Stora flytande strukturer som utnyttjar stjärnorna kan vara hem för mänskligheten. Det är verkligen en otrolig uppgift att bygga dem. Jätteringvärldar som kretsar om avlägsna stjärnor har blivit ikoniska inom science fiction. Deras rena landskap, inneslutna i tunna ringstrukturer, lockar våra fantasi. Ringvärlden har blivit ett vanligt motiv, en framtida bas för mänskligheten.
"Naturligtvis är det allt nonsens", säger den pensionerade professor Freeman Dyson. Det var Dyson som populariserade idén om dessa megastrukturer; de blev så småningom kända som Dyson-sfärer. Dyson "lånade i sin tur tanken" från science fiction-författaren Olaf Stapledon i sin Star Maker-roman från 1937, där en resande jordgubbar möter liknande megastrukturer som absorberar energin från närliggande stjärnor. Även om Dyson såg dessa sfärer som snäckor av banor för att absorbera den maximala mängden energi från stjärnan, erkänner science fictionförfattare möjligheten att bebyggda sfärer täcker stjärnan.
Tio år efter att Dysons papper från 1960 om sådana strukturer publicerades i Science, bestämde Larry Niven att använda ekvatorringen som Dyson-sfären som grund för sin roman Ringworld.
The Ring Worlds har sedan presenterats i Halo-videospel-serien, 2013-filmen Elysium och Ian Banks roman. I Halo är de gigantiska konstgjorda världar där människor har förmågan att leva på insidan av ringen, medan utsidan skyddas av ett starkt skal. I Elysium av Neil Blomkamp kretsar ringvärlden runt jorden och ser mer ut som en rymdstation. Hur bygger du sådana ringar i den verkliga världen?
Som med alla fält är storleken viktig. Ringvärlden är en megastruktur, och dess konstruktion kommer att kräva en enorm mängd material och energi.
Samla asteroider
Science fiction-författare och före detta astronom Alastair Reynolds tror att”Det finns tillräckligt med material i Kuiper-bältet för att bygga vad som helst. Vi kunde ta upp alla små asteroider, filtrera bort flyktiga material, lämna ren sten och bygga otroliga strukturer ur det."
Kampanjvideo:
Men det finns platser där detta material finns i överflöd. Kuiper Belt - det är en region i solsystemet som sträcker sig ungefär 2,97 miljarder kilometer bortom Neptuns omloppsbana. Den är fylld med asteroidliknande kroppar som kan vara en idealisk källa för råvaror.
Astronom Katie Mack håller inte med honom. Hon säger: "Kuiper-bältet är ganska diffust och du måste montera och demontera en hel del kroppar för att samla rätt mängd material."
Om - och detta är ett stort om - framtidens samhälle har tillräckligt med tid och förmåga att samla in och transportera material från Kuiper-bältet till den nödvändiga bana, kommer det att finnas tillräckligt med råvaror för att bygga ringvärlden. Frågan kvarstår dock om det är värt att investera denna mängd tid och resurser.
Ringvärlden måste också stödja någon form av tyngdkraft; annars skulle allt, inklusive den atmosfär som behövs för livet, flyta bort i djupa rymden. Det vanligaste sättet att generera konstgjord tyngdkraft är att generera centrifugalkraft genom rotation. Att få ett så massivt objekt att rotera med den erforderliga hastigheten är dock en kolossal uppgift.
Rotationskrafterna måste vara jämnt fördelade, annars kan strukturen riva sig isär. Lyckligtvis finns det ingen friktion i rymden, och rotation med önskad hastighet kommer inte att sakta ner.
Ju större ringvärldsdiametern är, desto fler krafter kommer att verka på den roterande strukturen. Enligt Mack beror styrkan på dessa skjuvkrafter som verkar på ringen på "hur nära du är till stjärnan och hur mycket tyngd du behöver."
Okänd kraft
Om vi antar att ringvärlden kommer att ha samma diameter som jordens omloppsbana (cirka 300 miljoner kilometer) och kräver tyngdkraft på 1G, skulle den behöva rotera med en hastighet av cirka 1,9 miljoner kilometer per timme. De krafter som verkar på det kommer att vara så kraftfulla att enligt Mack "måste vi hitta ett nytt sätt att binda atomerna tillsammans."
En av de teoretiska lösningarna på detta tekniska problem kan vara dold i någon form av piezoelektricitet. Enkelt uttryckt kan materialet förstärkas artificiellt genom att leda elektricitet genom det.
Med tanke på ringens storlek och den energi den behöver, börjar emellertid detta kolossala företags effektivitet återigen ifrågasättas. Ström måste fördelas jämnt över hela strukturen, samtidigt som risken för katastrofalt strömavbrott minskar till noll.
Den ultimata utmaningen kommer att vara att hålla ringvärlden i en stabil bana runt stjärnan. Reynolds erinrar om att kort efter att Larry Nivens "Ringworld" publicerades, "beräknade fansen att om Ringworld rörde sig lite närmare stjärnan, skulle balansen bli störd, strukturen skulle driva och så småningom explodera."
Niven tog hand om detta i de senare romanerna av The Ringworld, fäst raketer på ytterkanten av strukturen, som ständigt skulle stabilisera sin position och säkerställa dess centrering relativt stjärnan.
Om vi antar att framtidssamhället kommer att ha stor teknisk kapacitet för att bygga ringvärlden, kommer de att lösa frågan om att stärka strukturen och upprätthålla dess omloppsstabilitet, vad kommer de att göra med den härnäst?
I kultur användes orbitalstationer som stora bostäder, medan de i Halo-serien var dommedagsanordningar utformade för att detonera och förstöra farlig infektion. Dyson såg sina områden som ett medel för att maximera energi skörden från en stjärna, inte som ett alternativ till terrformning för att göra dem lämpliga för människor.
Mack säger: "Vi kunde skapa en ringvärld så att vi inte går igenom befintliga världar." Men hon tror att denna lösning kanske inte är den mest effektiva. Forskaren tror att "alla samhällen som lätt kan bygga en struktur som en ringvärld lätt kan hitta en stenig planet och terraformera den efter eget gottfinnande."
Även om tekniken för terraformning skiljer sig från vad som krävs för att bygga en orbitalring, kommer nivån på den totala tekniska utvecklingen att vara ungefär densamma. Å andra sidan förblir ringvärlden för all deras teoretiska glans vetenskapligt otillgängliga och ineffektiva exempel på stjärnteknik.
Ilya Khel