戴森球“迭代”不是狂想：居民可以生活在戴森殼的外表面

科學家認為先進的外星文明會在恆星周圍建造巨大的太陽能電池板群，也就是所謂的“戴森球”，用於收集恆星的能量。戴森球共有戴森雲、戴森泡和戴森殼三大版本，其中尤以戴森殼最為引人注目，因為它能夠百分百地收集恆星釋放的能量。戴森殼不僅讓先進文明擁有近乎無限的能源供應，同時還能讓它們擁有一個巨大的生物圈。

藝術概念圖，戴森殼正在建造之中

任何一個科幻迷都不會對戴森球感到陌生。

戴森球是用於收集太陽能的巨型結構，包括戴森雲、戴森泡和戴森殼在內的三大版本。在這些版本中，戴森殼最為引人注目，因為它將恆星“封裝”在一個由超堅固光伏材料製成的不透明球中，能夠百分百地收集恆星釋放的能量。戴森殼不僅讓先進文明擁有近乎無限的能源供應，同時還能讓它們擁有一個巨大的生物圈，面積是任何多岩行星生物圈的數百萬倍。科幻作品中存在各式各樣的戴森球，在搜尋地外先進文明的道路上，科學家也將目光投向戴森球。

戴森球的所有類型，包括戴森雲、戴森泡和戴森殼（戴森環是戴森雲的單環版）

在遙遠的未來，人類有可能建造出環繞太陽的戴森雲或者戴森泡，但傳統戴森球在技術上仍不具有可能性，原因就在於它們的龐大體積，令人抓狂的動力學特徵以及對超堅固材料的依賴。對於任何一個希望在宇宙中不斷擴張的先進文明，收割恆星的全部“輸入”無疑是一個誘人的想法。鑒於最近的恆星也在數光年之外，先進文明就有必要以另一種方法建造戴森殼，一種儘管要激進得多，但也要簡單得多的方式。

打造一個傳統戴森殼很費勁：它要建在一個文明的母星周圍，位置處在母星的適居區。以太陽為例，這個距離為1個天文部門左右。即使耗光太陽系的所有固態材料，包括巨行星的核心，所建造的戴森殼的厚度也只有48厘米左右。鑒於其直徑達到數億公里，這個厚度微乎其微。傳統戴森殼要以驚人的速度環繞恆星運行，以產生人造重力，對內部的一切施加離心力。太陽周圍一個半徑1天文部門的戴森殼需要達到每秒1200公里的速度（光速的0.4%）才能產生我們在地球上感受到的重力加速度。對於一個厚度48厘米的殼，這一速度將讓材料的應力達到10的20次方帕斯卡，相當於鑽石硬度的17億倍。

傳統戴森殼（左）和非旋轉戴森殼（右）

雖然傳統戴森殼在技術上不具有可行性，但另一種形式的戴森殼並非不可能，即非旋轉戴森殼或者說戴森殼2.0。2.0版是傳統戴森殼的絕大多數技術難題的解決方案。在設計上，非旋轉戴森殼與傳統版本非常相似，都是一個巨大而堅固的球，完全包裹恆星，以收割恆星的能量。所不同的是，傳統戴森殼通過旋轉產生重力，非旋轉戴森殼則利用母星的質量作為重力來源。戴森殼2.0的直徑遠遠小於傳統版，所受到的恆星引力與家園行星相同。這意味著如果一個文明建造出非旋轉戴森殼，居民可以生活在戴森殼的外表面。

環繞恆星的戴森球，利用六邊形衛星收割恆星能量

通過這種設計，一個先進文明可以在使用相同數量材料情況下，大幅提高戴森殼的厚度，同時無需打造一種在物理學上幾乎不可能的超堅固材料。將太陽系的內側多岩行星打碎並製成建築材料，人類可以在太陽周圍建造一個50米厚的非旋轉戴森殼，同時讓戴森殼的引力與地球相同。這個殼的半徑在370萬公里左右，是水日距離的十六分之一，帕克探測器2025年近日點的近兩分之一。

與傳統戴森殼不同，非旋轉戴森殼受到的唯一應力就只有太陽引力，因此不會對建築材料提出極端要求。50米的厚度要求建築材料的強度達到2萬吉帕左右，只有石墨烯的20倍。建造這個巨型建築並不需要數百年，甚至數千年之久，因此並非一項不可能完成的挑戰。

《星際爭霸戰：下一代》中的戴森殼

為了生活在戴森殼上，外表面需要建造行星大小的碗形結構，能夠容納來自地球的各種生物圈。此外，還要為人類準確幾個碗形結構。這些“碗”會裝入可呼吸的大氣、液態水和生物，來自底部的引力會將這些留在“碗”內。各個野生動植物生物圈會像國家公園一樣，彼此間互不往來。人類則繼續在“發達”生物圈內迅速擴張。所有生物圈通過一個巨大的交通系統相連。這個系統像血管一樣穿過戴森殼內部。

戴森殼2.0面臨的最大挑戰包括：生物圈缺少陽光；表面承受極端熱量和引力不穩定。由於生物圈需要建在戴森殼外部，物種無法獲得自然光照。這個問題可通過兩種方式解決——人造照明或者反射陽光。

非旋轉戴森殼內的生物圈

由於距太陽很近，戴森殼2.0的居民要承受來自底部的高溫考驗。與帕克探測器不同，戴森殼的內部不會將熱量反射到太空，而是留在體內。這會破壞母星周圍的異塵餘生溫度梯度，可能導致母星膨脹，直至核心無法繼續核聚變或者摧毀戴森殼。此外，讓戴森殼的內部具有反射性也違背建造戴森殼的初衷。為了解決這個溫度，生物圈的底部可以採用隔熱材料，讓不需要的熱量在周圍流動，最後進入太空。此外，一個採用巨型散熱器的主動冷卻系統也有助於緩解這個問題。

由於設計本身的特性，非旋轉戴森殼會出現引力不穩定。理論上，只有質心與太陽完全一致，這個結構的引力才會穩定。然而，一旦被外部因素擾亂，例如微型小行星撞擊或者與遙遠的氣態行星發生互動，便會動搖整個結構，導致戴森殼墜落太陽。因此，需要部署一個先進的主動控制系統，利用強大的助推器保持引力穩定。

先進的外星文明可能利用戴森球收集母星的能量

兩種類型的戴森殼都面臨各種嚴峻挑戰。無論是傳統版還是非旋轉版，都需要一個極為先進的建造流程。首先，我們要將整顆行星粉碎，將其轉化成超級堅固且能夠收集太陽能的建築材料。兩種戴森殼的建造都需要具備能量輸送方面的驚人學識，要領先現在無數個世代。此外，建造者還需要對軌道動力學、太空和可操作環境有著極為深刻的認知。建造戴森殼，無論是非旋轉版還是傳統版，都是一項令人敬畏的工程學和科學奇跡。

《星際爭霸戰：下一代》中傳統戴森殼的內部景象

對於一個快速發展，謀求在宇宙中擴張的先進文明，戴森殼2.0可能是效率最高的能量收集方式。建造這樣的巨型建築絕不會一帆風順，但有一點是確定的，所有生命都必須積極面對並戰勝挑戰。太陽是距我們最近的恆星，人類也是剛剛開始收集太陽能。太陽在1秒鐘內釋放的能量足以滿足人類社會一周的能源需求。太陽的這種能量輸出還將持續50億年之久。隨著人類的觸角不斷在太空中延伸，我們需要竭盡所能地收集太陽能，以滿足不斷提高的能源需求，如果“舍近求遠”，那就太愚蠢了。

翻譯：牛樹軍