忘記外星巨型結構。新的研究表明，我們需要尋找“服務世界”。

1960年，弗里曼·戴森提出先進的文明如何創造封閉其系統的巨型結構，使他們能夠利用恒星的所有能量并增加他們可以占據的可居住空間。

2015年，當KIC恒星8462852（又名。虎斑之星）開始莫名其妙地變暗。雖然2018年對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固的結構相比，Tabby's Star將注意力集中在巨型結構及其相關技術特征的概念上。

戴森的想法是在天文學家不知道我們銀河系中系外行星豐富的時候提出的。第一顆被確認的系外行星直到1992年才被發現，現在這個數字已經達到5,514顆！

考慮到這一點，來自印度班加羅爾的一組研究人員最近發表了一篇論文，提出了整個巨型結構概念的替代方案。對于尋求更多擴展空間的先進文明來說，將系統內的行星 - 或捕獲自由漂浮的行星（FFP）之外 - 并將它們轉移到恒星的環太陽宜居帶（HZ）中是一種更簡單，破壞性更小的解決方案。

這項研究由印度班加羅爾基督大學的物理學研究生Raghav Narasimha領導。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）的科學和技術系（DST）女科學家和天體物理學教授。

他們論文的預印本，”創造宜居世界：行星與巨型結構“最近在線出現，正在審查以發表在天體物理學與空間科學.

巨型結構的問題

先進文明建造巨型結構以利用恒星能量的可能性由來已久，例子可以追溯到20世紀初。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 年的作品中詳細介紹了這一點世界，肉體與魔鬼.

根據伯納爾的說法，建造這種結構的材料來源“只會從地球上抽取一小部分;因為結構的絕大部分將由一個或多個較小小行星的物質制成，環土星或其他行星碎屑。

奧拉夫·斯臺普爾頓在他的科幻小說中更進一步造星者，他描述了未來先進的人類文明如何“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如組成，其大小從最早和最小的結構不等，這些結構不超過一個非常小的結構。小行星，到比地球大得多的球體。

這些來源可能是戴森1960年提案論文的靈感來源。

在這篇開創性的論文中，”尋找人造恒星紅外輻射源“戴森推斷，一個文明建造”人造生物圈“（后來被尼古拉·卡爾達肖夫稱為”戴森球“）的動機將包括利用能量，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到的文明可能比人類更古老、更先進的可能性開始，他認為：

“[這是一個合理的工作假設，即它們的棲息地將擴大到馬爾薩斯原則設定的極限。

我們對這些生物在尋找生存空間時會遇到的物質條件沒有直接的了解......人們應該期望，在進入工業發展階段的幾千年內，任何智能物種都應該占據一個完全包圍其母星的人造生物圈。

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

以木星為例，戴森認為這顆行星的質量足以在太陽周圍形成一個厚度約為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，受到紅外天文學最新進展的啟發，戴森建議SETI研究人員如何通過熱特征在我們的銀河系中尋找這些結構的證據。

正如Narasimha，Safonova和Sivaram通過電子郵件告訴Universe Today：

“戴森認為，先進的外星文明可能已經建造了這樣的巨型結構。這些將主要在8到10微米的窄紅外（IR）范圍內輻射整個恒星的能量（因為“廢熱” - 觀察到過量的紅外輻射），所以這應該是這種結構的技術特征，即具有太陽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性》中建議使用紅外太空望遠鏡搜索戴森文明。天文學家仍在繼續尋找這樣的物體，盡管到目前為止結果是負面的，因為這個概念不限于時間 - 任何長期文明（即持續數千年）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的HZ內移動多顆行星，這將使我們太陽系中的宜居空間倍增，而不需要破壞其行星。

此外，根據我們目前對行星體的理解，他們發現了戴森原始計算和假設的幾個問題。例如，戴森使用木星作為資源的前提并沒有承認只有木星質量的一小部分（約13%）可用于建筑目的。

這包括巖石內部和金屬核心，而氫和氦（占其質量分數的87%）實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堆，為任何能源危機提供更簡單實用的解決方案。

戴森的提議是基于這樣的理論，即人口增長將總是超過一個物種的資源基礎（又名。馬爾薩斯理論），因未能考慮技術進步和其他影響人口動態的因素而受到廣泛批評。

Narasimha和他的同事還認為，包圍像太陽這樣的恒星會將其所有的太陽風困在里面，導致日光層消失，并將戴森球暴露在高水平的宇宙射線中 - 可能會傷害里面的生物圈。這是團隊在戴森最初提案中發現的幾個問題之一（包括技術和道德問題）：

“要建造這樣一個巨型結構，我們需要用盡所有內行星和一些外行星，從而徹底摧毀我們現在所知道的太陽系，包括擁有獨特生物圈的地球。這也違背了行星保護的原則 - 聯合國管理保護太陽系天體的政策。此外，在我們的太陽系中，木星的引力使小行星偏轉，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）對輕微的擾動（例如，隕石撞擊）非常不穩定，并且會與中心恒星相撞。

“固體戴森球內部除非旋轉，否則沒有重力，只有在赤道上，重力才會是通常的1克。照明將是連續的，沒有夜晚，具有類似地球表面的內部將反射帶有地球反照率的陽光，使天空比白天的地球明亮得多。由于我們的太陽將保持同一顆活躍的恒星 - 不會受到太陽耀斑，CME，太陽風等的保護，因為沒有自然磁場。在宇宙時間尺度上相對較快的時候，我們的太陽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間尺度，這將是巨大的。這沒有考慮文明潛在的長期穩定性和長期可持續性（著名的德雷克方程中的L參數）。

在這種情況下，建造一個巨型結構不僅似乎是一項重大任務，而且是不切實際和不可取的。

到處都是行星！

在戴森的時代，人們普遍認為大多數恒星都有一個至少由一顆行星組成的系統。基于開普勒太空望遠鏡和其他行星探測器獲得的數據 - 例如哈 勃這凌日系外行星巡天衛星（TESS）和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST） - 天文學家估計至少可能有1000億顆行星在我們的銀河系中。最近的研究還表明，可能存在多達一萬億自由漂浮行星（FFP），又名。“流氓行星”，在我們的銀河系中。

如果這些行星能夠移動到恒星的宜居帶，它將成倍增加文明的房地產。正如該團隊所解釋的那樣，隨著時間的推移，先進的文明也可以根據需要進口新的行星和/或為不同的目的指定行星。

“沒有必要摧毀整個行星系統，”他們說。“ETI可以帶來一顆行星，用完它，把它踢出系統，然后帶來另一個。僅用于工業和技術目的的行星被稱為“服務世界”。ETI甚至可以引入自由漂浮的行星，將其用作服務世界。

在他們的論文中，該團隊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），可以使用強大的激光陣列移動到太陽系的HZ。這些激光器需要在澤塔瓦或埃塔瓦特（1024 W）功率范圍內，前者已經用于核聚變研究。

根據他們的估計，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數量級。

除了物質利益之外，能夠在其系統中移動行星的先進文明也可以改變這些世界的軌道力學。齊奧爾科夫斯基在1895年也闡明了這個想法，他在那里寫道，先進的人可以隨時改變他們星球上的日常周期，一年的長度和季節性溫度。

自然，這項研究提出了一個問題，即SETI研究人員如何尋找這樣的文明，以及它們會產生什么“技術簽名”。

戴森展示了巨型結構如何通過紅外波長的特征來檢測，而Narasimha和他的同事則指出，行星的工程系統將產生不同的技術特征。

這包括強大的窄帶激光陣列，可以在數百甚至數千光年的距離內檢測到。這符合菲利普·盧賓教授，加州大學圣巴巴拉分校物理學教授，加州大學圣巴巴拉分校的領導人UCSB實驗宇宙學小組（心電圖）。

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

2018年，美國宇航局的技術簽名報告發布，其中包括“光通信”，激光推進和其他定向能方法作為可行的技術簽名。

此外，Narasimha和他的團隊解釋了工程系統如何與其他系統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幾年更仔細地研究的一些潛在例子：

“如果行星排列奇怪，即行星的質量從一個行星到另一個行星（如氣態巨行星，類地行星，然后是類地行星，另一個氣態巨行星 - 如開普勒-20系統），那么我們可以認為這些不尋常的排列是ETI故意做出的。行星系統，如開普勒-20或TRAPPIST-1，其中許多類地（低質量巖石行星）排列在靠近恒星的地方，距離小于汞的軌道，是先進的外星人天體工程的另一個可能跡象。在距離恒星不遠的如此狹窄的區域內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到其母星的HZ中。

簡而言之，Narasimha和他的團隊建議天文學家在尋找生物特征和技術特征時，將奇怪的系外行星結構（SEA）作為搜索參數之一。

未來的SETI工作可能包括尋找經過修改或安排的系統，這些系統表明存在多個宜居行星，“服務世界”以及它們之間的先進通信和基礎設施。誰知道呢？也許有些系統將包括多顆恒星，每顆恒星都有自己的行星排列，支持多種文明。

簡而言之，我們應該睜大眼睛看任何“螢火蟲”的經文！

延伸閱讀：arXiv.

本文最初發表于今日宇宙.閱讀原文.

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