Съществуват ли истински сфери на Дайсън? Математиката доказва, че извънземните мегаструктури могат да бъдат стабилни

Представете си цивилизация, която не поставя слънчеви панели на покривите си, а буквално прегръща своето Слънце с гигантски структури и събира почти цялата ѝ енергия. Това е вид научна фантастика на пресечната точка на астрономията и инженерството, към която се е насочил професорът по инженерство Колин Макинъс от Университета в Глазгоу. В нова статия той е показал, че някои варианти на така наречените сфери на Дайсън теоретично могат да бъдат стабилни, т.е. да могат да останат в близост до звездата в продължение на години без безкрайни „пренастройки“ и спешни ремонти.

Сферите на Дайсън са предложени от физика и математика Фрийман Дайсън още през 1960 година. Идеята им е проста и дръзка: ако някъде има много напреднали извънземни цивилизации, то рано или късно няма да им стигат познатите технологии и те ще се научат да събират енергията на своята звезда в мащаби, които на Земята все още е трудно да си представим.

Оттогава изследователите обсъждат различни варианти на такива мегаструктури. Например, „звездни двигатели“, при които голяма отразяваща структура използва радиацията на звездата, за да създаде тяга и постепенно да „дърпа“ системата зад себе си. Или пък „балонът на Дайсън“, при който около звездата лети рояк от малки апарати, събиращи енергия.

Основният проблем при всички подобни проекти е един и същ: колкото по-голяма е структурата, толкова по-трудно е да се гарантира, че тя няма да се разпадне и да излезе от орбита. В статия, публикувана в списанието Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Макинъс представя математически аргумент, че при подходяща инженерна конфигурация и отчитане на налягането на светлината някои такива системи могат да бъдат гравитационно стабилни. Според Макинъс, идеята му е да разбере динамиката на тези обекти и да разбере как те могат да бъдат конфигурирани така, че да останат стабилни „сами по себе си“, без денонощен контрол.

За тази цел изследователят използва опростени модели и разглежда тези структури не като „точкови маси“, а като удължени обекти. Това е важно, защото тогава гравитацията и радиационното налягане се проявяват по различен начин. За „звездния двигател“ ключово се оказва разпределението на масата в отразяващия диск. Ако масата е равномерно разпределена, системата е по същество нестабилна. Но ако по-голямата част от масата е концентрирана в поддържащия външен пръстен, структурата теоретично може да стане пасивно стабилна. В случая с „балона на Дайсън“, Макинъс разглежда плътен облак от много светлинни отражатели. Ако параметрите им са подбрани така, че собствената гравитация на рояка да не предизвиква „люлеене“ и смущения, тогава този вариант може да работи в стабилен режим.

Авторът подчертава, че подобни изчисления са полезни не само като интелектуална игра. Ако учените искат да търсят следи от интелигентен живот извън Земята, за тях е важно да разберат какви големи енергийни структури могат да съществуват по принцип и какви знаци оставят след себе си. Колкото по-ясни са физиката и динамиката на такива системи, толкова по-точно можем да формулираме какво точно си струва да се търси в космоса и как да разграничим евентуалните сигнали, създадени от човека от естествените явления.