Зачем строить мегаструктуры? Просто перемещайте планеты, чтобы создавать обитаемые миры

В 1960 году Фримен Дайсон предложил, как развитые цивилизации могут создавать мегаструктуры, окружающие их звездную систему, чтобы использовать всю энергию своей звезды и умножить доступное жизненное пространство. В 2015 году астрономическое сообщество заинтересовалось, когда звезда KIC 8462852 (звезда Табби) начала необъяснимо тускнеть. Хотя анализ 2018 года показал, что характер затемнения больше характерен для пыли, чем для твердой структуры, этот случай привлек внимание к концепции мегаструктур и связанных с ними техносигнатур.

Идеи Дайсона появились в то время, когда астрономы не знали об изобилии экзопланет в нашей галактике. Первая подтвержденная экзопланета была обнаружена только в 1992 году, а сейчас их число достигло 5514. Учитывая это, команда исследователей из Бангалора (Индия) недавно опубликовала на сервере препринтов arXiv статью, предлагающую альтернативу концепции мегаструктур. Для развитых цивилизаций, ищущих больше пространства, перемещение планет внутри своей системы — или захват свободно плавающих планет (FFP) за ее пределами — и перенос их в обитаемую зону (HZ) звезды является гораздо более простым и менее разрушительным решением.

Исследование возглавил Рагхав Нарасимха, аспирант по физике из Университета Христа в Бангалоре. К нему присоединились Маргарита Сафонова и Чандра Сиварам из Индийского института астрофизики (IIAP). Их препринт "Making Habitable Worlds: Planets Versus Megastructures" появился в сети и проходит рецензирование для публикации в Astrophysics and Space Science.

Проблема с мегаструктурами

Возможность строительства гигантских структур для использования энергии звезд — давняя идея. Ранние примеры включают сферу Бернала (1929) и описание искусственных планет в научной фантастике Олафа Стэплдона. Эти работы, возможно, вдохновили Дайсона на его предложение 1960 года.

В своей основополагающей статье "Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation" Дайсон утверждал, что мотивацией цивилизации для создания "искусственной биосферы" (позже названной "Сферой Дайсона" Николаем Кардашевым) будет не только использование энергии, но и умножение жизненного пространства. Он предположил, что любая разумная видовая на промышленной стадии развития в течение нескольких тысяч лет займет искусственную биосферу, полностью окружающую свою звезду.

Дайсон предложил, как SETI-исследователи могут искать доказательства таких структур в нашей галактике по их тепловым сигнатурам в инфракрасном (ИК) диапазоне 8–10 микрон. По словам авторов новой работы, астрономы до сих пор ищут такие объекты, хотя пока безрезультатно.

В качестве альтернативы Нарасимха и его коллеги предлагают перемещать несколько планет в обитаемую зону (HZ) звезды, что умножит жизненное пространство в системе без необходимости разрушения планет. Они также выявили несколько проблем в исходных расчетах и предположениях Дайсона:

• Для строительства сферы можно использовать лишь часть массы Юпитера (~13%, каменистые и металлические компоненты), а не весь его объем.
• Обильный водород можно использовать в термоядерных реакторах для решения энергетических проблем.
• Теория Мальтуса (о неизбежном опережении роста населения ресурсной базы), на которую опирался Дайсон, критикуется за игнорирование технологического прогресса.
• Окружение звезды сферой приведет к исчезновению гелиосферы, подвергая биосферу внутри воздействию повышенного уровня космических лучей.
• Строительство потребует уничтожения всех внутренних планет и части внешних, включая Землю с ее уникальной биосферой, что противоречит принципам Планетарной защиты.
• Сфера (или кольцо) будет очень нестабильна даже при небольших возмущениях (например, ударе метеорита) и может столкнуться с центральной звездой.
• Внутри твердой сферы Дайсона не будет гравитации, если она не вращается, и тогда только на экваторе она составит привычные 1 g.
• Не будет защиты от солнечных вспышек, выбросов корональной массы (CME), солнечного ветра и т.д., так как не будет естественного магнитного поля.
• В космических масштабах времени наше Солнце начнет расширяться в красный гигант, поглощая все вплоть до орбиты Юпитера.
• Временные масштабы строительства сферы Дайсона огромны, что ставит под вопрос долгосрочную стабильность и устойчивость цивилизаций.

Планеты повсюду

Во времена Дайсона предполагалось, что у большинства звезд есть хотя бы одна планета. Сегодня, основываясь на данных Kepler, TESS, JWST и других телескопов, астрономы оценивают, что в Млечном Пути может быть не менее 100 миллиардов планет. Недавние исследования также показывают, что в нашей галактике может быть до триллиона свободно плавающих планет (FFP), или "планет-сирот".

Если такие планеты можно переместить в обитаемую зону звезды, это экспоненциально увеличит "недвижимость" цивилизации. По словам команды, развитая цивилизация могла бы со временем импортировать новые планеты по мере необходимости и/или отводить планеты под разные цели. "Нет необходимости уничтожать целые планетные системы. Внеземной разум (ETI) мог бы завести планету, использовать ее, вывести из системы и завести другую. Планеты, используемые только для промышленных и технологических целей, называются 'сервисными мирами'. ETI мог бы даже захватывать свободно плавающие планеты для использования в качестве сервисных миров".

В своей статье команда показала, как богатые водой планеты, такие как Марс или Плутон, или многие ледяные транснептуновые объекты (TNO), можно переместить в HZ Солнечной системы с помощью мощных лазерных решеток. Мощность таких лазеров должна быть в диапазоне зеттаватт или эксаватт (10²⁴ Вт), причем первые уже используются в исследованиях термоядерного синтеза. По их оценкам, требуемая мощность и общая энергия будут на несколько порядков меньше, чем необходимо для разбора Юпитера (и других планет) для строительства сферы Дайсона.

Техносигнатуры и поиск

В то время как Дайсон показал, как мегаструктуры можно обнаружить по их сигнатурам в инфракрасных длинах волн, Нарасимха и его коллеги указывают, что созданные системы планет будут производить другие техносигнатуры. К ним относятся мощные узкополосные лазерные решетки, которые можно обнаружить на расстоянии сотен или даже тысяч световых лет. Это согласуется с рекомендациями профессора Филипа Любина (UCSB), который в 2016 году указал, что развитую цивилизацию можно обнаружить по "побочному излучению" от лазерных решеток, используемых для связи, движения и защиты от астероидов.

Кроме того, команда объяснила, как созданные системы будут иметь совершенно иной профиль по сравнению с другими системами. Они даже предлагают некоторые потенциальные примеры, которые SETI-исследователи могли бы изучить более внимательно в ближайшие годы:

• Если планеты расположены странно (например, массы планет чередуются: газовый гигант, землеподобная планета, затем снова землеподобная и газовый гигант — как в системе Kepler-20), это может указывать на искусственное расположение.
• Планетные системы, такие как TRAPPIST-1, где много землеподобных планет расположены близко к своей звезде на расстоянии меньше орбиты Меркурия, — еще одно возможное указание на продвинутую астроинженерию. Необычно видеть так много планет земного типа в такой узкой зоне.

Вкратце, Нарасимха и его команда рекомендуют астрономам искать "Странные Экзопланетные Архитектуры" (SEA) как один из параметров поиска при охоте за биосигнатурами и техносигнатурами.