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ダイソン球は、恒星を包み込み、そのエネルギー出力の大部分を捕捉する仮想的な巨大構造物です。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]この概念は、宇宙を航行する文明が、母惑星の資源だけで生成できるエネルギー需要を超えた場合に、どのようにエネルギー需要を満たすかを想像しようとする思考実験です。恒星のエネルギー放出のごく一部しか周回惑星の表面に到達しないため、恒星を囲む構造物を建設することで、文明ははるかに多くのエネルギーを収穫できるようになります。
このような構造を現代において最初に想像したのは、オラフ・ステープルドンのSF小説『スターメーカー』（1937年）である。同じ概念は後に物理学者フリーマン・ダイソンによって1960年の論文「赤外線放射の人工恒星源の探索」で使用された。[ 4 ]ダイソンは、このような構造は技術文明の増大するエネルギー需要の論理的な帰結であり、その長期的な生存に必要であると推測した。天文学的探索で検出されたこのような球体の痕跡は、地球外知的生命体の指標となるだろう。
ダイソンの論文以来、人工構造物や一連の構造物を用いて恒星を包み込む様々な設計案が探査工学分野で提案されたり、 SF作品で描かれたりしてきた。それらはしばしば「ダイソン球」という名称で呼ばれている。フィクション作品では、恒星を囲む固体の殻が描かれることが多いが、ダイソン自身はそのような構造は不可能だと考えていた。彼が想像した球体は、恒星の周りを独立した軌道で周回する物体の緩やかな集合体、すなわち群れで構成されており、この構造は「ダイソン群」として知られるようになった。
オラフ・ステープルドンの1937年のSF小説『スター・メーカー』[ 5 ]に触発され、物理学者で数学者のフリーマン・ダイソンは、1960年のサイエンス誌の論文「人工的な恒星赤外線源の探索」で、後に「ダイソン球」として知られるようになる概念を初めて体系化した。ダイソンは、高度な技術文明のエネルギー需要が増加するにつれて、その文明が局所的な恒星から大規模にエネルギーを体系的に収穫する必要が生じる時が来るだろうと理論づけた。彼は、恒星のエネルギーを遮断して収集するように設計された構造物のシステムを恒星の周回軌道上で使用することで、これが可能になるだろうと推測した。彼は、この構造物によって恒星の光が大規模に遠赤外線に変換されるため、地球から赤外線源を探索することで知的生命を支える恒星を特定できると主張した。[ 4 ]
ダイソンは、そのようなシステムがどのように構築できるかについては詳しく説明せず、論文では単に「シェル」または「バイオスフィア」と呼んだだけだった。彼は後に、固体構造を念頭に置いていたわけではないと明確にし、「星を囲む固体のシェルやリングは機械的に不可能です。私が想定した『バイオスフィア』の形態は、星の周りを独立した軌道で移動する物体の緩やかな集合体または群れで構成されています」と述べた。[ 6 ]このような概念はしばしば「ダイソンスウォーム」と呼ばれてきたが、[ 7 ] 2013年にダイソンは、この概念が自分の名前で呼ばれたことを後悔するようになったと述べた。[ 8 ] 2003年にロバート・ライトとのインタビューで、ダイソンはダイソン球の探索に関する自身の論文を「ちょっとした冗談」と呼び、「自分が真剣に考えていないことでしか有名になれない」とコメントした。[ 9 ] [ 10 ]後に、「もちろん冗談なのは、空にはタイプII文明のように見える赤外線源がうようよしているということだ。だから、それらが人工物だと信じる理由は全くない…我々の距離から見れば同じように見えるだろう」と説明した。[ 11 ]しかし、2018年にエディンバラ大学の学生とのインタビューで、彼はダイソン球の前提を「正しく、議論の余地がない」と述べた。[ 12 ]他のインタビューでは、その物体の命名を嘆きつつも、ダイソンは「そのアイデアは良いものだった」とコメントし、惑星を解体してダイソン球を構築する方法に関する論文への自身の貢献に言及した。[ 13 ]
遠方の恒星の周囲にあるダイソン型エネルギー収集器は、恒星からエネルギーを吸収して再放射する。再放射されるエネルギーの波長は、恒星内に自然には存在しない重元素の存在により、恒星のスペクトル型とは異なる可能性がある。このような非典型的な波長の割合が有意であれば、星間距離で異星人の巨大構造物を検出できる可能性がある。[ 4 ] これは、タイプIIカルダシェフ文明と呼ばれるものの存在を示す可能性がある。[ 14 ]
SETIは、フェルミラボと同様に、太陽類似天体からの赤外線が強いスペクトルを探しました。[ 15 ] [ 16 ]フェルミラボは17個の潜在的な「曖昧な」候補を発見し、そのうち4個は2006年に「面白いがまだ疑問」と呼ばれました。[ 15 ]その後の探索でもいくつかの候補が見つかりましたが、いずれも未確認のままです。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
2015 年 10 月 14 日、Planet Huntersの市民科学者が恒星KIC 8462852の異常な光度変動を発見し、ダイソン球が発見された可能性があるという報道の憶測が広がった。[ 20 ] [ 21 ]しかし、その後の分析では、結果は塵の存在と一致していることが示された。[ 22 ] [ 23 ] 2024 年、星間ダイソン球の可能性のある兆候が発見されたという報道の憶測があった。[ 24 ] [ 25 ] 関心のある 7 つの天体はすべて地球から 1000 光年以内に位置し、太陽よりも小さく光度の低い恒星のクラスであるM 矮星であった。しかし、発見の著者は誇張した主張をしないように注意した。 [ 26 ]それにもかかわらず、多くのメディアがこの話を取り上げた。あまり空想的ではない説明としては、検出された赤外線は遠くの塵に覆われた銀河によって引き起こされたという提案があった。[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]
ダイソン球が群れをなす形で存在することは理論的には可能であるが、太陽の周りに安定した巨大構造物を構築することは、現在の人類の工学能力をはるかに超えている。完全なダイソン球を取得、送信、維持するために必要な宇宙船の数は、現在の産業能力を超えている。ダイソン球は、恒星から有用なエネルギーを抽出することを目的とした、仮説上の巨大構造物である、提案されている恒星エンジンの実現可能性についての憶測を促した。たとえば、マトリョーシカの脳は、ダイソン球によって抽出されたエネルギーを計算に使用することが提案されており、シュカドフスラスタは推進のためにエネルギーを抽出する。提案されている恒星エンジンの設計の中には、ダイソン球に基づいているものもある。[ 30 ] [ 31 ]未来学者ジョージ・ドヴォルスキーは、比較的近い将来に人類の工学能力の限界を克服するために、自己複製ロボットの使用を提唱している。[ 32 ]ダイソン球の居住施設は白色矮星[ 33 ]やパルサー[ 34 ]の周りに建設できると示唆する人もいる。
2022年には、太陽の周りのダイソン群を水星または火星から打ち上げることが提案された。エネルギーを太陽に送り返すために、遠距離放射型無線電力伝送が提案されたが、この技術はまだ完全には開発されていない。[ 35 ]
ダイソン球の概念の先駆けは、1937年のオラフ・ステープルドンの小説『スターメーカー』[ 1 ]に登場し、その中で彼は「すべての太陽系は…光トラップのガーゼに囲まれており、そこから逃げる太陽エネルギーを賢明な用途のために集束させている」と描写した[ 36 ] 。ダイソンはこの本からインスピレーションを得て、「ステープルドン球」という名前の方がこの概念にふさわしいと提案した[ 37 ] 。架空のダイソン球は通常、問題の星の周りに連続した殻を形成する固体構造だが、ダイソン自身はそのような見通しは機械的に不可能だと考えていた[ 2 ] [ 3 ] 。それらは時として、ビッグ・ダム・オブジェクトとして知られるタイプのプロット装置として使用される[ 38 ]。
ダイソン球は、1964 年のフリッツ・ライバーの小説『放浪者』など、多くのフィクション作品の背景要素として登場し、その小説では異星人がこのようにして複数の星を囲んでいます。[ 1 ] [ 38 ] [ 39 ]ダイソン球は、1975 年のフレデリック・ポールとジャック・ウィリアムソンの小説シリーズ『カッコウの物語』にも描かれており、ボブ・ショーの 1975 年の小説『オービッツヴィル』とその続編の舞台となっています。[ 2 ] [ 3 ] 1992 年のテレビ番組『新スタートレック』のエピソード「レリックス」では、[ 40 ] USSエンタープライズ号が放棄されたダイソン球に閉じ込められていることに気づきます。[ 41 ] [ 42 ] 2011 年のインタビューで、ダイソンは、このエピソードは楽しかったが、描かれている球体は「ナンセンス」だと考えていると述べました。[ 43 ]小説版を執筆したマイケル・ジャン・フリードマンは、テレビエピソード自体ではダイソン球は事実上マクガフィンであり、物語の中で「それについて何も語られていない」と指摘し、小説版ではそのプロット要素を掘り下げることにした。[ 44 ] : ix
その他のSF小説の例としては、トニー・ロスマンの『世界は丸い』、ソムトウ・スチャリトクルの『インクエスター』シリーズ、ティモシー・ザーンの『スピネレット』、ジェームズ・ホワイトの『フェデレーション・ワールド』、スティーブン・バクスターの『タイム・シップス』、ピーター・F・ハミルトンの『パンドラの星』などがある。[ 1 ] : 133ダイソン球の概念のバリエーションとしては、ラリー・ニーヴンの1970年の小説『リングワールド』の単一の円形バンド、[ 3 ] [ 45 ] [ 46 ]グレゴリー・ベンフォードとニーヴンの2012年の小説『ボウル・オブ・ヘブン』の半球、 [ 2 ] [ 3 ]コリン・カッペの1980年代の『ケージワールド』シリーズとブライアン・ステイブルフォードの1979年から1990年の『アスガルド』三部作の入れ子構造の球体（マトリョーシカの脳としても知られる）などがある。[ 1 ] [ 3 ]
ステイブルフォードは、ダイソン球は通常マクガフィンとして扱われるか、物語の背景に追いやられていると指摘し、フリッツ・ライバーの『放浪者』やリンダ・ナガタの『欺瞞の井戸』などの例を挙げた。この概念を探求する物語では、ラリー・ニーヴンの『リングワールド』のようなバリエーションが使われる傾向がある。[ 1 ]： 133彼はその理由を2つ挙げた。第一に、ダイソン球の途方もない規模は、ほとんどの物語の制約の中で扱うことを困難にしている。フリードマンは、小説版『レリックス』では、この本がわずか400ページで、執筆に4週間弱しか時間がなかったため、この問題を避けたと述べている。第二に、特にハードSFでは、ダイソン球は工学的な課題を抱えており、物語の中でそれを使用することを複雑にしている。[ 1 ] : 133 [ 44 ] : ixこうした困難の一つは、球殻定理から生じる。球殻内では重力は平衡状態にあるため、内部表面に有効な重力を与えるには回転などの追加のメカニズムが必要となる。これにより、極でゼロに減少する重力勾配など、さらなる複雑さが生じる。[ 1 ] : 133著者らは、ステイブルフォードのケージワールドの入れ子構造、ダン・アルダーソンの二重球体アイデア、ニーブンの縮小リングワールド設計など、概念のさまざまな修正を通じてこれらの問題に取り組んできた。
一部のSF作家は、人工生物圏の発明者として私の功績を誤って与えている。実際には、私は彼らの同僚であるオラフ・ステープルドンからそのアイデアを得たのだ。
個の[銀河]は、星の光の半分以上を貪り食う宇宙人が生息するほど赤かった。
スタートレック
で実際に「ダイソン球」というフレーズが使われたのですか
？
フリーマン・ダイソン: ええ、
使われましたよ。 ライト: 本当に？
フリーマン・ダイソン: 娘の一人が後でその番組のテープを送ってくれたので見てみました。ええ、とても分かりやすくラベルが貼ってあって、実際見ていてちょっと面白かったんですが、全部ナンセンスです。でも、なかなか良い映画作品ですよ。[未編集の書き起こしに句読点を追加]