Śfiera Dajsana. Fota: Rebekah Smith
U 1960 hodzie brytanski fizik-tearetyk Fryman Dajsan apublikavaŭ u časopisie Science artykuł z adnu staronku, u jakim prapanavaŭ, mahčyma, samaje aptymistyčnaje bačańnie technałahičnaj budučyni čałaviectva. Dajsan ujaviŭ, što raźvitaja cyvilizacyja zadavolić svaje pavyšanyja enierhietyčnyja patreby, pabudavaŭšy vakoł zorki śfieru, jakaja budzie pahłynać jaje enierhiju.
U artykule bolš uvahi nadavałasia teoryi, čym inžyniernym raspracoŭkam, i Dajsan apisaŭ mała padrabiaznaściaŭ pra toje, jak moža vyhladać takaja miehastruktura abo jak my mahli b jaje pabudavać. Jon apisaŭ svaju śfieru tolki jak «prydatnuju dla žyćcia abałonku» vakoł zorki. Ale hetaha akazałasia dastatkova, kab zachapić i natchnić astrafizikaŭ, navukoŭcaŭ i piśmieńnikaŭ-fantastaŭ. Na niekatorych malunkach śfiera Dajsana, jak jaje stali nazyvać, vyhladaje jak masiŭnaje koła, jakoje apiarazvaje zorku i amal dasiahaje ziamli. Na inšych śfiera całkam akružaje sonca, źjaŭlajučysia vieličeznaj miehastrukturaj, jakaja ŭłoŭlivaje kožnuju čaścicu enierhii hetaj zorki. Akramia navukovych pracaŭ, śfiery Dajsana fihuravali ŭ ramanach, filmach i telešoŭ, u tym liku ŭ «Zornym šlachu», u jakaści doma dla raźvitych cyvilizacyj.
Sam Dajsan razumieŭ, nakolki składana pabudavać takuju masiŭnuju strukturu, i skieptyčna staviŭsia da taho, što heta kali-niebudź adbudziecca. Tym nie mienš, jaho śfiera vyklikała ambicyjnyja idei pra budučyniu našaj cyvilizacyi, i jaje praciahvajuć prapanoŭvać u jakaści rašeńnia niekatorych z samych surjoznych dylemaŭ čałaviectva. Vykarystańnie poŭnaj enierhii Sonca abo luboj inšaj zorki vyrašyła b naš enierhietyčny kryzis u bližejšaj i doŭhaterminovaj pierśpiektyvie, ale kali cyvilizacyja atrymaje dostup da poŭnaj enierhii zorki, zadavalnieńnie našych ziamnych enierhietyčnych patrebaŭ — heta tolki pačatak.
Z takoj kolkaściu enierhii my zdolejem nakiroŭvać mahutnyja łaziernyja impulsy na ekzapłaniety, jakija, jak my ličym, mohuć utrymlivać žyćcio, što nievymierna pavialičyć našy šancy na znosiny z dalokimi cyvilizacyjami. Hetyja pramiani, jakija buduć siłkavacca enierhijaj Dajsana, mohuć pranikać dalej ŭ kosmas, čym heta mahčyma ciapier, pranikajučy ŭ vobłaści prastory z vysokaj ščylnaściu, takija jak pyłavyja abłoki, u jakich zhasajuć sihnały, jakija my dasyłajem ciapier.
Epizod Star Trek: The Next Generation pad nazvaj «Relikvii», jaki ŭpieršyniu pakazali 12 kastryčnika 1992 hoda. Zorkalot «Entierprajz» pobač sa śfieraj Dajsana. Fota: CBS.
U jakaści alternatyvy my mahli b vykarystoŭvać hetuju enierhiju, kab dapamahčy dasiahnuć ekzapłanietaŭ naŭprost. Dla hetaha nam treba dastatkova mahutnaści, kab jak nazyvajuć heta niekatoryja astrafiziki, manipulavać prastorava-časovym kantynuumam dla skaračeńnia šlachu z dapamohaj kvantavaj hravitacyi. Adzin ź cikavych varyjantaŭ zasnavany na stvareńni tak zvanych «čornych dziuraŭ Kuhielblica» z čystymi fatonami, jakija, u teoryi, mohuć siłkavać mižzornyja zorkaloty budučyni. Skažajučy samu prastoru-čas, my mahli b padarožničać chutčej za śviatło abo stvarać tuneli, jakija zabiaśpiečvajuć karotkija šlachi dla pierasiačeńnia hałaktyki.
Jašče bolš pryvabna toje, što praktyčna biaźmiežnaja enierhija, jakuju dajuć śfiery Dajsana, moža vyrašyć niekatoryja z samych niezrazumiełych pieraškodaŭ na šlachu da padaŭžeńnia žyćcia. Prychilniki kryjahiennaj techniki pryznajuć, što jaje šyrokaje i doŭhaje vykarystańnie moža stvaryć patreby ŭ enierhii, jakija značna pieravyšajuć isnujučyja ciapier. A ŭ 2018 hodzie daśledčyki Alaksiej Turčyn i Maksim Čarniakoŭ zajavili, što štučny intelekt moža być zdolny ŭ ličbavym vyhladzie adnaŭlać ludziej u simulavanym śviecie, vykarystoŭvajučy DNK i inšuju infarmacyju, atrymanuju ad pamierłych. Stvareńnie simulacyjaŭ, dastatkova poŭnych, kab zabiaśpiečyć ličbavuju nieśmiarotnaść, zapatrabuje vielizarnaj kolkaści enierhii, nie kažučy ŭžo pra toje, kab pieraadoleć mnostva etyčnych i fiłasofskich pieraškodaŭ. Ale daśledčyki vykazali zdahadku, što technałohija Dajsana moža zabiaśpiečyć nieabchodnuju mahutnaść.
Ambicyjnaje bačańnie Dajsana aktualnaje jak nikoli. Pa danych Upraŭleńnia enierhietyčnaj infarmacyi ZŠA, kali technałohii buduć raźvivacca pa ciapierašniaj kryvoj, to ŭ najbližejšyja 30 hadoŭ suśvietnyja patreby ŭ enierhii mohuć pavialičycca na 50 adsotkaŭ. Viecier, sonca i inšyja adnaŭlalnyja krynicy enierhii dapamohuć u najbližejšaj budučyni, ale doŭhaterminovaje rašeńnie zapatrabuje bolš śmiełych inžyniernych rašeńniaŭ. Śfiera Dajsana mahła b stać ambitnym rašeńniem, ale jana źviazana ź vidavočnymi fizičnymi i miechaničnymi prablemami, i niezrazumieła, ci zmoža ich vyrašyć navat cyvilizacyja, raźvitaja na mnohija tysiačy hadoŭ bolej za našuju.
Kali ja byŭ prafiesaram centra astranomii i astrafiziki pry Bierlinskim techničnym univiersitecie, ja pryśviaciŭ dziesiacihodździ razumieńniu mahčymaściaŭ, źviazanych z raźvitymi inšapłanietnymi cyvilizacyjami. Ja suaŭtar piaci knih pra pazaziemnaje žyćcio, i maja cikavaść da hetaj navuki natchniła mianie na vyvučeńnie śfieraŭ Dajsana jak mahčymaj formy pieradavoj inšapłanietnaj technałohii. Kala dziesiaci hadoŭ tamu ja byŭ zaintryhavany tym, jakija bujnyja inžyniernyja prajekty moža ažyćciaŭlać inšapłanietnaja cyvilizacyja.
Mastackaja vyjava: skryŭleńnie prastory-času dla stvareńnia mižhałaktyčnaha tunelu. Fota: Getty Images
U 2010 hodzie ja vyvučaŭ mahčymaść stvareńnia śfiery Dajsana. Pracujučy z Bruksam Charapam, maim byłym studentam-fizikam z Univiersiteta štata Vašynhton u Pułmanie, my vyjavili mnostva prablem z ahulnapryniataj kancepcyjaj śfiery Dajsana, samaj važnaj ź jakich była ryzyka razbureńnia śfiery. Žorstkaja kancentryčnaja śfiera vakoł zorki budzie adčuvać hravitacyjnaje pryciahnieńnie ŭ kožnym punkcie. Nivodny viadomy siońnia materyjał nie zmoža supraćstajać hetaj sile. Inžyniery mahli b supraćpastavić hetamu składanuju sistemu ruchavikoŭ, jakaja ŭtrymlivała b abałonku na miescy z dapamohaj procidziejnaj siły, ale ŭličvajučy vielizarnuju masu abałonki — u bolšaści kancepcyj radyus struktury składaje 93 miljona mil, što adpaviadaje adlehłaści pamiž Ziamloj i soncam — takaja sistema spažyvała b vielizarnuju častku, kali nie ŭsiu, enierhii, sabranaj abałonkaj.
Ale dapuścim, što nam udasca pieraadoleć hetyja prablemy i pabudavać śfieru daloka ŭ budučyni: jak jana budzie supraćstajać mietearytam, asteroidam, radyjacyi i vybliskam na soncy? Abjekt z masaj kamiety Haleja ŭrezaŭsia b u kanstrukcyju z kinetyčnaj enierhijaj bolš za miljon car-bombaŭ (mahutnaść vybuchu dasiahnuła ŭ ekvivalencie 58.6 miljonaŭ ton traciłu, a vybuchovaja chvala trojčy abahnuła ziamlu).
Dajsan pradbačyŭ hetyja ryzyki i pryznaŭ, što abałonka abo koła vakoł zorki, chutčej za ŭsio, niaździejsnyja. Ale fizik prapanavaŭ rašeńnie: kalekcyja, abo roj, abjektaŭ, jakija ruchajucca pa niezaležnych arbitach vakoł zorki, źbirajuć jaje enierhiju, paźbiahajučy pry hetym bolšaści fizičnych i miechaničnych prablem ćviordaj śfiery Dajsana. Spadarožniki možna budavać patrochu i pastupova padklučać da sietki, z časam pavialičvajučy vytvorčaść enierhii rojem.
«Roj Dajsana». Fota: wikimedia.org
Roj Dajsana, jaki składajecca prykładna z 10 miljonaŭ spadarožnikaŭ, moh by zadavolić enierhietyčnyja patreby čałaviectva. Heta šmat, ale sučasnyja spadarožnikavyja hrupoŭki stvarajuć precedent dla takoha inžyniernaha podźvihu. SpaceX moža zapuskać 240 spadarožnikaŭ suviazi Starlink u miesiac, i pa stanie na luty 2022 hoda ŭ kosmasie ŭžo znachodzicca bolš za dźvie tysiačy spadarožnikaŭ. Da momantu zaviaršeńnia prajekta fłot moža naličvać dziasiatki tysiač spadarožnikaŭ — heta, viadoma, nie «roj Dajsana», ale dastatkova, kab raspalić naša ŭjaŭleńnie.
Kab pieraadoleć ciažkaści aryhinalnaj kancepcyi Dajsana, my z Charapam vyrašyli znajści realistyčny prajekt dla jaje zamieny — roj Dajsona. My nazvali našu ideju Solar Wind Power Satellites (SWPS, spadarožniki dla vypracoŭki enerhii, jakija pracujuć z dapamohaj soniečnaha vietru). Tradycyjnyja soniečnyja batarei vykarystoŭvajuć bačnuju enierhiju śviatła, a našy spadarožniki buduć źbirać elektrony, jakija składajuć pałovu soniečnaha vietru. Chutkaść najchutčejnaha soniečnaha vietru składaje kala 750 kiłamietraŭ u siekundu, što robić hetyja elektrony bolš bahatymi enierhijaj, čym enierhija bačnaha śviatła, jakaja traplaje na soniečnuju panel. Sercam našaha spadarožnika źjaŭlajecca doŭhi mietaličny provad, nakiravany na sonca, jaki budzie zaradžacca dla stvareńnia mahnitnaha pola, a paśla nakiroŭvać ŭvachodnyja elektrony ŭ śfieryčny mietaličny pryjomnik. Hetyja elektrony buduć vyrablać tok, jaki, u svaju čarhu, budzie padtrymlivać mahnitnaje pole ŭ provadzie i stvarać sistemu pamiž imi, jakaja budzie padtrymlivać sama siabie.
Bolšaja častka toku zastaniecca dla siłkavańnia infračyrvonaha łaziera, nakiravanaha na pryjomnyja stancyi na ziamli — infračyrvony koler aptymalny dziakujučy prazrystaści «infračyrvonaha akna» ŭ našaj atmaśfiery, jakoje prapuskaje biez pahłynańnia chvali daŭžynioj prykładna ad 8 da 13 mikron. Paśla taho, jak łazier adpravić elektryčnuju enierhiju na pryjomnuju stancyju, astatki elektronaŭ viarnucca na kołavobrazny vietraź, dzie ŭvachodnaje soniečnaje śviatło zmoža ŭzbudzić ich dastatkova, kab utrymać spadarožnik na arbicie vakoł zorki.
Frymen Dajsan va ŭłasnym jaho kabiniecie ŭ instytucie pierśpiektyŭnych daśledavańniaŭ, Prynstan, Ńju-Džersi, 24 lutaha 2009 hoda. Fota: Eugene Richards/Getty Images
Kožny spadarožnik budzie mieć masu kala 3,7 ton (prykładna ŭ try razy bolš, čym spadarožnik GPS) i zabiaśpiečyć bieśpierapynnuju vypracoŭku kala 2 miehavat enierhii za sutki, što prykładna adpaviadaje patrebam u enierhii 1000 amierykanskich adnasiamiejnych damoŭ. Ceły roj spadarožnikaŭ SWP moh by zadavolić usie patreby čałaviectva ŭ enierhii.
Hetyja spadarožniki mohuć być pabudavanyja z adnosna prostych i niedarahich materyjałaŭ, asnoŭnyja vydatki na budaŭnictva składuć kala 300 mietraŭ miednaha provadu na spadarožnik. A pakolki ŭ jakaści krynicy enierhii jany vykarystoŭvajuć soniečny viecier, hetyja spadarožniki buduć pahłynać minimalnuju kolkaść ciapła i pracavać amal sa 100-adsotkavym KKD. Tradycyjnyja soniečnyja batarei, naadvarot, darahija ŭ vytvorčaści, pakolki dla ich vyrabu patrabujecca kremnij vysokaj ačystki, a ichni KKD, jak viadoma, nievialiki — kala 20 adsotkaŭ.
Na šlachu da stvareńnia «roja Dajsana» staić niekalki techničnych pieraškodaŭ. Choć spadarožniki nie patrabujuć asablivaha absłuhoŭvańnia, jany nie ačyščajucca sami. Kali stanoŭčyja ijony, a nie elektrony soniečnaha vietru patrapiać u vietraź, jany źniziać efiektyŭnaść spadarožnika i z časam pryviaduć da dehradacyi sistemy. My taksama nie vyrašyli, jak padtrymlivać stabilnaje stanovišča ŭ kosmasie va ŭmovach vahańniaŭ soniečnaha vietru abo jak arhanizavać arbity miljonaŭ (abo, u vyniku, miljardaŭ) spadarožnikaŭ vakoł zorki. I choć małahabarytnyja łaziernyja sistemy, jakija vypramieńvajuć enierhiju, damahlisia vialikich pośpiechaŭ apošnija hady, sistema, jakaja pracuje ŭ kosmasie, usio jašče zastajecca składanaj zadačaj. Źmieny tempieratury mienš, čym na hradus Celsija pryviaduć da značnych źmienaŭ daŭžyni chvali i zychodnaj efiektyŭnaści łaziera. Padtrymańnie pastajannaj tempieratury ŭ kosmasie źjaŭlajecca hałaŭnym bolem, bo ciažka pieranosić ciapło ad bolš haračych ciełaŭ da bolš chałodnych u miescy, dzie niama atmaśfiery. My jašče nie vyrašyli ŭsie prablemy roju Dajsana, ale, mahčyma, inšaja cyvilizacyja ŭžo vyrašyła ich.
U svajoj knizie «Kaśmičny zaapark: składanaje žyćcio ŭ šmatlikich śvietach», napisanaj u suaŭtarstvie z Uiljamam Biejnsam, staršym navukovym supracoŭnikam Kardyfskaha ŭniviersiteta, my śćviardžali, što kali na płaniecie paŭstanie žyćcio, to z časam jana evalucyjanuje i stanie razumnaj — pry ŭmovie, što płanieta zastaniecca prydatnaj dla žyćcia dastatkova doŭha. Asnovaj hetaha arhumientu źjaŭlajecca toje, što ŭsie asnoŭnyja pierachody ŭ evalucyi žyćcia na ziamli, miarkujučy pa ŭsim, adbyvalisia niekalki razoŭ i niezaležna adzin ad adnaho abo pa roznych bijachimičnych šlachach. Heta dazvalaje vykazać zdahadku, što niekatoryja z tryljonaŭ inšych płaniet u Suśviecie mahli prajści toj ža evalucyjny praces, i častka formaŭ žyćcia na hetych płanietach mahła stać razumnaj. Ci dastatkova jany raźvityja, kab pabudavać śfieru Dajsana? Fryman Dajsan vykazaŭ zdahadku, što kali b jany heta zrabili, my mahli b heta pabačyć.
Zvyčajnyja śfiery Dajsana ź ćviordaj abałonkaj mohuć vypramieńvać enierhiju ŭ siarednim infračyrvonym dyjapazonie chvalaŭ, jaki vyjaŭlajecca sučasnymi čałaviečymi pryborami. Prynamsi, adna daśledčaja hrupa šukała taki sihnał. Džejsan Rajt, prafiesar astranomii i astrafiziki ŭ Piensilvanskim univiersitecie, i Met Pavič z kafiedry fiziki i astranomii Kalifarnijskaha dziaržaŭnaha palitechničnaha univiersiteta vykarystoŭvali dadzienyja z kaśmičnaha zonda NASA Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE) dla pošuku mocnaha infračyrvonaha sihnału ŭ kosmasie, jaki možna było b čakać ad śfiery Dajsana. Śfieru znajści nie atrymałasia, ale, mahčyma, pryčyna, pa jakoj našy teleskopy nie ŭbačyli nijakich miehastrukturaŭ u kosmasie, palahaje ŭ tym, što inšapłaniecianie pryjšli da toj ž vysnovy, što i my ŭ svaim artykule: hihanckaja i ćviordaja śfiera Dajsana niepraktyčnaja navat dla cyvilizacyi bolš raźvitaj, čym naša.
Choć my, mahčyma, nikoli nie ŭbačym sonca, abhornutaje ŭ miehastrukturu, i nie budziem atrymlivać enierhiju ad miljonaŭ spadarožnikaŭ, jakija vierciacca vakoł jaho, navuka i fantastyka, natchnionyja śfieraj Dajsana, praciahvajuć natchniać niekatoryja z našych samych ambicyjnych razvažańniaŭ pra žyćcio na hetaj płaniecie i za jaje miežami. Mahčyma, heta i jość jaje samy kaštoŭny ŭniosak — dać nam ambicyjnuju metu, da jakoj my pavinny imknucca, i padrychtavać hlebu dla revalucyjnych adkryćciaŭ padčas hetaj sproby.
