Dyson-Sphäre
Eine Dyson-Sphäre ist eine hypothetische Megastruktur, die einen Stern im Idealfall vollständig kugelförmig umschließt, um dessen Energie optimal nutzen zu können.
Hintergrundgeschichte
Solch eine Struktur wurde erstmals 1959 von dem Physiker Freeman Dyson in "Science" beschrieben. Dabei ging es darum, bei der Suche nach fortgeschrittenen außerirdischen Intelligenzen nach Infrarot-Quellen zu suchen, da die Energie des jeweiligen Zentralsterns auch nach ihrer vollständigen Nutzung für die Zwecke jener Zivilisation wieder abgegeben werden muss (siehe Energieerhaltungssatz). Das würde aber, nachdem die Energie des kurzwelligen Lichts dazu genutzt wurde, um die Entropie des Systems zu verringern, in langwelligerer Form, und daher im Infrarotbereich geschehen.
Obwohl Dyson als "Erfinder" der Dyson-Sphäre gilt, hat er die Idee aus dem Sciencefiction-Roman Star Maker von Olaf Stapledon, der 1945 erschien. Der Originalvorschlag von Dyson ging nicht weiter auf die Details der Konstruktion eines solchen Objektes ein, sondern konzentrierte sich mehr auf das fundamentalere Thema, wie eine fortgeschrittene Zivilisation ihre Energieproduktion auf das für ein Planetensystem erreichbare Maximum ausweiten kann. Eine solche Zivilisation würde als Typ II nach der Kardaschow-Skala, das vom Astronomen Nikolai Kardaschow entwickelt wurde, klassifiziert.
Eigenschaften
Der Stern innerhalb einer Dyson-Sphäre wäre nicht direkt sichtbar, jedoch würde sie selbst eine dem Energieausstoß des Stern entsprechende Energiemenge in Form von Infrarotstrahlung abgeben. Des Weiteren würde sie, da sie aus fester Materie besteht, anders als Sterne, kein distinktives Linienspektrum aufweisen. Dyson hat vorgeschlagen, dass Astronomen nach solchen anomalen "Sternen" suchen, um hochentwickelte außerirdische Kulturen zu entdecken.
Solide Dyson-Sphären sind in sich stabil, es wirkt scheinbar keine Anziehungskraft in Richtung des Sterns, sie würde also keinerlei Antrieb brauchen, um nicht in ihren Stern zu stürzen.
Typen
Es gibt mehrere Arten von Dyson-"Sphären", die vorgeschlagen wurden.
Der Schwarm
Die realistischste und am ehesten Dysons ursprünglichen Vorstellungen entsprechende Form ist der Dyson-Schwarm. Er besteht aus einer großen Anzahl unabhängiger Solarkollektoren, die den Stern umkreisen. Sie könnten sich in Größe und Form unterscheiden und gegebenenfalls eigenständige Habitate bilden. Es wurde eine Vielzahl von Vorschlägen für mögliche Verteilungsmuster gemacht, jeder mit seinen eigenen Vorzügen und Nachteilen. Dennoch würden einige Kollektoren einen Teil ihres Umlaufs im Schatten anderer verbringen und somit die Effizienz des Schwarms etwas herabsetzen.
Die Schale
Eine zweite Art ist eine uniforme feste Schale um den Stern. Häufig hat diese Variante auch eine Atmosphäre auf der Innenseite, um einen gewaltigen Lebensraum für biologische Organismen zu bilden. Diese Variante ist sehr beliebt in der Sciencefiction, jedoch stehen ihr große praktische Hindernisse im Weg:
Eines ist die enorme Festigkeit, die das Baumaterial einer solchen Struktur haben müsste, um der Anziehung des Sterns zu widerstehen. Obwohl es kein bekanntes (oder theoretisch vorgeschlagenes) Material gibt, das einer solchen Belastung standhielte, wäre es möglich, die gesamte Struktur durch Massen zu stützen, die sich mit hoher Geschwindigkeit auf kreisförmigen Bahnen auf der Außenseite bewegen und so durch ihre Zentrifugalkraft der Gravitation entgegenwirken. Die benötigte Geschwindigkeit ist allerdings recht hoch. So müssten sich Massen mit einem Abstand von 1 Astronomischen Einheit mit etwa 300 km/s bewegen, um so eine Zentrifugalkraft zu erzeugen, die das 99-fache ihrer Masse stützen kann.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die effektive Anziehungskraft, die von einer hohlen Sphäre auf irgendetwas auf der Innenseite ausgeübt wird, null beträgt; es gäbe nichts, das die Atmosphäre auf dieser Seite festhielte. In der Tat ist es so, dass, egal wie die Gravitation erzeugt wird, das Feld einer symmetrischen, hohlen Sphäre niemals nach außen gerichtet ist. Dieses Dilemma könnte nicht durch solch hypothetische Technologie wie "Gravitationsgeneratoren" gelöst werden, es sei denn, diese wären in der Lage, auch negative Gravitationskräfte hervorzurufen.
Die Sphäre könnte in Rotation versetzt werden, um künstliche Schwerkraft an einem Äquator zu erzeugen, jedoch würde dies die Materialbelastung nur noch erhöhen. Eine andere Möglichkeit wäre es, die Atmosphäre auf die Außenseite zu legen, jedoch müsste man dort ohne jegliches Sonnenlicht auskommen.
Die Blase
Ein dritter Typ ist die sog. "Dyson-Blase", die nur aus sehr wenig Masse besteht und durch den Sonnenwind stabil gehalten wird. Jedoch wäre sie nur von geringem Nutzen, da durch ihr geringes Gewicht und den hohen Reflexionsfaktor eine Energieausbeute kaum möglich ist.
Der Ring
Der Science Fiction Autor Larry Niven hat in seinem Roman Ringworld eine vierte Form einer Dyson-Sphäre beschrieben. Die Ringwelt umgibt einen Stern ringförmig. Der Radius des Ringes ist in etwa eine Astronomische Einheit. Ihre Breite ist 1.600.000 km, und am Rand befindet sich eine 1600 km hohe Außenmauer. Die Ringwelt befindet sich in Rotation, so dass auf der Aussenseite Gravitation durch die Zentrifugalkraft entsteht.
Siehe auch: Hohlwelttheorie