Сможем ли мы построить мир-кольцо?

Огромные плавучие сооружения, использующие энергию звезд, могут стать домом для человечества. Правда, их постройка будет невероятной задачей. Гигантские кольцевые миры, вращающиеся вокруг далеких звезд, стали знаковыми для научной фантастики. Их чистые пейзажи, заключенные в тонкие кольцевые структуры, волнуют наше воображение. Мир-кольцо стал общим мотивом, будущей базой для человечества.

«Это все ерунда, конечно», — говорит отставной профессор Фримен Дайсон. Именно Дайсон популяризировал идею этих мегаструктур; в конечном счете они стали известны как сферы Дайсона. Дайсон, в свою очередь, «позаимствовал идею» у писателя-фантаста Олафа Стэплдона, его новеллы «Создатель звезд» 1937 года, в которой путешествующий землянин сталкивается с подобными мегаструктурами, которые поглощают энергию ближайших звезд. Хотя Дайсон видел в этих сферах своеобразные оболочки орбитальных структур, чтобы поглощать максимальное количество энергии звезды, писатели-фантасты допускают возможность обитаемых сфер, накрывающих звезду.

Через десять лет после выхода статьи Дайсона о таких структурах в редакции журнала Science от 1960 года Ларри Нивен решил использовать экваториальное кольцо как сферу Дайсона в качестве основы для своего романа «Мир-кольцо».

Миры-кольца с тех пор отличились и в серии видеоигр Halo, в фильме «Элизиум» 2013 года и романе «Культура» Иэна Бэнкса. В Halo они представляют собой гигантские искусственные миры, где люди имеют возможность жить на внутренней стороне кольца, тогда как внешнюю сторону защищает крепкая оболочка. В «Элизиуме» Нила Бломкампа, тем временем, мир-кольцо вращается вокруг Земли и больше напоминает космическую станцию. Как построить такие кольца в реальном мире?

Как и в любой другой сфере, размер имеет значение. Мир-кольцо — это мегаструктура, и ее строительство потребует огромного количества материалов и энергии.

Сбор астероидов

Впрочем, есть места, где этот материал в изобилии. Пояс Койпера — это регион Солнечной системы, который простирается примерно на 2,97 миллиарда километров за пределы орбиты Нептуна. Он заполнен астероидоподобными телами, которые могут стать идеальным источником для сырья.

Писатель-фантаст и бывший астроном Аластер Рейнольдс считает, что «в поясе Койпера достаточно материала, чтобы построить что угодно. Мы могли бы поглотить все мелкие астероиды, отфильтровать летучие материалы, оставить чистый камень и построить из него невероятные структуры».

Астроном Кэти Мак не соглашается с ним. Она говорит: «Пояс Койпера довольно диффузный, и вам придется собрать и разобрать довольно много тел, чтобы насобирать нужное количество материала».

Если — и это большое если — у общества будущего хватит времени и возможностей собрать и транспортировать материал из пояса Койпера на необходимую орбиту, сырья на строительство мира-кольца вполне хватит. Тем не менее остается вопрос, будет ли вложение такого количества времени и ресурсов оправданным.

Мир-кольцо также должен поддерживать некоторую форму гравитации; в противном случае все, включая атмосферу, необходимую для жизни, уплывет прочь в глубокий космос. Наиболее распространенным способом создания искусственной силы тяжести остается выработка центробежной силы при вращении. Однако заставить такой массивный объект вращаться с необходимой скоростью будет колоссальной задачей.

Вращательные силы должны быть равномерно распределены, иначе структура может разорвать себя на части. К счастью, в космосе нет трения, и вращение с нужной скоростью не будет замедляться.

Чем больше диаметр мира-кольца, тем больше сил будет воздействовать на вращающуюся структуру. По мнению Мак, сила этих поперечных сил, действующих на кольцо, будет зависеть от того, «как близко вы находитесь к звезде и сколько вам нужно гравитации».

Неведомая мощь

Если предположить, что мир-кольцо будет обладать таким же диаметром, что и орбита Земли (примерно 300 миллионов километров), и требовать силы тяжести в 1G, он должен будет вращаться со скоростью примерно 1,9 млн километров в час. Воздействующие на него силы будут такими мощными, что, по мнению Мак, «нам придется найти новый способ связывать атомы воедино».

«Когда вы строите небольшую космическую станцию, у вас уже проблемы с силами, — объясняет Рейнольдс. — А теперь представьте, что вы строите что-то размером с Солнечную систему».

Одно из теоретических решений этой технической задачи может скрываться в какой-нибудь из форм пьезоэлектричества. Проще говоря, материал может быть искусственно усилен за счет пропущенного через него электричества.

Однако, учитывая размер кольца и необходимой ему энергии, эффективность этого колоссального предприятия снова начинает вызывать сомнения. Энергию придется равномерно распределять по всей структуре, при этом сведя риск катастрофического сбоя питания до нуля.

Окончательной проблемой будет поддержание кольцевого мира на стабильной орбите вокруг звезды. Рейнольдс вспоминает, что вскоре после того, как был опубликован «Мир-кольцо» Ларри Нивена, «фанаты подсчитали, что если мир-кольцо немного сместится ближе к звезде, равновесие будет нарушено, структура начнет дрейфовать и в конце концов взорвется».

Нивен озаботился этим в более поздних романах «Мира-кольца», прикрепив ракеты к внешним краям структуры, которые постоянно стабилизировали бы ее положение и обеспечивали ее центровку относительно звезды.

Если предположить, что общество будущего будет обладать масштабными техническими возможностями для строительства мира-кольца, решат вопрос с укреплением структуры и поддержанием ее орбитальной стабильности, что с ней будут делать дальше?

В романе «Культура» орбитальные станции использовались как большие жилища, тогда как в серии Halo они были устройствами судного дня, предназначенными для детонации и уничтожения опасной инфекции. Дайсон видел в своих сферах средство для максимального сбора энергии звезды, а не как альтернативу терраформированию, чтобы сделать их пригодными для людей.

Мак говорит: «Мы могли бы создать мир-кольцо, чтобы не терраформировать уже существующие миры». Однако она считает, что это решение может быть не самым эффективным. Ученый полагает, что «любое общество, которое с легкостью может построить сооружение вроде мира-кольца, может с легкостью найти каменистую планету и терраформировать ее на свое усмотрение».

Хотя технология терраформирования отличается от тех, что необходимы для строительства орбитального кольца, уровень общего технического прогресса будет примерно одинаковым. С другой стороны, при всем своем теоретическом великолепии, миры-кольца остаются научно недоступными и неэффективными примерами звездной инженерии.

источник