如何囚禁一顆太陽

名師簡介：

魏然，九三學社社員，本碩畢業(yè)于北京大學，擁有多學科領(lǐng)域?qū)W位計22個。自2014年起，于北大附中高中部開設(shè)科幻文學概論、科幻影視概論等科幻系列課程。其中科幻文學概論是大陸地區(qū)公立高中正式開設(shè)的首門科幻文學通識課程，該課程設(shè)計及教學實踐的相關(guān)成果曾獲北京市基礎(chǔ)教育科學研究優(yōu)秀論文一等獎。曾擔任中國科普作家協(xié)會科普科幻教育講師團成員、科普科幻青年之星計劃評委，全球華語科幻星云獎（大眾）評委，北京高?？苹弥R競賽命題人，有多篇作品發(fā)表于《科幻應該這樣教》《中國教師報》《科普時報》《深圳商報》等。

本質(zhì)上說，我們身邊的能源絕大多數(shù)都來自太陽——木柴中儲存了植物吸收的陽光能量，煤和石油同樣可以追溯到遠古植物，風能和水能來源于陽光照射帶來的氣流和云雨，至于太陽能，光從名字看就夠直白了。

因此，如果能囚禁一顆太陽，豈不是能擁有取之不盡的能量？

的確有人認真考慮過這個問題。物理學家弗里曼·戴森（1923 －2020）受到前人啟發(fā)，在1959年提出了一種可能實現(xiàn)的方法——制造一個巨大的球殼，將整個太陽包裹在內(nèi)，從而將它釋放的能量一絲不落地全部吸收。后來，這個能夠囚禁太陽并吸收能量的球殼被人們稱為“戴森球”。戴森球把太陽從宇宙中隔絕出來，讓它成為人類專屬的大號能量源。

但作為一顆恒星，太陽可沒那么容易被馴服。太陽具有強大的引力，一個靜止的戴森球為了避免坍塌，必須與太陽的引力相抗衡，這對球殼制造材料強度的要求遠遠超出了任何已知物質(zhì)的上限。那么，讓戴森球動起來，以太陽為中心旋轉(zhuǎn)，用離心力來對抗太陽的引力行不行呢？由于球殼上不同緯度的轉(zhuǎn)速不同以及由此產(chǎn)生的受力情況不同，旋轉(zhuǎn)的球殼會先把自己撕裂。

于是，有人基于這樣的思考，將戴森球加以改進，提出了“戴森云”。戴森云不再是完整的堅固球殼，而是由許多松散結(jié)構(gòu)組成的集群，它們沿著各自的軌道，共同圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。但這就意味著大量的相互遮擋和無比復雜的軌道設(shè)計，包括其自身引力帶來的軌道扭曲——戴森云也有無法回避的缺陷。

還有人提出了“戴森環(huán)”。戴森環(huán)也繞著太陽旋轉(zhuǎn)，但只保留了戴森球球殼赤道上的窄窄一圈，圈上各緯度轉(zhuǎn)速基本相同，從而保持結(jié)構(gòu)的完整，至少不會被自己撕裂?？上н@種旋轉(zhuǎn)并不穩(wěn)定，極小的擾動就能打破平衡，讓戴森環(huán)的中心偏離太陽，就像旋轉(zhuǎn)的呼啦圈一般，越甩越遠，最終斷裂和墜落。而且對于戴森環(huán)而言，不論是維持軌道位置，還是保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，都需要消耗不計其數(shù)的能量。在拉里·尼文的科幻小說《環(huán)形世界》系列里，就描述了這樣一個巨大的圓環(huán)以及圓環(huán)險些自毀的故事。

即便以上這些問題都能夠被不斷發(fā)展的科技慢慢解決，可制造戴森球或者戴森云、戴森環(huán)的材料要從哪里來呢？經(jīng)過計算，如果以地球到太陽的距離作為半徑，修建一個包裹住整個太陽的球殼，哪怕用上太陽系里所有的行星、衛(wèi)星和塵埃，甚至拆掉地球作為建筑材料，也只能勉強修得相當薄，甚至可能薄至幾厘米。這樣的球殼如果是普通物質(zhì)，在太空中很快便會被破壞得千瘡百孔。按照人類目前的科技水平，也許只有尚在理論設(shè)計階段的星際太陽光帆，才能從材料的角度為“ 囚禁太陽”計劃的實現(xiàn)保留一絲可能。

其實，戴森提出這一設(shè)想，初衷并非是追求獲得更多能量，而是為了探索外星文明。他認為隨著文明的發(fā)展，其對能量的需求會越來越多，并終將達到需要所屬恒星系全部能量的程度。因此，足夠發(fā)達的文明，最終都要通過戴森球或者類似的形式，將恒星囚禁起來，以獲得盡可能多的能量。這些能量將被文明收集、使用，最終轉(zhuǎn)化為廢熱，排放到宇宙之中。據(jù)此，遙遠的外星文明或許通過簡單的天文觀測就能發(fā)現(xiàn)——以人類現(xiàn)有的能力便有機會探測到許多光年之外由廢熱釋放出的紅外線，而那種恒星能量級別的紅外線是其他天體難以冒充的。

根據(jù)戴森的設(shè)想，我們甚至可以得出這樣的結(jié)論：恒星亮度的變化，可能就來自不完整的戴森球結(jié)構(gòu)對恒星的周期性遮擋。自2009年開普勒太空望遠鏡升空以來，我們獲得了深空中若干恒星亮度異常變化的樣本，它們中的許多難以用行星繞轉(zhuǎn)等常規(guī)原因加以解釋。也許，在這些變化的恒星光芒之中，便隱藏著神秘的戴森球和外星文明。

時至今日，人類還太過弱小，我們只能通過對星空的簡單觀測，默默搜尋和仰望那些囚禁了恒星的偉大文明。但相信總有一天，人類文明也將擁有征服群星的力量，在宇宙中熠熠生輝。