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二級文明的證明,高維生物「打火機」,造一顆戴森球要多大成本?

2024-04-25科學

光伏其實就是利用太陽的光照發電。可惜只是在地球的某些地方鋪設光伏器材,已經不太能滿足人們狂野的思緒了。

那麽,不如我們把太陽能發電板鋪滿全地球呢?這個想法夠狂野,但是還有更狂野的。

太陽朝著四面八方都釋放能量,能到達地球的不過是九牛一毛。那我們為什麽不 用一個大球形的罩子給太陽罩起來 ,這樣不就能利用太陽的幾乎全部能量了?

人造「戴森球」,可能實作嗎?

把太陽能發電板搞到太空上去,在日本的動畫機動戰士高達00當中,作者就提出過這樣的設定。

故事的設定是2300年之後,地球上的化石能源接近枯竭。所以人類將太陽能發電板運到了太空,只不過動畫裏只是修了幾條環地球太陽能發電的帆板,沒有給地球的圍一圈就是了。

機動戰士高達00的太陽能發電系統

而且,更加狂野的給太陽圍一圈的裝置也有人設想過。它就是「戴森球」。

「戴森球」顧名思義,是由美國物理學家弗裏曼·戴森在1960年就提出的一種理論。說白了就是給太陽這些恒星罩一個球,球的內壁是太陽能發電裝置,直接肥水不流外人田,把太陽輻射出去的能量全部都罩住,完全利用起來。

畢竟到達地球的太陽輻射能量,只是太陽全部輻射能量的二十二億分之一。如果能夠全部利用起來,人類直接宣布實作能源自由。

戴森球想象圖

不過,想必大家也發現了:這些技術,不是出現在文藝作品中,就是出現在設想裏。完全沒有什麽實質性的專案。大家就應該能猜到,我們人類目前的技術還達不到能夠建造戴森球的水平!

人類的文明等級還太低

那麽?我們現在和戴森球還差多遠呢?這裏我們就不得不引入另一個概念了。那就是文明等級劃分。現在比較常用的是 卡爾達舍夫等級

前蘇聯天文科學家尼古拉·卡爾達舍夫

這個規則是這樣的,一個文明能夠利用自己所在行星的全部能源,這個文明就屬於一級文明。對於人類來說就是能夠全部利用地球的能源。

如果人類能夠完全利用太陽系的能源,那人類就屬於二級文明了。再進一步,還有三級文明,也就是能夠完全利用銀河系的能源,以此類推。而根據估算,人類目前充其量達到了0.7級文明。

當然,這個劃分規則只是一個大概的描述,並不是要你一點不落的把全地球,或者太陽系的能源一點不落的全都利用起來。比如說,地球上有個地方的石油,儲量很少,開采難度很高。開采石油花費的能源比石油本身還多,那你就沒有必要開采了。

但是就差了這點石油,你能說我們就不能夠達到0.7級文明了嗎?顯然不是,其他分級也是一樣。

而反觀戴森球,幾乎都是把太陽的所有能量基本全都利用起來了。那也就是說快非常接近二級文明的水平了。我們現在 只有0.7級而已 。確實是還差得遠呢!

青海塔拉灘光伏電站

用光伏板包圍太陽,有哪些技術難題?

或許這樣的等級比較不夠直觀,我們來粗略計算一下。

目前中國最大的光伏發電基地是位於青海省的青海塔拉灘光伏電站,占地面積約為600平方千米。而 地球的表面總面積是510072000平方千米 。也就是需要85萬座青海塔拉灘光伏電站。才能鋪滿地球表面。

然後不要忘記 太陽的表面積是地球的12000倍 。並且,友情提示一下,這是貼著太陽表面安裝的。正常情況下,我們這樣幹,這些太陽能電池板會立刻被高溫損壞的。但是即使這樣,也需要 102億座 青海塔拉灘光伏電站

太陽表面溫度高達5500攝氏度

更別說為了防止高溫,還要將安裝的太陽能電池板隔開太陽一段距離,這樣需要的太陽能帆板面積就會成平方級的增加。

除了工程量巨大,這樣大量的工程需要消耗的原料也是個天文數碼,先別說我們的工業能力夠不夠強。就算是我們的工業產能拉滿。地球上有沒有足夠的材料,我們也得打個問號。

就再退一步。地球上有足夠的原料,我們也生產出了這些器材。我們得將它們都發射上太空。而目前人類去往太空的途徑還只有火箭一條路。而火箭就有一個很大的缺點。那就是, 效率非常低

火箭的有效載荷只是頭部的一小塊

發射時你看到的是一個高達幾十米,幾百噸重的火箭,可 真正到達太空的有效載荷,連10%都達不到 。要想把這些太陽能電池板送往太空,光是火箭就是另一項巨大的工程。

並且,制造太陽能電池板的材料還要夠堅固,因為這並不是像我們現在空間站上那樣幾片十幾米最多幾十米的太陽能帆板。而是一整個連成片的,上萬億平方千米的連續的陽能電池板。這個結構強度也不是現在的材料能比擬的。

戴森球計劃規模龐大

在這之後,我們還要掌握在太空的航行能力,才能給這些太陽能電池板進行維護和修理。

總結

看了上面的難題,我們一定要明白,並不是建造了戴森球讓我們突然變厲害了,而是只有我們的各項科技發展到一定水平,才能開始建造戴森球。

首先我們要突破材料學,建造出質素過硬的戴森球元件,

火箭回收

其次我們需要一個更劃算的將大批物資運輸出地球的送往宇宙的能力。這樣無論是直接把戴森球相關材料直接送入太空才能有可能實作。還要做好地球資源不足,開采其他星球資源的準備。

再者,我們的宇宙航行技術技術要實作長足的進步,特別是驅動方式,如果還用傳統的化學火箭,那成本肯定起飛,而效率也不會很高。

因為要往來運輸這些元件,然後其中不免有人參與,即使考慮人工智能可以參與管控。但是應該不能完全取代人工。那麽一個生態迴圈系統也變得必不可少。

可控核聚變技術

方方面面上,我們還差好多。不過, 我們也在努力

材料學是人類從來沒有放棄研究的學科;火箭,我們正在開發可回收火箭,盡可能降低成本,甚至未來會出現其他的方式;宇宙航行的動力,傳說中的可控核聚變我們也在研究,並且水平位於全球前列。

所以,雖然我們的有生之年應該是看不到戴森球建成了,但是「子子孫孫無窮匱也」終有一天,我們會「集齊」所有的相關技術,邁進「二級文明」的大門。因為我們的目標是星辰大海。