinlich mehr Material erfordern, als wir in unserem gesamten Sonnensystem finden könnten.

Selbst wenn wir genügend festes Material finden könnten, um eine feste Kugel zu bauen, die die gesamte Sonne umhüllt, müsste die Kraft dieser gigantischen Sonnenkugel herkulisch sein. Sonst würde die Kugel einfach in unzählige Stücke zerbrechen. Mit anderen Worten, es wäre ein weiterer spektakulärer Fehlschlag.

Lassen Sie uns also die undurchführbare feste Kugel ganz auslassen. Auf der nächsten Seite lesen Sie Ideen, die eher im Bereich der Realität liegen könnten.

Es wäre für uns unmöglich, eine feste Kugel um einen Stern zu bauen . Freeman Dyson gab das zu. Er schlug stattdessen ein Konzept vor, bei dem wir viele unabhängige Maschinen loslassen, um die Sonne zu umkreisen, Energie zu sammeln und sie zur Erde zu beamen.

Die Satelliten könnten in ordentlichen Ringen angeordnet sein. Oder sie sausen auf verschiedenen Umlaufbahnen umher wie ein Bienenschwarm, der den Pollen der Macht sammelt. Einige sind möglicherweise bewohnbar oder werden ausschließlich zum Sammeln von Energie verwendet.

Anstelle einer festen Kugel oder eines Satellitenrings gibt es eine dritte Konfiguration, die eine Dyson-Kugel bilden könnte. In diesem Fall würden mehrere Sonnensegel die Sonne umkreisen. Diese Segel würden eine lockere Blase um die Sonne herum erzeugen, die dank eines Gleichgewichts aus Schwerkraft und Strahlungsdruck des Sterns im Inneren an Ort und Stelle gehalten wird.

Diese Satelliten würden eigentlich Statiten genannt (abgeleitet von den Wörtern Satellit und statisch), weil sie an einem Ort schweben würden, anstatt sich im Orbit zu bewegen. Wie beim Ring- oder Schwarmkonzept würden Statite ausgehende Sonnenenergie absorbieren und sie dann für unseren Gebrauch auf die Erde umleiten.

Unabhängig von der endgültigen Blaupause wird ein Ring, eine Kugel, eine Blase oder ein Schwarm von Dyson materielle Ressourcen und Energie in einem beispiellosen Ausmaß benötigen. Wir werden auf der Erde nicht genug Rohstoffe für dieses Projekt finden. Daher haben einige spekulative Typen eine Alternative vorgeschlagen – die Materialien von anderen Planeten wie Merkur zu ernten.

Wie ein unbequemes Feuchtgebiet, das ein für kommerzielle Nutzung ausgewiesenes Stück Land versumpft, könnten wir Merkur einfach zerlegen und seine sonnenverbrannte Oberfläche einem besseren Zweck zuführen. Das ist eine Idee des Physikers Stuart Armstrong von der Universität Oxford.

Merkur ist voller nützlicher Materialien (wie Eisen) und der sonnennächste Planet, daher ist es sinnvoll, dort zu beginnen. Sobald Mercury demontiert und die ersten Dyson-Ringe installiert sind, würde das Projekt an Schwung und Geschwindigkeit gewinnen, mehr und mehr Energie sammeln und die Produktion größerer und besserer Solarkollektoren vorantreiben. Und natürlich würde all diese Energie für andere Zwecke verwendet werden, wie Supercomputing (in einem nie zuvor gesehenen Ausmaß), schnellere Raumfahrttechnologien und unzählige andere Ideen, die wir noch nicht einmal ersonnen haben.

Wir müssten das alles nicht mit mühsamer Arbeit tun. Roboter würden die Arbeit des Abbaus und der Montage neuer Solaranlagen übernehmen. Und die Zahl der Roboter würde (dank der Fähigkeit zur Selbstreplikation) mit zunehmendem Umfang des Projekts kontinuierlich zunehmen, bis sie zu einer Armee von Automaten wurden, die Planeten und Asteroiden zermalmten, um immer mehr Energiekollektoren herzustellen.

Das Universum ist ein kalter, herzloser Ort. Sobald wir alle unsere erdbasierten Energieressourcen verbraucht haben, brauchen wir dringend eine Möglichkeit, unsere Öfen und Kühlschränke mit Strom zu versorgen. Unsere Sonne ist wie ein riesiges Kraftwerk, warm und lebensspendend. Es ist unsere beste Chance, unsere Spezies zu erhalten und uns zu fähigeren Kreaturen zu entwickeln.

Derzeit übersteigt jedoch eine Dyson-Sphäre jeglicher Art einfach unsere Möglichkeiten. Wenn wir uns zum Beispiel dafür entscheiden würden, Quecksilber abzubauen, bräuchten wir Robotertechnologie, die es derzeit einfach nicht gibt. Diese Roboter müssten weit entfernt von ihren menschlichen Kommandanten fehlerfrei arbeiten und jahrzehntelang daran arbeiten, Rohstoffe in Energiekollektortechnologie umzuwandeln. Das bedeutet, die wertvollen Metalle aus dem Gestein zu extrahieren und dann irgendwie ausgefeilte Elektronik zu bauen, alles ohne menschliche Hilfe vor Ort.

Es besteht auch die Herausforderung, die gesammelte Energie zurück zur Erde zu bringen, damit sie Ihren Fernseher mit Strom versorgen kann. Ein wirklich langes Verlängerungskabel wird es wahrscheinlich nicht schneiden. Die Leute haben stattdessen vorgeschlagen, Laserstrahlen oder Mikrowellen für diesen Zweck zu verwenden. Aber Laser verlieren ihre Effizienz, nachdem sie weniger als eine Meile zurückgelegt haben. Mikrowellen funktionieren über viel größere Entfernungen (fast 100 Meilen oder 161 Kilometer), aber bei weitem nicht weit genug für die Zwecke einer Dyson-Kugel.

Obwohl es derzeit nicht möglich ist, unseren Planeten auf diese Weise mit Energie zu versorgen, kann uns das Konzept der Dyson-Sphären sehr gut dabei helfen, Außerirdische zu finden, die das Typ-I-Stadium überschritten haben. Im Jahr 1960 stellte Dyson fest, dass, wenn es einer Zivilisation tatsächlich gelänge, die elektromagnetische Energie eines Sterns zu kanalisieren, als Nebenprodukt viel Wärme nach außen gedrückt würde.

Der Nachweis dieser ausgehenden Infrarotstrahlung könnte der Schlüssel zum Nachweis anderer intelligenter Lebensformen auf der anderen Seite des Universums sein, die Forscher derzeit untersuchen. Sie haben bereits Gebiete mit viel Sternenwärme gefunden, aber ohne Licht, was einige zu der Annahme veranlasst, dass Außerirdische einen Großteil der Energie einfangen könnten.

All dies bedeutet, dass wir im Moment einfach in der Kategorie der Typ-I-Zivilisation feststecken. Im Laufe der Jahrhunderte können sich unsere Technologien jedoch exponentiell weiterentwickeln. Und wenn sie es tun, stellen wir vielleicht fest, dass wir in der Lage sind, unsere Sonne in eine Energiequelle zu verwandeln, die unsere gesamte Rasse verändern kann und uns technologisch kompetenter und weltraumtauglicher macht, als wir uns jemals hätten erträumen können.

Anmerkung des Autors: Wie Dyson-Sphären funktionieren

Es ist unmöglich zu wissen, was die Zukunft der Menschheit bereithält. Bereits in unserer Geschichte sind große Zivilisationen aufgestiegen und zusammengebrochen. Wird unsere gegenwärtige Inkarnation ihren Weg nach vorne finden, ohne sich selbst zu zerstören? Werden wir uns zurück ins dunkle Zeitalter bombardieren? Oder wird ein Klimawandel oder ein unbezwingbares Virus das Leben, wie wir es kennen, beenden? Wenn wir zufällig aus unserer jetzigen Form in einen höheren Seinszustand auftauchen, brauchen wir sicherlich mehr Energie. Und ohne einen unvorhergesehenen Durchbruch in der Physik ist die Sonne die einzige Möglichkeit, unsere Entwicklung für Tausende oder Millionen von Jahren voranzutreiben.

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