スターリフティング
スターリフティングとは、十分に進歩した文明（具体的にはカルダシェフII文明以上）が恒星の物質の大部分を除去し、再利用することで、恒星のエネルギー出力と寿命を最適化することができるという仮説上のプロセスの一つである。この用語は、デイヴィッド・クリスウェルによって造られたと思われる。[1]
恒星は、太陽風、コロナ質量放出、その他の自然現象によって、既に少量の質量を失っています。主系列における恒星の一生を通して、この損失は通常、恒星の総質量と比較して無視できるほどです。恒星の一生の終わり、赤色巨星または超新星爆発の時にのみ、大量の物質が放出されます。提案されている恒星上昇技術は、この自然なプラズマ流を増加させ、磁場で操作することで機能します。
恒星は深い重力井戸を持っているため、このような作業に必要なエネルギーは膨大です。例えば、太陽の表面から水星まで太陽の物質を持ち上げるには、1.6 × 10 13 J /kgのエネルギーが必要です。このエネルギーは恒星自身から供給され、ダイソン球によって集められます。太陽の総出力の10%を使用すると、年間5.9 × 10 21 kg（太陽の総質量の0.0000003%）、つまり地球の月の質量の8%に相当します。
材料の持ち上げ方法
熱駆動流出
星を持ち上げる最もシンプルなシステムは、マイクロ波ビーム、レーザー、粒子ビームなど、システムのエンジニアにとって最も効率的であると証明された様々なエネルギー供給手段を用いて、星の大気の小さな領域を直接加熱することで太陽風の流出速度を高めるというものです。これにより、目標地点で太陽フレアに似た大規模かつ持続的な噴火が発生し、太陽風が供給されます。
結果として生じる流出は、恒星の赤道周囲のリング電流を使用して収集され、恒星の回転極上に双極子を持つ強力なトロイダル 磁場が生成されます。これにより、恒星の太陽風が、一対の磁気ロケットノズルを通過する、回転軸に沿って一列に並んだ一対のジェットに偏向されます。磁気ノズルはプラズマの熱エネルギーの一部を外向きの速度に変換し、流出を冷却するのに役立ちます。この磁場を生成するために必要なリング電流は、恒星の赤道の周りの近い軌道上にある粒子加速器宇宙ステーションのリングによって生成されます。これらの加速器は互いに物理的に分離されていますが、両側に隣接する加速器と、反対方向に向いた2つの逆電荷イオンビームを交換し、恒星の周りを完全に周回します。
「ハフ・アンド・パフ」
デイヴィッド・クリスウェル[2]は、極ジェットシステムの改良を提案した。これは、恒星表面の加熱を必要とせず、磁場を利用して太陽風の流出量を直接増加させる手法である。彼はこれを「ハフ・アンド・パフ」法と名付けた。これは童話『三匹の子豚』に登場する悪いオオカミの脅し文句に由来する。
このシステムでは、粒子加速器のリングは軌道上には存在せず、代わりに磁場自体の外向きの力によって恒星の重力に抗うことになります。恒星の大気にエネルギーを注入するために、まずリングカレントを一時的に停止し、粒子加速器ステーションが恒星の表面に向かって自由落下を開始します。ステーションが十分な内向きの速度に達すると、リングカレントが再び活性化され、その結果生じた磁場がステーションの落下を逆転させるために使用されます。これにより恒星が「圧縮」され、恒星の大気が極性磁気ノズルを通して押し出されます。リングカレントは、リングステーションが十分な外向きの速度に達して恒星から遠く離れすぎる前に再び停止され、恒星の重力によって再び内向きに引き戻され、このサイクルが繰り返されます。
リングステーションを1セットだけ設置すると、非常に断続的な電力の流れが発生します。複数のリングステーションを設置し、各セットがハフ・アンド・パフサイクルの異なる段階で稼働するようにすることで、この電力の流れを平滑化することが可能になります。これにより、常に1つのリングステーションが「圧迫」状態になります。これにより、システムの電力要件も時間の経過とともに平滑化されます。
遠心加速度
トロイダル磁場を利用して太陽風の流出量を増加させるハフ・アンド・パフ法の代替案として、リングステーションを赤道軌道ではなく極軌道に配置するという方法があります。この場合、2つの磁気ノズルは恒星の赤道上に配置されます。これらの2つの赤道ジェットからの流出量を増加させるため、リング系は恒星の自然な自転速度よりもはるかに速い速度で恒星の周りを回転します。これにより、磁場によって巻き上げられた恒星の大気が外側に吹き飛ばされます。
この方法は、他の方法と比較して、いくつかの重大な複雑性を抱えています。リングをこのように回転させるには、リングステーションで強力なロケット推力を使用する必要があり、大型のロケットシステムと大量の反応物質が必要になります。この反応物質は、ロケットの排気を恒星の表面に衝突させるように導くことで「リサイクル」できますが、恒星からの流出物から新鮮な反応物質を採取し、十分な量をリングステーションに供給することは、システムの複雑さをさらに増します。さらに、結果として生じるジェットは、極からまっすぐに噴出するのではなく、恒星の赤道から外側へ螺旋状に噴出するため、回収が複雑になるだけでなく、システムに動力を供給するダイソン球の配置も複雑になる可能性があります。
持ち上げられた塊を収穫する
恒星から持ち上げられた物質は、数百または数千天文単位の長さのプラズマ ジェットの形で出現します。これは主に水素とヘリウムで構成され、現在の工学基準では非常に拡散します。この流れから有用な物質を抽出し、結果として生じる膨大な量を貯蔵する方法の詳細は、広く研究されていません。 1 つの方法は、非常に大規模な質量分析法を使用してジェットから有用な元素を精製し、レーザー冷却で冷却し、塵の粒子に凝縮して収集することです。別の方法としては、大型ソレノイドを使用してジェットを減速し、成分を分離する方法があります。このシステムによって電気も生成されます。余剰の水素とヘリウムから小型の人工ガス惑星を建造し、将来使用するために貯蔵することができます。余剰ガスは、カスタム仕様の新しい地球型惑星の建造に使用することもできます。
太陽系の場合、太陽から採取した物質の利用可能性の一つとして、木星への添加が挙げられます。木星の質量を約100倍に増加させることで、木星は恒星となり、その衛星や小惑星帯にエネルギーを供給できるようになります。しかし、これは太陽系内の他の天体の軌道を壊滅的に変化させないよう、慎重に行う必要があります。[2]
素晴らしい畜産
恒星の寿命は、核燃料の供給量と、核における核融合反応でその燃料を消費する速度によって決まります。大きな恒星は燃料の供給量が多いものの、その質量増加に伴う核圧力の上昇により燃焼速度が大幅に上昇します。そのため、大きな恒星の寿命は小さな恒星よりも大幅に短くなります。現在の恒星力学理論では、恒星の大気の大部分と核融合が起こる核物質との間の混合はほとんど起こらないことが示唆されており、そのため大きな恒星の燃料の大部分は自然に利用されることはまずありません。小さな赤色矮星は、自然に完全に対流しており、核のヘリウムが外層の水素と混合することで、数兆年という極めて長い寿命を実現しています。
星の持ち上げによって恒星の質量が減ると、核融合の速度が低下し、星を持ち上げるプロセスに利用できるエネルギー量が減りますが、克服する必要がある重力も減ります。理論的には、十分な時間があれば、恒星の全質量の任意の大きな部分を除去することが可能です。このようにして、文明は恒星の燃料使用速度を制御し、恒星の電力出力と寿命を必要に応じて最適化できます。このプロセスで抽出された水素とヘリウムは、それ自体が核融合炉の燃料として利用できます。あるいは、物質を組み立ててさらに小さな恒星を増やし、使用効率を上げることもできます。理論的には、恒星から持ち上げられた物質に蓄えられたエネルギーのほとんどは、ホーキング放射のメカニズムを介して小さなブラックホールにすれば収穫できます。
フィクションでは
- テレビシリーズ『スターゲイト・ユニバース』では、古代の宇宙船デスティニー号と、その2000年前に送り込まれたシードシップが、恒星からのプラズマを燃料として宇宙を航行します。この宇宙船は恒星の表面を滑空した後、恒星の光球面下へ潜り込み、格納式コレクターを使ってプラズマを吸い上げます。[3]
- スター・ウォーズシリーズの『旧共和国の騎士』では、スター・フォージは星を持ち上げる能力を持っています。ある意味では、正史7作目のスターキラー基地は、惑星を破壊するレーザー砲に動力を供給するために星を持ち上げるのですが、そのために星全体を消費してしまいます。
- 小説『スタートレック：ヴォイジャー殺された太陽』では、爬虫類の種族が恒星の物質を使ってワームホールを維持する様子が描かれている。しかし、小説ではこのプロセスは恒星の寿命を延ばすのではなく、むしろ急激に短縮させるものとして描かれている。
- ピーター・F・ハミルトンの『夜明けの三部作』では、異星人キイントが恒星から採取した質量を用いて、太陽の周りに特注の惑星群を創造した。また、赤色巨星を周回する巨大な「都市」に居住する異星人は、惑星採掘の代替手段として、電磁ラムスクープを搭載した宇宙船を使用している。[4]
- ドクター・フーのエピソード「42 」では、宇宙船ペンタリアンの乗組員が恒星から物質を採取し、宇宙船の燃料として使用します。
- 映画『スター・ウォーズ／フォースの覚醒』では、ファースト・オーダーはスターキラー基地の兵器として恒星のエネルギーを利用し、新共和国の首都ホズニアン・プライムとレジスタンスのディカー基地を破壊しました。最終的にレジスタンスはスターキラー基地への攻撃を開始し、基地の破壊と恒星のエネルギーによって、ハン・ソロを偲んで「ソロ」と名付けられた新たな星が誕生しました。
- チャールズ・ストロスの中編小説『パリンプセスト』では、ステイシスは星を持ち上げて太陽の中心核をブラックホールに置き換え、寿命が大幅に延びた「ネクロスター」を作り出す。
- スティーブン・バクスターの小説『タイムシップ』では、モーロック族が太陽から持ち上げた物質を使って地球の軌道内にダイソン球を作り出します。
- レイ・ブラッドベリの短編小説『太陽の黄金のリンゴ』では、人類はコパ・デ・オロロケットで太陽まで行き、機械のカップを太陽の中に浸して、地球のために星の熱を捕らえるとしている。[5]
- ビデオゲームシリーズ『Destiny』では、ヴェックスと呼ばれる機械の種族がスターリフトを使い、フォージスター 2082 ヴォランティスの寿命を人工的に延ばします。
参考文献
- ^ Matloff, GL (2017-01-01). 「Star Lifting: An Application for Alien Megastructures」. Journal of the British Interplanetary Society . 70 : 458–460 . Bibcode :2017JBIS...70..458M. ISSN 0007-084X.
- ^ ab 太陽の若返りとその他の地球規模の大災害の回避、p. 167、Googleブックス ISBN 978-0-387-68128-3
- ^ “Home > Stargate Universe – Season One Images > Screen Captures > Light (105)”. GateWorld.net. 2009年10月25日. 2011年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年10月27日閲覧。Destiny 拡張スクープのスクリーンショット。
- ^ ハミルトン、ピーター・F. (2000). 『裸の神』 ワーナーブックス. pp. 787– 788. ISBN 0-446-52567-7。
- ^ マクドナルド、ジョン・Q. (2006年6月12日). 「ジョンの書評：太陽の黄金のリンゴ」 . 2009年10月27日閲覧。
最後に、表題作『太陽の黄金のリンゴ』では、太陽の表面に燃え盛る炎の旅が描かれ、その輝く表面の一部をすくい上げる…
- 星間移住と人類の経験、ベン・R・フィニーとエリック・M・ジョーンズ編、カリフォルニア大学出版局、ISBN 0-520-05898-4第4章：太陽系の産業化、デビッド・R・クリスウェル著
- アイザック・アーサー著『スター・リフティング』
