Kosminės megastruktūros, arba kaip sukonstruoti savo planetą

Netgi pati geriausia planeta gali talpinti pakankamai ribotą žmonių skaičių. Vieną dieną, galbūt ne tokioje jau ir tolimoje ateityje, visiems mums prireiks imtis rimtos „plėtros“. Rimtos gigantiškais mastais. Pavyzdžiui – patiems konstruoti planetas.

„Po perkūnais!.. Ir kaip mes apie tai nepagalvojom anksčiau?“, – tokia arba panašios mintys gali kilti skeptikų galvose. Gal tai ir primena astronominiais mastais išaugusią žmonijos „didybės maniją“, tačiau vieną dieną tai gali būti fantastų „Idée fixe“, o kitą – tapti realybe. Na, ryt – perkeltine prasme. Tačiau sunku prognozuoti, kokios bus mūsų technologinės galimybės kad ir po šimto ar tūkstančio metų.

Kosminės megastruktūros, arba kaip sukonstruoti savo planetą

Daisono sfera (Dyson Sphere). © „M.C. Escher's Concentric Rings“: Cordon Art B.V. – Baarn – Olandija

Bet nenukrypkime nuo temos. Dar praėjusio amžiaus trečiajame dešimtmetyje vokiečių architektui Hermanui Siorgeliui (Herman Sörgel) kilo „teisinga“ idėja, tačiau tuo metu ji buvo ganėtinai mažo užmojo. Hermano planas buvo imtis šiokio tokio, visiškai nedidelės ir beveik nereikšmingos Žemės dalies modifikavimo: Viduržemio jūros. Specialistas kūrė planus, kaip, pasinaudodamas gausybe aplinkoje esančių natūralių statybinių medžiagų ir pažangiomis to meto technologijomis, jis pastatys viso Gibraltaro sąsiaurio užtvanką, ir po to nusausins didžiąją dalį jūros. Užtvanka, jo žodžiais, būtų tiekusi elektros energiją, o radikaliai sumažintas Viduržemio jūros lygis Europai ir Afrikai leistų pasiekti didžiulius derlingų žemių plotus.

Hermano Siorgelio (Herman Sörgel) vizija, kaip būtų galima transformuoti Viduržemio jūros regioną

Tačiau Hermano sukurptas naujų žemių kolonizacijos projektas pavadinimu „Atlantropa“ niekada taip ir nepakilo nuo brėžinių stalo. Nežiūrint į tai, inžinieriaus kūrybiškumas kelia žavesį, o užmojai užima kvapą – net jei jie ir buvo palyginti... maži.

Trumpas gidas į planetų konstravimą

Galima sakyti, jog pilną Hermano idėjos potencialą puikiai suprato šveicarų architektas Kristianas Valdfogelis (Christian Waldvogel) ir savo mintis aprašė knygoje „Globus Cassus“. Trumpai perfrazuojant esminę autoriaus kūrinio mintį, „jei ruošiesi užsiimti rimtomis statybomis, geriau yra šiek tiek persistengti, nei padaryti pernelyg mažai“.

Hermano Siorgelio (Herman Sörgel) vizija, kaip būtų galima transformuoti Viduržemio jūros regioną: statybų procesas ir pakitimus iliustruojantis žemėlapis

Galvojant praktiškai, jei jau susiruošėme perkasinėti ištisą planetos gabalą, galbūt galima iš to išgauti daugiau naudos. Valdfogelio idėja buvo „išardyti“ visą planetą nuo pradžios iki pabaigos ir iš sukauptos statybinės medžiagos sukonstruoti tai, ką jis pavadino „Globus Cassus“ – masyvų tuščiavidurį kamuolį, kurio vidiniame paviršiuje gyventų žmonija, o Saulės šviesa gyventojus pasiektų per šiandieninių žemynų dydžio „langus“.

„Globus Cassus“ idėjos ir konstrukcijos principų iliustracija

Architekto nuomone, „Globus Cassus“ statyboms būtų sunaudotos visos medžiagos, kurios dabar nenaudojamos guli po mūsų kojomis, mūsų mažam pasauliui suteikdamos gravitacijos savybę. Tuščiavidurės sferos gyvenimui tinkamas paviršiaus plotas būtų gerokai didesnis, palyginti su tuo, kokius gyvenamojo ploto išteklius turime dabar. Įsivaizduokite save gyvenantį sferoje, kurios matmenys apytiksliai prilygsta Jupiteriui. Kadangi planetos masės generuojama gravitacija būtų paskirstyta daug didesnėje erdvėje, traukos jėgą turėtų sukurti sferos sukimosi metu sugeneruojama išcentrinė jėga.

„Globus Cassus“ statybai būtų naudojami visi Žemės ištekliai

Kaip vyktų tokios konstrukcijos statyba? Palaipsniui būtų iškasama Žemės pluta, mantija ir branduolys. Medžiagos būtų transportuojamos į išorę ir perdirbamos taip, kad būtų sumažintas jų tankis ir padidintas mechaninis tvirtumas. Pluta būtų kasama atvirose žemynų centruose išdėstytose šachtose. Magma ir skystoji mantijos dalis būtų pumpuojama į paviršių, kur auštų ir vėl būtų perdirbama į konstrukcijos sudedamąsias detales. „Globus Cassus“ gamyba greičiausiai neturėtų poveikio Mėnuliui, tačiau planetos proporcijos pakistų – tuščiavidurio kamuolio matmenys būtų tik šiek tiek mažesni nei Saturno, antrosios pagal dydį Saulės sistemos planetos.

Vienas iš „Globus Cassus“ kosminių liftų, kuriais medžiagos būtų keliamos į orbitą

Medžiagoms transportuoti į viršų greičiausiai tektų sukonstruoti keturis kosminius liftus, kurie link geostacionarių orbitos taškų pakeltų visas statyboms reikalingas priemones. Galiausiai jie taptų masyviais bokštais, kurių kiekvieno skersmuo siektų kelis šimtus kilometrų, o ilgis sudarytų apie 165 000 km.

Konstravimas būtų pradėtas iškart keturiuose taškuose, siekiant išlaikyti pastovią simetriją ir balansą. Pirmiausia būtų sukonstruotas porėtas laikančiosios konstrukcijos skeletas, kuris, panaudojant magmą, būtų padengtas plonu iš silicio ir jo junginių sudarytos medžiagos sluoksniu. Į vidų išlenkti langų kupolai taip pat būtų pagaminti iš silicio pagrindu sudaryto stiklo.

Taip galėtų atrodyti „Globus Cassus“ konstravimo baigiamieji etapai
© Adam Burn/Phoenix-06

Kai būtų sunaudota didžioji Žemės medžiagų dalis, jos rutulys ženkliai susitrauktų, poliarinės ledo ir sniego kepurės nutirptų; sumažėjus planetos masei, sumažėtų ir jos gravitacija. Dėl to Žemė prarastų savo atmosferą ir hidrosferą – oras ir vanduo imtų judėti link „Naujojo Pasaulio“. „Globus Cassus“ ekvatoriaus srityse tektų įrengti specialią kanalų ir rezervuarų sistemą, kuri taptų naujomis upėmis, ežerais ir jūromis.

Kai kurie fantastai ir astrofizikai siūlo drąsias idėjas, jog kosminės megastruktūros galėtų turėti nuosavus variklius, galinčius jas transportuoti į reikiamus kosminės erdvės taškus
© Adam Burn/Phoenix-06

Atmosferos ir hidrosferos perkėlimo procesą architektas pavadino „Didžiosiomis liūtimis“ (angl. „The Great Rains“). Prasidėjus Didžiosioms liūtims, senoji Žemė taptų nebetinkama gyventi – jei tik, žinoma, taip neatsitiktų dar anksčiau. Naujuosius plotus tektų apsodinti visų egzistuojančių augalų sėklomis ir sodinukais; žmonės ir gyvūnai turėtų gyventi tuose pačiuose kosminių liftų bokštuose. Sulaukę Didžiųjų liūčių pabaigos, jie galėtų pradėti apgyvendinti vidinį konstrukcijos paviršių.

Žiedinio pasaulio iliustracija: paros ritmą sukuriantys tamsūs kvadratai, išdėstyti vidinėje žiedo pusėje; abipus – 1600 km aukščio siena, neleidžianti „pabėgti“ atmosferai © Orion's Arm

Kosmoso užkariavimas ir astroinžinerija

Kyla akivaizdus klausimas – jei jau nuoširdžiai susiruošėme užsiimti perdarinėjimais, kodėl gi apsiriboti vien tik Žeme? Jau vien tik Saulės sistemoje yra aštuonetas planetų, neskaitant penkių nykštukinių planetų ir asteroidų žiedo, kurie tiesiog „kybo“ erdvėje ir „užima vietą“. Jei savo planą papildytume visų šių objektų masėmis, atsivertų visiškai kitokio masto galimybės ir į kosminę plėtrą galėtume pažvelgti dar kitokiu aspektu. Potencialių „megaprojektų“ sąrašas taip pat gerokai išsiplėstų.

Kairėje: Stefano Martiniere (Stephan Martiniere) sukurtas viršelis Lario Niveno (Larry Niven) knygai „Žiedinio pasaulio vaikai“ („Ringworld's Children“). Dešinėje: „Behorizontis Manheteno žemėlapis“ („Horizonless Map of Manhattan“) – geometriškai išlenktas peizažas, primenantis, kaip galėtų atrodyti Žiedinio pasaulio miestai

Vienas iš mažiausių šiame sąraše yra legendinis mokslo fantastikos rašytojo Lario Niveno (Larry Niven) sugalvotas Žiedinis pasaulis (Ringworld). Jo idėja yra palyginti paprasta: paimti didžiąją dalį visų planetų, jas „susmulkinti“ ir tada paversti į žiedo formos objektą. Žiedo spindulys ir forma atitiktų dabartinę Žemės orbitą, o plotis prilygtų mūsų planetos skersmeniui. Pakraščiai būtų papuošti maždaug 1600 kilometrų (1000 mylių) aukščio sienomis, kurios padėtų sulaikyti orą virš vidinio žiedo paviršiaus.

„Halo Masyvas“ („Halo Array“) – Žiedinio pasaulio interpretacija kompiuteriniame žaidime „Halo“

Žiedinis pasaulis neabejotinai būdų labai erdvus – vietos čia būtų tiek, kiek jos turėtų apytiksliai trys milijonai Žemės dydžio planetų. Analogiškai kaip ir „Globus Cassus“, žiedą tektų įsukti ir šį sukimąsi palaikyti, idant būtų imituojama traukos jėga. Jei jums patiktų retesnė atmosfera, galėtumėte gyventi specialiai suformuotuose plokščiakalniuose ar kalnuose, o jei pasiilgtumėte dienos ir nakties kaitos, tada į vidinę orbitą galėtumėte iškelti lygiais tarpais išdėliotus juodus stačiakampius, kurių šešėliai imituotų naktį.

Kaip galėtų atrodyti Žiedinio pasaulio ekosistema
© Alexander Preuss, CG Society

Žiedinio pasaulio masė apytiksliai prilygtų visų Saulės sistemos planetų suminei masei. L. Niveno knygoje buvo minima, jog šiai megastruktūrai sukonstruoti prireikė sunaudoti ne tik planetas, bet ir mėnulius bei asteroidus. Astrofizikine prasme tokios sistemos egzistavimą pagrįsti yra pakankamai sudėtinga. Vėlesniuose knygos leidimuose bei jos tęsiniuose autorius įterpdavo techninių argumentų – pavyzdžiui, faktą, jog žiedui įsukti prireiktų energijos, kurios kiekis būtų ekvivalentus maždaug 20 Jupiterių masei. Nenuostabu, jog Žiedinio pasaulio idėja iki šiol kaitina tiek jos fanų, tiek skeptikų vaizduotę.

Žiedinis pasaulis - vaizdas iš išorės © John Berkey

„Žiedinis pasaulis“, arba formalesnis pavadinimas „Niveno žiedas“, mokslinėje fantastikoje yra tapęs bendriniu pavadinimu, kuriuo įvardijamos visos tokio tipo struktūros. Daugelis kitų mokslinės fantastikos autorių yra sugalvoję savo Žiedinio pasaulio modifikacijas, iš kurių galima paminėti Iaino Bankso (Iain M. Banks) Kultūrų Orbitalės (Culture Orbitals), kurias geriausiai tiktų apibūdinti kaip miniatiūrinius žiedinius pasaulius, žiedo formos Halo struktūrą to paties pavadinimo kompiuteriniame žaidime, koncentrinius žiedinius pasaulius.

Žiedinis pasaulis – vaizdas iš vidaus

Super-kolosalios megastruktūros

Jokiu būdu nenorime sumenkinti Lario Niveno polėkio ir jo Žiedinio pasaulio didybės, tačiau šis fantasto sumanymas, kaip panaudoti Saulės sistemoje esančias medžiagas, pagal savo mastą yra „smulkesniųjų“ projektų skalės pusėje. Pasirodo, jog pasitelkus šiek tiek vaizduotės, kosminės architektūros ribas galima praplėsti iki sunkiai suvokiamos ribos. Pavyzdžiui, NASA mokslininkas ir didelis mokslinės fantastikos mėgėjas Denas Aldersonas (Daniel John „Dan“ Alderson, 1941–1989) pasiūlė idėją, dabar žinomą Aldersono disko (angl. Alderson Disc) pavadinimu.

Aldersono disko schema

Vėlgi, viskas, ko jums reikia, norint sukurti tokį objektą, yra paimti visus iki vieno Saulės sistemoje skriejančios materijos gabalėlius, tačiau iš jų sukurti ne žiedą, o diską. Įsivaizduokite kompaktinę plokštelę, kurios storis prilygsta Žemės skersmeniui (kad būtų sugeneruojama reikiamo dydžio gravitacijos jėga), o jo centre palikta apskritimo formos „išpjova“ su Saule pačiame konstrukcijos viduryje.

Jei mėgstate gyventi šilčiau, galėtumėte apsigyventi arčiau disko centro, o jei patinka vėsesnis klimatas, galėtumėte truputėlį nuo centro atsitraukti. Jei pasiilgtumėte saulėtekių ir saulėlydžių, tada tiesiog Saulę pakaitomis perkelkite tai į vieną, tai į kitą disko pusę. Kai vienoje pusėje esantys gyventojai mėgautųsi saulėkaita, kitoje pusėje žmonės galėtų džiaugtis nakties vėsuma. O kadangi disko storis prilygtų Žemės skersmeniui, jums nereikėtų sukti galvos, kaip sugeneruoti arba imituoti gravitaciją.

Taip galėtų atrodyti kosminiai transporteriai, kuriais asteroidai ir kiti smulkesni dangaus kūnai būtų surenkami ir panaudojami kaip statybinė medžiaga

Trumpam atsikvėpkime ir pamąstykime. Gal mes vėl mes vėl per siaurai mąstome? Žvilgtelėkite sekundei į Saulę. Argi mes ne per daug neekonomiškai išnaudotume medžiagą, konstruodami „paprastą“ Žiedinį pasaulį arba Aldersono diską? Kodėl gi Saulės neapgaubus uždara sfera, kuri sugautų visus iš jos sklindančius energijos fotonus? Toks energijos rezervas būtų puikus priedas prie neregėtų "nekilnojamojo turto" išteklių.

Žymus amerikiečių fizikas teoretikas, matematikas Frymanas Daisonas (Freeman Dyson) bene pirmasis iškėlė šią idėją, todėl tokia hipotetinė struktūra pavadinta jo vardu – Daisono sfera (angl. Dyson Sphere). Vienintelė sumanymo problema – atmetus tam tikrus galvos skausmus dėl logistikos – yra gravitacija. Su sfera nepavyks atlikti to paties gravitacinio triuko kaip kad su disku. Tačiau tai visiškai nereiškia, kad sferos nebus galima sukti ir taip gravitaciją paprasčiausiai imituoti; tiesiog keliaujant dideliais atstumais išilgai sukimosi ašies, išcentrinės jėgos stiprumas keistųsi, tad prie to tektų priprasti.

Daisono sfera (Dyson Sphere) – iš išorės ir viduje

Norite būti išties ambicingi? Jei jau žiedo (arba sferos) paviršiaus storis būtų lygus Žemės skersmeniui, tai kodėl gi neapgyvendinus žmonijos ir išoriniame jo paviršiuje? Šviesą galėtų generuoti ištisas dirbtinių saulių „paradas“, kurioms energiją tiektų sferos viduje šviečianti tikroji Saulė.

Kas toliau? Na, toliau galima panagrinėti, kokiais būdais būtų galima dar labiau išplėsti gyvenimui tinkamą erdvę. Tam pakanka remtis ta pačia Daisono sferos idėja, tiesiog ją „pakelti kvadratu“. Jei jau sugebėtumėte žvaigždę patalpinti į „narvelį“, kodėl gi to paties nepadarius su visa Saulės sistema ar netgi ištisa galaktika? Panašu, kad taip vadinamai planetinei arba astroinžinerijai ribų nėra, tereikia tik sugebėti tai padaryti.

Vaizdas, sukurtas remiantis „Halo“ visatos idėja: konstruojamas sferos skeletas; greta – palydovas, kurio medžiaga surenkama ir panaudojama sferai statyti
© Adam Burn /Phoenix-06

Tiesa, artimiausiu metu tokio masto statybos žmonijai negresia. Tačiau tolimoje ateityje, kai to galbūt reikės, norint užtikrinti žmonijos išlikimą, kaip bus statomos tokios kolosalios kosminės struktūros? Kol kas apie tai galime kelti tik hipotezes ir svarstyti apie astrofizikines tokios veiklos pasekmes.