Звездный подъем

Подъем звезды — это любой из нескольких гипотетических процессов, с помощью которых достаточно развитая цивилизация (в частности, цивилизация Кардашева-II или выше) могла бы удалить значительную часть вещества звезды , которое затем можно было бы повторно использовать, возможно, оптимизируя при этом энергию звезды. производительность и срок службы одновременно. Этот термин, по-видимому, был придуман Дэвидом Крисвеллом .

Звезды уже теряют небольшой поток массы из-за солнечного ветра , корональных выбросов массы и других естественных процессов. В течение жизни звезды на главной последовательности эта потеря обычно незначительна по сравнению с общей массой звезды; только в конце жизни звезды, когда она становится красным гигантом или сверхновой , большая часть материала выбрасывается. Предложенные методы подъема звезд будут работать за счет увеличения этого естественного потока плазмы и манипулирования им с помощью магнитных полей .

Звезды имеют глубокие гравитационные колодцы , поэтому энергия, необходимая для таких операций, велика. Например, для подъема солнечного материала с поверхности Солнца на планету Меркурий требуется 1,6 × 10 ¹³ Дж /кг. Эту энергию могла бы поставлять сама звезда, собираемая сферой Дайсона ; использование 10% общей выходной мощности Солнца позволило бы получить 5,9 × 10 ²¹ килограмм вещества, которое необходимо поднять в год (0,0000003% от общей массы Солнца), или 8% от массы земной Луны .

Способы подъема материала

Термический отток

Механизм «сбора» солнечного ветра (RC = кольцевой ток, MN = магнитные сопла, J = плазменная струя).

Простейшая система подъема звезд могла бы увеличить скорость истечения солнечного ветра за счет прямого нагрева небольших областей атмосферы звезды, используя любой из множества различных способов доставки энергии, таких как микроволновые лучи, лазеры или пучки частиц – что бы ни оказалось наиболее эффективен для инженеров системы. Это приведет к большому и продолжительному извержению, похожему на солнечную вспышку , в целевом месте, питающему солнечный ветер.

Полученный поток будет собираться с помощью кольцевого тока вокруг экватора звезды для создания мощного тороидального магнитного поля с диполями над полюсами вращения звезды. Это отклонило бы солнечный ветер звезды на пару струй, выровненных вдоль ее оси вращения, проходящих через пару сопел магнитной ракеты . Магнитные сопла будут преобразовывать часть тепловой энергии плазмы в скорость, направленную наружу, помогая охлаждать выходящий поток. Кольцевой ток, необходимый для создания этого магнитного поля, будет генерироваться кольцом ускорителей частиц космических станций- на близкой орбите вокруг экватора звезды. Эти ускорители будут физически отделены друг от друга, но будут обмениваться двумя встречными пучками противоположно заряженных ионов со своими соседями с каждой стороны, образуя полный контур вокруг звезды.

"Хафф-н-Пафф"

Дэвид Крисвелл предложил модификацию системы полярных струй, в которой магнитное поле можно было бы использовать для непосредственного увеличения истечения солнечного ветра, не требуя дополнительного нагрева поверхности звезды. Он назвал его методом «Хафф-н-Пафф», вдохновленным угрозами Большого Злого Волка из сказки « Три поросенка » .

В этой системе кольцо ускорителей частиц не находилось бы на орбите, а вместо этого зависело бы от внешней силы самого магнитного поля в качестве поддержки против гравитации звезды. Чтобы ввести энергию в атмосферу звезды, кольцевой ток сначала должен быть временно отключен, что позволит станциям ускорителей частиц начать свободно падать к поверхности звезды. Как только станции разовьют достаточную внутреннюю скорость, кольцевой ток будет реактивирован, и возникающее магнитное поле будет использовано для того, чтобы обратить вспять падение станций. Это «сжало бы» звезду, выталкивая звездную атмосферу через полярные магнитные сопла. Кольцевой ток снова прекратится до того, как кольцевые станции достигнут достаточной скорости наружу, чтобы отбросить их слишком далеко от звезды, и гравитация звезды позволит втянуть их обратно внутрь, чтобы повторить цикл.

Один набор кольцевых станций приведет к очень прерывистому потоку. Этот поток можно сгладить, используя несколько наборов кольцевых станций, причем каждый набор работает на разных стадиях цикла «Хафф-н-Пафф» в любой данный момент, так что всегда происходит «сжатие» одного кольца. Это также со временем сгладит требования к питанию системы.

Центробежное ускорение

Альтернатива методу Хафф-н-Пафф по использованию тороидального магнитного поля для увеличения оттока солнечного ветра предполагает размещение кольцевых станций на полярной орбите, а не на экваториальной. Тогда два магнитных сопла будут расположены на экваторе звезды. Чтобы увеличить скорость истечения через эти две экваториальные струи, система колец должна вращаться вокруг звезды со скоростью, значительно превышающей естественное вращение звезды. Это привело бы к тому, что звездная атмосфера, подхваченная магнитным полем, была бы выброшена наружу.

Этот метод имеет ряд существенных осложнений по сравнению с другими. Вращение кольца таким образом потребует от кольцевых станций использования мощной ракетной тяги, что потребует как больших ракетных систем, так и большого количества реактивной массы . Эту реакционную массу можно «переработать», направив выхлопы ракет так, чтобы они столкнулись с поверхностью звезды, но сбор свежей реакционной массы из истечения звезды и доставка ее на кольцевые станции в достаточном количестве еще больше усложняет систему. Наконец, образующиеся струи будут расходиться по спирали наружу от экватора звезды, а не выходить прямо из полюсов; это может затруднить его сбор, а также расположение сферы Дайсона , питающей систему.

Сбор поднятой массы

Материал, поднятый со звезды, появится в виде плазменных струй длиной в сотни или тысячи астрономических единиц , состоящих в основном из водорода и гелия и сильно рассеянных по нынешним инженерным стандартам. Детали извлечения полезных материалов из этого потока и хранения огромных количеств, которые в результате будут получены, не были тщательно изучены. Один из возможных подходов — очистить полезные элементы от струй с помощью чрезвычайно крупномасштабной масс-спектрометрии , охладить их лазерным охлаждением и конденсировать на частицах пыли для сбора. Альтернативный метод может включать использование больших соленоидов для замедления струй и разделения компонентов. Электричество также будет производиться с помощью этой системы. Маленькие искусственные газовые планеты-гиганты могут быть построены из излишков водорода и гелия для хранения их для будущего использования. Избыток газа также можно было бы использовать для строительства новых планет, похожих на Землю, по индивидуальным спецификациям.

В случае с Солнечной системой одним из возможных вариантов использования материала, полученного с Солнца, было бы добавление его на Юпитер . Увеличение массы Юпитера примерно в 100 раз превратило бы его в звезду, что позволило бы снабжать энергией свои спутники, а также пояс астероидов . Однако делать это придется осторожно, чтобы избежать катастрофического изменения орбит других тел Солнечной системы.

Звездное земледелие

Продолжительность жизни звезды определяется размером ее запаса ядерного «топлива» и скоростью, с которой она расходует это топливо в реакциях синтеза в своем ядре. Хотя более крупные звезды имеют больший запас топлива, повышенное давление в ядре, вызванное этой дополнительной массой, значительно увеличивает скорость горения; таким образом, большие звезды имеют значительно меньшую продолжительность жизни, чем маленькие. Современные теории звездной динамики также предполагают, что между основной массой атмосферы звезды и материалом ее ядра, где происходит термоядерный синтез, очень мало смешивания, поэтому большая часть топлива большой звезды никогда не будет использоваться естественным путем. Маленькие звезды- красные карлики , которые по своей природе полностью конвективны, позволяют гелию своего ядра смешиваться с внешними слоями водорода, что обеспечивает чрезвычайно долгую продолжительность жизни звезд, порядка триллионов лет.

Поскольку масса звезды уменьшается в результате подъема звезды, скорость ее ядерного синтеза будет уменьшаться, что уменьшит количество энергии, доступной для процесса подъема звезды, но также уменьшит гравитацию, которую необходимо преодолеть. Теоретически можно было бы удалить сколь угодно большую часть общей массы звезды, если бы было достаточно времени. Таким образом, цивилизация могла бы контролировать скорость, с которой ее звезда использует топливо, оптимизируя выходную мощность и продолжительность жизни звезды в соответствии со своими потребностями. Водород и гелий, извлеченные в процессе, сами могут быть использованы в качестве топлива для термоядерных реакторов. Альтернативно, материал можно было бы собрать в дополнительные звезды меньшего размера, чтобы повысить эффективность его использования. Теоретически, большую часть энергии, запасенной в материи, поднятой со звезды, можно было бы собрать, превратив ее в маленькие черные дыры с помощью механизма излучения Хокинга .

В художественной литературе

• В сериале «Звездные врата Вселенная » Древний корабль «Судьба» и семенные корабли, отправленные за 2000 лет до Судьбы, питаются звездной плазмой. Корабль скользит над поверхностью звезды непосредственно перед тем, как погрузиться под фотосферу звезды, чтобы собрать плазму с помощью выдвижных коллекторов.
• Во «Звездных войн» из франшизе «Рыцари Старой Республики» Звездная кузница способна поднимать звезды. В каком-то смысле База «Старкиллер» в седьмой канонической кинозвезде поднимается, чтобы привести в действие свою разрушающую планету лазерную пушку, хотя для этого она поглощает всю звезду.
• В романе «Звездный путь: Вояджер » : Убитое Солнце рассказывается о расе рептилий, использующих материал звезды для поддержания открытия червоточины . Однако в романе этот процесс изображен как резкое сокращение продолжительности жизни звезды, а не продление ее.
• В Ночная заря» « трилогии Питера Ф. Гамильтона инопланетный вид киинт создал дугу из планет, созданных по индивидуальному заказу, вокруг своего Солнца из массы, извлеченной из их звезды.
• В » сериала «Доктор Кто эпизоде ​​« 42 » команда звездолета «Пенталлиан» использует солнечный ковш , чтобы извлечь материю из звезды и использовать ее в качестве топлива для своего корабля.
• В новелле «Палимпсест Чарльза Стросса » Стасис использует подъем звезд, чтобы заменить ядро ​​Солнца черной дырой, создавая «некрозвезду» со значительно увеличенной продолжительностью жизни.
• В романе Корабли времени « Стивена Бакстера » морлоки создают сферу Дайсона внутри орбиты Земли, используя материю, поднятую с Солнца.
• В рассказе «Золотые яблоки Солнца Рэя Брэдбери » люди запускают ракету «Золотой кубок» к Солнцу и погружают в нее механическую чашку, чтобы передать тепло звезды для Земли.
• В серии видеоигр Destiny механическая раса, известная как Вексы, использует звездные лифты, чтобы искусственно продлить срок службы своей Forge Star 2082 Volantis .

Ссылки

• Межзвездная миграция и человеческий опыт , редакторы Бен Р. Финни и Эрик М. Джонс, University of California Press, ISBN   0-520-05898-4 , Глава 4: Индустриализация Солнечной системы, Дэвид Р. Крисвелл
• Звездный подъем автора Исаак Артур