忘記外星巨型結(jié)構(gòu)。新的研究表明，我們需要尋找“服務(wù)世界”。

1960年，弗里曼·戴森提出先進(jìn)的文明如何創(chuàng)造封閉其系統(tǒng)的巨型結(jié)構(gòu)，使他們能夠利用恒星的所有能量并增加他們可以占據(jù)的可居住空間。

2015年，當(dāng)KIC恒星8462852（又名?；咧牵╅_始莫名其妙地變暗。雖然2018年對(duì)恒星光度曲線的分析顯示，變暗模式是粉塵的更多特征與堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)相比，Tabby's Star將注意力集中在巨型結(jié)構(gòu)及其相關(guān)技術(shù)特征的概念上。

戴森的想法是在天文學(xué)家不知道我們銀河系中系外行星豐富的時(shí)候提出的。第一顆被確認(rèn)的系外行星直到1992年才被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在這個(gè)數(shù)字已經(jīng)達(dá)到5,514顆！

考慮到這一點(diǎn)，來(lái)自印度班加羅爾的一組研究人員最近發(fā)表了一篇論文，提出了整個(gè)巨型結(jié)構(gòu)概念的替代方案。對(duì)于尋求更多擴(kuò)展空間的先進(jìn)文明來(lái)說(shuō)，將系統(tǒng)內(nèi)的行星 - 或捕獲自由漂浮的行星（FFP）之外 - 并將它們轉(zhuǎn)移到恒星的環(huán)太陽(yáng)宜居帶（HZ）中是一種更簡(jiǎn)單，破壞性更小的解決方案。

這項(xiàng)研究由印度班加羅爾基督大學(xué)的物理學(xué)研究生Raghav Narasimha領(lǐng)導(dǎo)。他加入了瑪格麗塔·薩福諾娃和錢德拉·西瓦拉姆，印度班加羅爾印度天體物理研究所（IIAP）的科學(xué)和技術(shù)系（DST）女科學(xué)家和天體物理學(xué)教授。

他們論文的預(yù)印本，”創(chuàng)造宜居世界：行星與巨型結(jié)構(gòu)“最近在線出現(xiàn)，正在審查以發(fā)表在天體物理學(xué)與空間科學(xué).

巨型結(jié)構(gòu)的問(wèn)題

先進(jìn)文明建造巨型結(jié)構(gòu)以利用恒星能量的可能性由來(lái)已久，例子可以追溯到20世紀(jì)初。最早的例子包括約翰·德斯蒙德·伯納爾的”伯納爾球體“，他在 1929 年的作品中詳細(xì)介紹了這一點(diǎn)世界，肉體與魔鬼.

根據(jù)伯納爾的說(shuō)法，建造這種結(jié)構(gòu)的材料來(lái)源“只會(huì)從地球上抽取一小部分;因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的絕大部分將由一個(gè)或多個(gè)較小小行星的物質(zhì)制成，環(huán)土星或其他行星碎屑。

奧拉夫·斯臺(tái)普爾頓在他的科幻小說(shuō)中更進(jìn)一步造星者，他描述了未來(lái)先進(jìn)的人類文明如何“能夠在太空中建造人造行星以供永久居住。這些巨大的空心球由人造超金屬和人造透明堅(jiān)如組成，其大小從最早和最小的結(jié)構(gòu)不等，這些結(jié)構(gòu)不超過(guò)一個(gè)非常小的結(jié)構(gòu)。小行星，到比地球大得多的球體。

這些來(lái)源可能是戴森1960年提案論文的靈感來(lái)源。

在這篇開創(chuàng)性的論文中，”尋找人造恒星紅外輻射源“戴森推斷，一個(gè)文明建造”人造生物圈“（后來(lái)被尼古拉·卡爾達(dá)肖夫稱為”戴森球“）的動(dòng)機(jī)將包括利用能量，但也包括增加它們可以居住的空間量。

從在宇宙距離上觀測(cè)到的文明可能比人類更古老、更先進(jìn)的可能性開始，他認(rèn)為：

“[這是一個(gè)合理的工作假設(shè)，即它們的棲息地將擴(kuò)大到馬爾薩斯原則設(shè)定的極限。

我們對(duì)這些生物在尋找生存空間時(shí)會(huì)遇到的物質(zhì)條件沒(méi)有直接的了解......人們應(yīng)該期望，在進(jìn)入工業(yè)發(fā)展階段的幾千年內(nèi)，任何智能物種都應(yīng)該占據(jù)一個(gè)完全包圍其母星的人造生物圈。

然而，在撰寫本文時(shí)，戴森正在研究太陽(yáng)系內(nèi)可居住空間的極限，該空間僅限于地球。然而，太陽(yáng)系的各個(gè)天體（特別是木星和氣態(tài)巨行星）擁有大量的物質(zhì)，可以（理論上）重新用于創(chuàng)造人造生物圈。

以木星為例，戴森認(rèn)為這顆行星的質(zhì)量足以在太陽(yáng)周圍形成一個(gè)厚度約為2至3米（6.5至10英尺）的球形外殼，密度為“每平方厘米200克”。

此外，受到紅外天文學(xué)最新進(jìn)展的啟發(fā)，戴森建議SETI研究人員如何通過(guò)熱特征在我們的銀河系中尋找這些結(jié)構(gòu)的證據(jù)。

正如Narasimha，Safonova和Sivaram通過(guò)電子郵件告訴Universe Today：

“戴森認(rèn)為，先進(jìn)的外星文明可能已經(jīng)建造了這樣的巨型結(jié)構(gòu)。這些將主要在8到10微米的窄紅外（IR）范圍內(nèi)輻射整個(gè)恒星的能量（因?yàn)椤皬U熱” - 觀察到過(guò)量的紅外輻射），所以這應(yīng)該是這種結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征，即具有太陽(yáng)光度但全部在紅外輻射的恒星物體。

“卡爾·薩根和拉塞爾·沃克在1966年的論文《戴森文明的紅外可探測(cè)性》中建議使用紅外太空望遠(yuǎn)鏡搜索戴森文明。天文學(xué)家仍在繼續(xù)尋找這樣的物體，盡管到目前為止結(jié)果是負(fù)面的，因?yàn)檫@個(gè)概念不限于時(shí)間 - 任何長(zhǎng)期文明（即持續(xù)數(shù)千年）最終都可能需要其主星的全部輸出。

作為替代方案，Narasimha和他的同事提出了如何在太陽(yáng)的HZ內(nèi)移動(dòng)多顆行星，這將使我們太陽(yáng)系中的宜居空間倍增，而不需要破壞其行星。

此外，根據(jù)我們目前對(duì)行星體的理解，他們發(fā)現(xiàn)了戴森原始計(jì)算和假設(shè)的幾個(gè)問(wèn)題。例如，戴森使用木星作為資源的前提并沒(méi)有承認(rèn)只有木星質(zhì)量的一小部分（約13%）可用于建筑目的。

這包括巖石內(nèi)部和金屬核心，而氫和氦（占其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的87%）實(shí)際上不能用作建筑材料。更重要的是，豐富的氫可用于聚變反應(yīng)堆，為任何能源危機(jī)提供更簡(jiǎn)單實(shí)用的解決方案。

戴森的提議是基于這樣的理論，即人口增長(zhǎng)將總是超過(guò)一個(gè)物種的資源基礎(chǔ)（又名。馬爾薩斯理論），因未能考慮技術(shù)進(jìn)步和其他影響人口動(dòng)態(tài)的因素而受到廣泛批評(píng)。

Narasimha和他的同事還認(rèn)為，包圍像太陽(yáng)這樣的恒星會(huì)將其所有的太陽(yáng)風(fēng)困在里面，導(dǎo)致日光層消失，并將戴森球暴露在高水平的宇宙射線中 - 可能會(huì)傷害里面的生物圈。這是團(tuán)隊(duì)在戴森最初提案中發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)問(wèn)題之一（包括技術(shù)和道德問(wèn)題）：

“要建造這樣一個(gè)巨型結(jié)構(gòu)，我們需要用盡所有內(nèi)行星和一些外行星，從而徹底摧毀我們現(xiàn)在所知道的太陽(yáng)系，包括擁有獨(dú)特生物圈的地球。這也違背了行星保護(hù)的原則 - 聯(lián)合國(guó)管理保護(hù)太陽(yáng)系天體的政策。此外，在我們的太陽(yáng)系中，木星的引力使小行星偏轉(zhuǎn)，減少了與地球碰撞的可能性 - 1994年的戲劇性例子是Levy-Shoemaker彗星。球體（甚至環(huán)）對(duì)輕微的擾動(dòng)（例如，隕石撞擊）非常不穩(wěn)定，并且會(huì)與中心恒星相撞。

“固體戴森球內(nèi)部除非旋轉(zhuǎn)，否則沒(méi)有重力，只有在赤道上，重力才會(huì)是通常的1克。照明將是連續(xù)的，沒(méi)有夜晚，具有類似地球表面的內(nèi)部將反射帶有地球反照率的陽(yáng)光，使天空比白天的地球明亮得多。由于我們的太陽(yáng)將保持同一顆活躍的恒星 - 不會(huì)受到太陽(yáng)耀斑，CME，太陽(yáng)風(fēng)等的保護(hù)，因?yàn)闆](méi)有自然磁場(chǎng)。在宇宙時(shí)間尺度上相對(duì)較快的時(shí)候，我們的太陽(yáng)將開始膨脹成一顆紅巨星，吸收木星軌道上的一切！”

最后，他們指出了建造戴森球的時(shí)間尺度，這將是巨大的。這沒(méi)有考慮文明潛在的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可持續(xù)性（著名的德雷克方程中的L參數(shù)）。

在這種情況下，建造一個(gè)巨型結(jié)構(gòu)不僅似乎是一項(xiàng)重大任務(wù)，而且是不切實(shí)際和不可取的。

到處都是行星！

在戴森的時(shí)代，人們普遍認(rèn)為大多數(shù)恒星都有一個(gè)至少由一顆行星組成的系統(tǒng)?；陂_普勒太空望遠(yuǎn)鏡和其他行星探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù) - 例如哈 勃這凌日系外行星巡天衛(wèi)星（TESS）和詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST） - 天文學(xué)家估計(jì)至少可能有1000億顆行星在我們的銀河系中。最近的研究還表明，可能存在多達(dá)一萬(wàn)億自由漂浮行星（FFP），又名?！傲髅バ行恰?，在我們的銀河系中。

如果這些行星能夠移動(dòng)到恒星的宜居帶，它將成倍增加文明的房地產(chǎn)。正如該團(tuán)隊(duì)所解釋的那樣，隨著時(shí)間的推移，先進(jìn)的文明也可以根據(jù)需要進(jìn)口新的行星和/或?yàn)椴煌哪康闹付ㄐ行恰?/p>

“沒(méi)有必要摧毀整個(gè)行星系統(tǒng)，”他們說(shuō)?！癊TI可以帶來(lái)一顆行星，用完它，把它踢出系統(tǒng)，然后帶來(lái)另一個(gè)。僅用于工業(yè)和技術(shù)目的的行星被稱為“服務(wù)世界”。ETI甚至可以引入自由漂浮的行星，將其用作服務(wù)世界。

在他們的論文中，該團(tuán)隊(duì)展示了富含水的行星如何像火星或冥王星，或許多冰冷的海王星外天體（TNOs），可以使用強(qiáng)大的激光陣列移動(dòng)到太陽(yáng)系的HZ。這些激光器需要在澤塔瓦或埃塔瓦特（1024 W）功率范圍內(nèi)，前者已經(jīng)用于核聚變研究。

根據(jù)他們的估計(jì)，使用的功率和總能量將比分解木星（和其他行星）以建造戴森球所需的能量少幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

除了物質(zhì)利益之外，能夠在其系統(tǒng)中移動(dòng)行星的先進(jìn)文明也可以改變這些世界的軌道力學(xué)。齊奧爾科夫斯基在1895年也闡明了這個(gè)想法，他在那里寫道，先進(jìn)的人可以隨時(shí)改變他們星球上的日常周期，一年的長(zhǎng)度和季節(jié)性溫度。

自然，這項(xiàng)研究提出了一個(gè)問(wèn)題，即SETI研究人員如何尋找這樣的文明，以及它們會(huì)產(chǎn)生什么“技術(shù)簽名”。

戴森展示了巨型結(jié)構(gòu)如何通過(guò)紅外波長(zhǎng)的特征來(lái)檢測(cè)，而Narasimha和他的同事則指出，行星的工程系統(tǒng)將產(chǎn)生不同的技術(shù)特征。

這包括強(qiáng)大的窄帶激光陣列，可以在數(shù)百甚至數(shù)千光年的距離內(nèi)檢測(cè)到。這符合菲利普·盧賓教授，加州大學(xué)圣巴巴拉分校物理學(xué)教授，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的領(lǐng)導(dǎo)人UCSB實(shí)驗(yàn)宇宙學(xué)小組（心電圖）。

2016年，魯賓教授發(fā)表論文表明可以通過(guò)搜索來(lái)檢測(cè)高級(jí)文明激光陣列的“溢出”.這些可用于通信，推進(jìn)和小行星防御 - Lubin和他在ECG的同事正在研究在地球上使用的應(yīng)用程序（包括突破攝星).

2018年，美國(guó)宇航局的技術(shù)簽名報(bào)告發(fā)布，其中包括“光通信”，激光推進(jìn)和其他定向能方法作為可行的技術(shù)簽名。

此外，Narasimha和他的團(tuán)隊(duì)解釋了工程系統(tǒng)如何與其他系統(tǒng)具有截然不同的輪廓。他們甚至提供了SETI研究人員可以在未來(lái)幾年更仔細(xì)地研究的一些潛在例子：

“如果行星排列奇怪，即行星的質(zhì)量從一個(gè)行星到另一個(gè)行星（如氣態(tài)巨行星，類地行星，然后是類地行星，另一個(gè)氣態(tài)巨行星 - 如開普勒-20系統(tǒng)），那么我們可以認(rèn)為這些不尋常的排列是ETI故意做出的。行星系統(tǒng)，如開普勒-20或TRAPPIST-1，其中許多類地（低質(zhì)量巖石行星）排列在靠近恒星的地方，距離小于汞的軌道，是先進(jìn)的外星人天體工程的另一個(gè)可能跡象。在距離恒星不遠(yuǎn)的如此狹窄的區(qū)域內(nèi)看到如此多的類地行星似乎很不尋常。這可能表明，這些行星可能是故意移動(dòng)到其母星的HZ中。

簡(jiǎn)而言之，Narasimha和他的團(tuán)隊(duì)建議天文學(xué)家在尋找生物特征和技術(shù)特征時(shí)，將奇怪的系外行星結(jié)構(gòu)（SEA）作為搜索參數(shù)之一。

未來(lái)的SETI工作可能包括尋找經(jīng)過(guò)修改或安排的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)表明存在多個(gè)宜居行星，“服務(wù)世界”以及它們之間的先進(jìn)通信和基礎(chǔ)設(shè)施。誰(shuí)知道呢？也許有些系統(tǒng)將包括多顆恒星，每顆恒星都有自己的行星排列，支持多種文明。

簡(jiǎn)而言之，我們應(yīng)該睜大眼睛看任何“螢火蟲”的經(jīng)文！

延伸閱讀：arXiv.

本文最初發(fā)表于今日宇宙.閱讀原文.

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