Tähtien energiaa valtavat valtavat kelluvat rakenteet voivat olla ihmiskunnan koti. Totta, niiden rakentaminen on uskomatonta tehtävää. Etäisiä tähtiä kiertävistä jättiläisistä rengasmaailmista on tullut ikoni tieteiskirjallisuudessa. Heidän puhtaat maisemansa, suljettuina ohuisiin rengasrakenteisiin, innoittavat mielikuvitustamme. Rengasmaailmasta on tullut yleinen motiivi, tulevaisuuden perusta ihmiskunnalle.
"Tämä on tietysti järjetöntä", sanoo eläkkeellä oleva professori Freeman Dyson. Juuri Dyson popularisoi ajatusta näistä megarakenteista; heistä tuli lopulta tunnetuksi Dyson-palloina. Dyson puolestaan "lainasi idean" tieteiskirjailijalta Olaf Stapledonilta vuonna 1937 tekemässään Star Maker -romaanissaan, jossa matkalla oleva maanläheinen kohtaa samanlaisia megarakenteita, jotka absorboivat lähellä olevien tähteiden energian. Vaikka Dyson näki nämä pallot orbitaalirakenteiden kuorina absorboidakseen suurimman määrän energiaa tähtiä, tieteiskirjailijat myöntävät tähtien peittävien asumiskelpoisten pallojen mahdollisuuden.
Kymmenen vuotta sen jälkeen, kun Dysonin 1960-artikkeli sellaisista rakenteista julkaistiin Science: ssä, Larry Niven päätti käyttää päiväntasaajan rengasta Dyson-pallona romaaninsa Ringworld perustaksi.
Kehämaailmat ovat sittemmin esiintyneet Halo-videopelisarjassa, vuoden 2013 elokuvassa Elysium ja Ian Banksin romaanissa Kulttuuri. Halossa ne ovat jättiläisiä keinotekoisia maailmoja, joissa ihmisillä on kyky elää renkaan sisäpuolella, kun taas ulkopintaa suojaa vahva kuori. Sillä välin Neil Blomkampin Elysium-elokuvassa rengasmaailma kiertää maapallon ympäri ja näyttää enemmän avaruusasemalta. Kuinka rakentaa sellaisia renkaita todellisessa maailmassa?
Kuten millä tahansa kentällä, koko on tärkeä. Rengasmaailma on megarakenne, ja sen rakentaminen vaatii valtavasti materiaaleja ja energiaa.
Kerätä asteroideja
Tieteiskirjailija ja entinen tähtitieteilijä Alastair Reynolds uskoo, että”Kuiper-vyöllä on riittävästi materiaalia kaiken rakentamiseksi. Voisimme absorboida kaikki pienet asteroidit, suodattaa haihtuvat materiaalit, jättää puhtaan kiven ja rakentaa siitä uskomattomia rakenteita."
Mainosvideo:
On kuitenkin paikkoja, joissa tätä materiaalia on runsaasti. Kuiper Belt - se on aurinkokunnan alue, joka ulottuu noin 2,97 miljardia kilometriä Neptunuksen kiertoradan yli. Se on täynnä asteroidimaisia kappaleita, jotka voivat olla ihanteellinen lähde raaka-aineille.
Tähtitieteilijä Katie Mack on eri mieltä hänen kanssaan. Hän sanoo: "Kuiper-vyö on melko hajakuormitus ja sinun on koottava ja purettava melkoinen osa runkoa oikean määrän materiaalin keräämistä varten."
Jos - ja tämä on iso, jos tulevaisuuden yhteiskunnalla on tarpeeksi aikaa ja kykyä kerätä ja kuljettaa materiaalia Kuiper-vyöltä vaaditulle kiertoradalle, rengasmaailman rakentamiseksi on riittävästi raaka-aineita. Kysymys on kuitenkin siitä, kannattaako investoida tämä määrä aikaa ja resursseja.
Rengasmaailman on myös tuettava jonkinlaista painovoimaa; muuten kaikki, mukaan lukien elämän kannalta välttämätön ilmapiiri, kelluisi syvään avaruuteen. Yleisin tapa luoda keinotekoinen painovoima on tuottaa keskipakoisvoimaa pyörimisen kautta. Tällaisen massiivisen esineen saaminen pyörimään vaaditulla nopeudella on kuitenkin valtava tehtävä.
Pyörimisvoimien on oltava tasaisesti jakautuneita, muuten rakenne voi repeytyä. Onneksi avaruudessa ei ole kitkaa, ja pyöriminen halutulla nopeudella ei hidastu.
Mitä suurempi rengasmaailman halkaisija, sitä enemmän voimia vaikuttaa pyörivään rakenteeseen. Mackin mukaan näiden renkaaseen vaikuttavien leikkausvoimien voimakkuus riippuu "kuinka lähellä olet tähtiä ja kuinka paljon painovoimaa tarvitset".
Tuntematon voima
Jos oletetaan, että rengasmaailmalla on sama halkaisija kuin Maan kiertoradalla (noin 300 miljoonaa kilometriä) ja että se vaatii 1G: n painovoiman, sen pitäisi pyöriä nopeudella noin 1,9 miljoonaa kilometriä tunnissa. Siihen vaikuttavat joukot ovat niin voimakkaita, että Mackin mukaan "meidän on löydettävä uusi tapa sitoa atomit toisiinsa".
Yksi teoreettisista ratkaisuista tähän tekniseen ongelmaan voi olla piilotettu jossain muodossa pietsosähköä. Yksinkertaisesti sanottuna materiaalia voidaan keinotekoisesti vahvistaa johtamalla sähköä sen läpi.
Kun otetaan huomioon renkaan koko ja tarvittava energia, tämän valtavan yrityksen tehokkuus alkaa kuitenkin jälleen epäillä. Teho on jaettava tasaisesti koko rakenteeseen, samalla kun katastrofaalisen sähkökatkon riski vähennetään nollaan.
Lopullinen haaste on pitää rengasmaailma vakaalla kiertoradalla tähden ympärillä. Reynolds muistuttaa, että pian sen jälkeen, kun Larry Niven "Ringworld" julkaistiin, "fanit laskivat, että jos Ringworld siirtyisi hiukan lähemmäksi tähtiä, tasapaino häiriintyisi, rakenne ajautuisi ja lopulta räjähtää".
Niven huolehti tästä The Ring Worldin myöhemmissä romaaneissa kiinnittämällä raketteja rakenteen ulkoreunoihin, mikä vakauttaisi jatkuvasti sen sijaintia ja varmistaisi sen keskittymisen tähtiin nähden.
Jos oletamme, että tulevaisuuden yhteiskunnalla on laaja-alaiset tekniset valmiudet kehämaailman rakentamiseksi, ne ratkaisevat rakenteen vahvistamisen ja sen kiertoradan vakauden ylläpitämisen, mitä he tekevät sen kanssa seuraavaksi?
Kulttuurissa kiertorata-asemia käytettiin suurina asunnoina, kun taas Halo-sarjassa ne olivat tuomiopäivän laitteita, jotka oli suunniteltu räjäyttämään ja tuhoamaan vaarallinen infektio. Dyson näki valtakuntansa keinona maksimoida energian sato tähdiltä, ei vaihtoehtona maisemointiin tehdäkseen niistä ihmisille sopivia.
Mack sanoo: "Voisimme luoda rengasmaailman, jotta nykyisiä maailmoja ei muokata." Hän uskoo kuitenkin, että tämä ratkaisu ei ehkä ole tehokkain. Tutkija uskoo, että "jokainen yhteiskunta, joka pystyy helposti rakentamaan kehämaailman kaltaisen rakenteen, voi helposti löytää kallioisen planeetan ja muokata sitä harkintansa mukaan".
Vaikka maanmuokkaustekniikka eroaa siitä, mitä vaaditaan kiertoradan rakentamiseksi, yleisen teknisen kehityksen taso on suunnilleen sama. Toisaalta rengasmaailmat pysyvät kaikessa teoreettisessa loistossaan tieteellisesti saavuttamattomina ja tehottomina esimerkkeinä tähtitekniikasta.
Ilja Khel