다이슨 스피어 Dyson Sphere

[스털링]

우연히 "다이슨 스피어"[Dyson Sphere]란 것을 검색하게 되었습니다.

물론 엔하위키 미러에서.

간단[?]하게 복붙합니다.

 개요

Dyson Sphere. 다이슨 구체, 다이슨 환천체라고도 한다. 

태양을 한 겹으로 감싸는 초거대 구형 구조물. 

그 궤도가 행성 궤도를 감쌀 정도이며, 태양이 발산하는 어마어마한 양의 에너지를 100% 이용할 수 있는 

구조물로 기획되었다. 

이 아이디어는 올라프 스태플든이 1937년 쓴 소설 스타메이커에 처음 등장하며, 이후 이를 구체적으로 학술지에 

저술한 이론물리학자 프리먼 다이슨(Freeman Dyson)의 이름을 따 지어졌다. 

카르다세프 척도에서는 다이슨 스피어 건설 가능 여부가 II 유형 문명을 구분하는 기준이기도 하다.

1AU 반경 다이슨 스피어의 모습.

다이슨 스피어의 형태 구분

사실 다이슨이 처음 구상한 구조물은 다이슨 위성 무리(Dyson Swarm), 즉 태양 복사 에너지를 흡수하여 

에너지를 얻는 위성을 항성 주변에 대량으로 띄우는 형태이다. 

이것이 후대 학자들과 SF 소설가들의 상상력과 결합되면서 틈새가 없는 구체의 형태로 더욱 잘 알려지게 된 것이다. 

이 형태를 정식으로 부르는 명칭은 즉 다이슨 장막(Dyson Shell). 즉, Dyson Sphere는 Dyson Swarm의 특별한 형태

라 볼 수 있다.

Dyson Swarm의 가장 기본적인 단위는 다이슨 고리(Dyson Ring)로, 위성들이 항성과 특정한 거리만큼 

떨어져서 궤도를 이루는 형태이다. 이 고리가 위성이 아니라 하나의 구조물이 되면 바로 링 월드가 된다.

이 다이슨 고리를 여러 개 구축하면 위와 같은 구체의 형태가 된다.

다이슨 무리는 21세기 현재 인류의 에너지 수요를 충족시키는 대체에너지 수단으로 계속 연구되고 있다. 

우주 공간에서 태양 복사 에너지를 포집해서 마이크로파 형태로 전송하는 기술은 21세기 현재 상용화가 

가까워지고 있을 정도로 개발이 많이 진행되었다.

완전한 구체의 실현 가능성 고찰

다이슨 고리, 다이슨 무리의 차원을 넘어서 아예 하나의 구조물이 태양을 감싸는 형태, 즉 Dyson shell을 

만들 경우에는 세 가지 커다란 장애물이 존재한다.

첫 번째는 태양계 전체에 있는 지구형 행성(수성, 금성, 지구, 화성)을 모두 소모시켜도 구체를 

만들 재료를 구할 수 없다는 것이다. 

이들 내행성과 달을 합치면 약 1.178*10^25kg의 질량이 존재하는 것으로 추산되는데, 1AU 거리에서 구체를 

구축한다고 하면 총 표면적은 4π * (149,598,000,000) = 2.8123*10^23 m^2. 밀도를 따지면 약 42kg/m^2 정도로, 

가장 만만한 구조 재료인 강철로 따지면 약 5mm, 방탄복의 장갑판으로 사용되는 ATI425(Grade 38) 티타늄 합금 

기준으로도 9.5mm 두께의 얇은 막을 간신히 만들 수 있을 정도다. 

탄소 나노 튜브 외의 다른 구조로 된 재료로는 시도조차 할 수 없는 일이다.

만약 이보다 더 많은 재료를 원한다면 목성, 토성 등 가스 행성의 가스를 날려버리고 내부의 금속 핵을 채취해서 

써야 하는데, 금속 핵의 재료 양이 내행성 전체의 약 12배에 달해서 좋아보일지는 모르겠지만, 그 주변을 또 핵 질량

의 수십 배가 넘는 가스가 둘러싸고 있기 때문에 더더욱 요원해보이는 구상이다.

두 번째 문제는 구체 자체에서 발생하는 기계적인 압력을 견뎌낼 만한 물체가 없다는 것이다. 

위에서 예를 든 1AU 반경 구체의 경우, 구체가 둘로 쪼개지지 않으려면 약 73300GPa의 압축 강도를 지닌 재료가 

최소한의 조건으로 필요하다. 

마천루 공사에 쓰이는 콘크리트의 압축 강도가 약 28MPa(0.028GPa)인 것을 감안하면 적어도 콘크리트보다 262만 

배(!!!) 이상 압축 강도가 센 재료가 아니면 버티지를 못한다는 뜻. 

이외에도 극한 상황에서 필요로 하는 인장 강도, 전단 강도 등을 생각해보면 21세기 초인 현재 지구에서 개발된 재료

로는 시도조차 하지 못한다. 

링 월드에서 스크리쓰(Scrith)라는 초고강도 재료를 소개한 것이 바로 링 월드의 존재를 정당화하기 위한 것이다.

세 번째 문제는, 구체와 태양이 안정적으로 궤도를 구축할지는 모르나, 구체가 혜성을 비롯한 외부 물체와 충돌

하면 곧바로 궤도가 불안정해진다는 것이다. 

천문학적인 숫자의 보조 추진기가 달려있지 않은 한 얼마 지나지 않아 태양과 부딪혀 구체 전체가 녹아버릴 가능성이 

매우 농후하다. 

또한 구체를 건설하는 도중에는 링 월드를 본 MIT 학생들이 떼지어 모여서 "링 월드의 궤도는 불안정하다!(The Ring 

world is Unstable!)"고 외친 것처럼 궤도가 매우 불안정하므로 이를 어찌 안정화시키는 문제까지 생각해봐야 하겠다.

따라서 완전한 구체 형태의 다이슨 스피어는 링 월드와 마찬가지로 실현 가능성이 없어보인다. 

먼 미래에 인류가 그만한 양의 자재를 다룰 수 있게 된다면 혹시라도 실현되는 모습을 볼 수 있을지도 모른다. 

언제가 될지는 알 수 없지만.

출처:https://mirror.enha.kr/wiki/%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EC%8A%A8%20%EC%8A%A4%ED%94%BC%EC%96%B4

위에 나온 천문단위 AU에 대한 것도 올립니다.

천문단위. 광년. 파색에 대하여

우리는 일상생활 속에서 거리의 단위인 m. 또는 Km.를 주로 샤용하고 있지만 그러나 이러한 단위로는 드넓은

 우주를 측정하기에는 매우 한계가 있다. 

밤하늘에 무수히 산재한 별들의 거리를 축정하기 위해서는 광년((LY-light year) 천문단위(AU-astronomical unit)

 그리고 파색(PC-parsec)아라는 대단히 큰 단위를 사용하고 있지만 이제 우리는 우주를 측량할 수 있는 큰 범위의 단위들을 하나하나 정리해 보기로 하자.

광년((LY-light year)

광년이란 말 그대로 빛이 1년간 쉬지 않고 진행한 거리이다. 우리들이 잘 알고 있듯이 빛은 1초에 약 30만Km를 진행하는데 비교적 정확한 값은2.99792458×105Km/sec이다. 그렇다면 1광년에 달하는 정확한 값은 초등학생 수준으로 보더라도 1년은 365일 1일은 24시간 1시간은 3,600초 광속도는 300,000Km미므로 365×24×3600×300000=9조4천6백8Km 즉, 빛은 1년에 9.468×1012Km를 진행하고 있는 것이다.

천문단위(AU-astronomical unit)

천문단위란 지구와 태양간의 평균거리로서 약 1억5천만Km이며 좀더 정확한 값은 1.496×108Km이다. 태양계의 모든 행성들은 케플러법칙에 의하여 타원운동을 하고 있는데 태양과 행성간의 거리는 근일점과 원일점 때문에 항상 일정하지 않다. 그래서 천문단위는 지구와 태양 사이에 평균거리를 적용하고 있으며 천문단위 1au=1.496×108Km이다.

태양계 행성 거리지수

천 체	태양과의 거리	AU
태 양	-	-
수 성	5.79×107Km	0.381
금 성	1.082×108Km	0.723
지 구	1.496×108Km	1.000
화 성	2.279×108Km	1.523
목 성	7.783×108Km	5.202
토 성	1.4269×109Km	9.538
천왕성	2.8709×109Km	19.24
해왕성	4.49707×109Km	30.06
명황성	5.91352×109Km	39.53

파색(PC-parsec)

천문단위는 태양계와 같이 비교적 작은 범위에서 적합하고 광년은 먼 거리에 관한 단순한 거리개념이지만 실용단위는 아니다. 그래서 실제 별과 별의 거리를 산출하기 위해서는 파색이라는 또 다른 단위를 도입하게 되는 것이다.

1파색의 값을 얻기 위해서는 태양에서 지구까지의 거리 1au와 그리고 1au의 연주시차 1초의 간격을 기준하고 있는 것이다.

1파세크의 거리에서 본 지구 궤도 변화 반경이 1초각의 원호를 그리도록 표준시차를 정의하고 있다.

태양에서 가장 가까운 항성인 센타우루스자리 알파(Centauri α)가 1파세크 이상에 위치하고 있다.

(1파세크는 3.26광년이며 206300AU 입니다.) 

[무해]

이건 뭐 스케일이 ㄷ ㄷ .. 근데 총몽 2부에던가 비슷한걸 본 기억이 나는데 목성 식민지인가 그런거였죠..