다이슨구
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1. 개요
다이슨 구는 1960년 물리학자 프리먼 다이슨이 제안한 가상의 거대 구조물로, 항성에서 나오는 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 항성을 둘러싼 인공적인 생물권을 의미한다. 다이슨은 고도로 발달한 문명이 에너지 수요를 충족하기 위해 항성을 둘러싼 구조물을 건설할 것이라고 예측했으며, 이러한 구조는 별의 빛을 원적외선으로 변환하여 방출할 것이라고 주장했다. 다이슨은 단단한 구체 형태보다는 별 주위를 궤도로 이동하는 독립된 구조체 집합인 '다이슨 스웜'의 개념을 제시했지만, 현재는 항성을 완전히 둘러싼 구형 껍질 형태의 구조로 널리 알려져 있다. 다이슨 구는 외계 지적 생명체 탐사(SETI)의 관측 대상이 되기도 하며, SF 소설 등 대중문화에서도 자주 등장하는 소재이다.
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| 다이슨구 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 개념 | 항성을 둘러싸는 가상의 거대 구조물 |
| 제안자 | 프리먼 다이슨 |
| 제안 연도 | 1960년 |
| 특징 | |
| 목적 | 항성의 에너지를 최대한 활용 |
| 유형 | 다이슨 고리 다이슨 껍질 다이슨 군집 |
| 탐지 방법 | 항성에서 방출되는 적외선 과잉 감지 |
| 건설 재료 | 행성, 소행성, 위성 등 |
| 안정성 문제 | 항성과의 중력적 상호작용, 구조적 안정성 |
| 이론적 배경 | |
| 에너지 수요 증가 | 문명의 기술 발전과 함께 기하급수적으로 증가 |
| 행성 자원 고갈 | 한정된 행성 자원만으로는 문명의 에너지 수요 충족 불가능 |
| 항성 에너지 활용 | 막대한 항성 에너지를 직접 활용하여 에너지 문제 해결 |
| 다이슨 구체의 종류 | |
| 다이슨 고리 (Dyson Ring) | 항성을 고리 모양으로 둘러싸는 구조물 |
| 다이슨 껍질 (Dyson Shell) | 항성을 완전히 둘러싸는 구체 형태의 구조물 |
| 다이슨 군집 (Dyson Swarm) | 수많은 독립된 구조물들이 항성 주위를 공전하며 에너지를 수집하는 형태 |
| 건설 방법 | |
| 재료 수집 | 행성, 소행성, 위성 등에서 필요한 재료를 수집 |
| 재료 가공 | 수집된 재료를 가공하여 구조물 건설에 필요한 형태로 제작 |
| 구조물 조립 | 가공된 재료들을 조립하여 다이슨 구체 건설 |
| 탐색 시도 | |
| 적외선 탐색 | 항성에서 방출되는 비정상적인 적외선 신호를 탐색 |
| 외계 문명 탐색 | 외계 문명의 존재를 확인하기 위한 노력의 일환 |
| 대중 문화 속의 다이슨 구체 | |
| 스타 트렉 | "Relics" 에피소드에서 다이슨 구체 등장 |
| 헤일로 | 헤일로 시리즈에 등장하는 링 모양의 구조물은 다이슨 고리에서 영감을 받음 |
| 오리진 | "오리진"에 다이슨 구체 등장 |
| 문명의 시대 | "문명의 시대"에 다이슨 구체 등장 |
| 별의 계승자 | "별의 계승자"에서 다이슨 구체 등장 |
| 구체 | "구체"에 다이슨 구체 등장 |
| 기타 | |
| 참고 자료 | Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation (프리먼 다이슨의 논문) |
| 관련 링크 | 다이슨 구체를 만드는 방법 – 궁극적 초거대 구조물 (유튜브 영상) |
2. 기원 및 개념
다이슨구는 1937년 올라프 스테이플던의 SF 소설 ''별의 제작자''에서 영감을 받은 개념이다.[4] 1960년 미국의 물리학자 프리먼 다이슨은 "적외선 복사의 인공 별원 탐색"이라는 논문에서 이 개념을 처음 공식화했다. 다이슨은 첨단 기술 문명이 발전함에 따라 항성 에너지를 대규모로 활용해야 할 필요성이 커질 것이라고 보았다. 그는 항성 주위를 공전하며 에너지를 모으는 구조물 시스템을 통해 이를 실현할 수 있다고 생각했다.
다이슨은 처음에 이 구조물을 "구" 또는 "생물권"이라고 불렀지만, 나중에 "별을 둘러싼 단단한 구체나 고리는 역학적으로 불가능하다"고 밝혔다.[6] 그가 실제로 구상한 것은 별 주위를 독립적으로 도는 느슨한 물체들의 집합, 즉 '''다이슨 스웜'''에 가까운 형태였다.[7]
2. 1. 프리먼 다이슨의 제안
1960년 미국의 물리학자이자 수학자인 프리먼 다이슨은 올라프 스테이플던의 SF 소설 ''별의 제작자''(1937)에서 영감을 받아[4] "적외선 복사의 인공 별원 탐색"이라는 논문을 통해 "다이슨 구"로 알려지게 된 개념을 처음으로 공식화했다. 다이슨은 첨단 기술 문명의 에너지 요구량이 증가함에 따라, 지역 항성으로부터 에너지를 대규모로 체계적으로 수확해야 할 시점이 올 것이라고 이론화했다. 그는 이것이 항성을 공전하며 에너지를 가로채고 수집하도록 설계된 구조 시스템을 통해 이루어질 수 있다고 추론했다. 그는 이러한 구조가 별빛을 대규모로 원적외선 복사로 변환하는 결과를 낳을 것이며, 지구 기반의 적외선 복사원 탐색을 통해 지적 생명체가 서식하는 별을 식별할 수 있다고 주장했다.[5]
다이슨은 이러한 시스템을 어떻게 구축할 수 있는지 자세히 설명하지 않고, 단순히 논문에서 이를 "구" 또는 "생물권"이라고 언급했다. 그는 나중에 단단한 구조를 염두에 둔 것이 아니라고 밝히며 "별을 둘러싼 단단한 구체나 고리는 역학적으로 불가능하다. 내가 상상한 '생물권'의 형태는 별 주위를 독립적인 궤도로 이동하는 느슨한 집합체 또는 스웜으로 구성된다"라고 말했다.[6] 이러한 개념은 종종 '''다이슨 스웜'''이라고 불려왔다.[7] 하지만 2013년 다이슨은 이 개념이 자신의 이름을 따서 명명된 것에 대해 후회한다고 말했다.[8]
다이슨은 고도로 발달한 우주 문명에서는 항성이 발하는 열과 빛을 활용하기 위해 항성의 에너지를 이용한 인공 생물권(artificial biosphere)을 건설하고 있을 가능성이 있다고 고찰했다. 자연 상태에서는 항성이 전 방위로 발하는 에너지의 대부분은 우주 공간으로 흩어져, 작은 점과 같은 행성 등이 받아들인 아주 일부만이 이용된다. 하지만, 이 인공 생물권을 만듦으로써 차원이 다른 양의 에너지를 이용할 수 있게 된다는 것이다.
이러한 항성을 이용한 인공 생물권의 착상은 다이슨의 발안으로 여겨지지만, 다이슨 본인은 자서전 《우주를 뒤흔들어야 할까》에서, 과거에 읽었던 올라프 스테이플던의 《스타메이커》에 등장하는 항성의 빛을 포획하기 위한 그물에서 유래되었다고 말했다.
다이슨 구는 현재에는 항성 전체를 덮는 구형 껍질 형태의 것으로 세상에 인식되어 있지만, 다이슨이 1960년에 논문에서 썼을 때는 그러한 것은 상정하지 않았다. 최초 출간된 논문에서는 "an artificial biosphere which completely surrounds its parent star(그 부모별을 완전히 둘러싼 인공 생물권)"이라고 썼지만, 이것은 "biosphere(생물권)"였지 "sphere(구)"가 아니었다.[41] [42]
다이슨 자신은 자신의 논문에 대한 반응에 대한 답신으로 다음과 같이 썼다.
:「별을 둘러싼 고체의 껍질이나 고리는 기계적으로 불가능하다. 내가 상상한 '생물권(biosphere)'의 형태는 별 주위의 독립적인 궤도를 도는 물체의 느슨한 집합 또는 무리로 구성되어 있다」[43]
이러한 형태는 현재 다이슨 스웜이라고 불리는 것에 가깝다.
2000년 즈음에 진행된 다이슨과의 인터뷰에서, 자신은 생물권(biosphere)이라고 썼지만, SF 작가들이 그것을 구형 껍질(sphere)로 파악했다고 말했다.[44]
이러한 경위로 인해, 다이슨이 제안한 항성의 에너지를 활용하는 인공 생물권은, 현재에는 항성을 통째로 감싸는 다이슨 구로 인식되고 있다.
2. 2. 다이슨 스웜과 다이슨 버블
1960년 미국의 물리학자 프리먼 다이슨은 고도로 발달한 우주 문명이 항성이 발하는 열과 빛을 활용하기 위해 항성 에너지를 이용한 인공 생물권(artificial biosphere)을 건설했을 가능성을 제시했다.[4] 자연 상태에서는 항성이 모든 방향으로 발산하는 에너지 대부분이 우주 공간으로 흩어져 행성 등이 받아들이는 일부만 이용되지만, 인공 생물권을 만들면 엄청난 양의 에너지를 이용할 수 있다는 것이다.이러한 항성 이용 인공 생물권에 대한 착상은 다이슨이 처음 제안한 것으로 알려져 있지만, 다이슨은 자서전 《우주를 뒤흔들어야 할까》에서 올라프 스테이플던의 《스타메이커》에 등장하는 항성의 빛을 포획하는 그물에서 아이디어를 얻었다고 밝혔다.
다이슨 구(Dyson sphere)는 현재 항성 전체를 덮는 구형 껍질 형태로 인식되지만, 다이슨이 1960년 논문에서 처음 제시했을 때는 그렇지 않았다. 논문에서는 "그 부모별을 완전히 둘러싼 인공 생물권"이라고 표현했지만, 이것은 "biosphere(생물권)"였지 "sphere(구)"가 아니었다.[41][42]
다이슨은 자신의 논문에 대한 반응에 대한 답신에서 다음과 같이 썼다.
:"별을 둘러싼 고체의 껍질이나 고리는 기계적으로 불가능하다. 내가 상상한 '생물권(biosphere)'의 형태는 별 주위의 독립적인 궤도를 도는 물체의 느슨한 집합 또는 무리로 구성되어 있다"[43]
이러한 형태는 현재 '''다이슨 스웜'''이라고 불리는 것에 가깝다.[7] 2000년 인터뷰에서 다이슨은 자신이 생물권(biosphere)이라고 썼지만, SF 작가들이 그것을 구형 껍질(sphere)로 파악했다고 말했다.[44] 2013년 다이슨은 이 개념이 자신의 이름을 따서 명명된 것에 대해 후회한다고 말했다.[8]
3. 카르다쇼프 척도와 외계 문명
니콜라이 카르다쇼프는 고도로 발달한 우주 문명을 에너지 사용량에 따라 세 단계로 나누었다.
| 단계 | 설명 |
|---|---|
| 1단계 | 하나의 행성에서 얻을 수 있는 모든 에너지를 이용하는 문명 |
| 2단계 | 하나의 항성계에서 얻을 수 있는 모든 에너지를 이용하는 문명. 다이슨 구는 2단계 문명의 대표적인 예시이다. |
| 3단계 | 하나의 은하에서 얻을 수 있는 모든 에너지를 이용하는 문명 |
21세기 초 현재 지구 문명은 1단계에도 도달하지 못했다. 3단계 문명은 은하수 내의 모든 항성을 다이슨 구로 덮는 수준이다.
다이슨 구는 항성계 규모의 거대 구조물로, "궁극의 문명"을 상징하며 SF 등에 자주 등장한다. 래리 니븐의 링월드는 다이슨 구의 일부를 변형한 것이다.
3. 1. 외계 지적 생명체 탐사 (SETI)
다이슨 구 형태의 에너지 수집기는 멀리 떨어진 별 주위에 설치되어 별에서 나오는 에너지를 흡수하고 재방출한다. 이러한 재방출 에너지의 파장은 별 내부에 자연적으로 존재하지 않는 무거운 원소의 존재로 인해 별의 분광형에 비해 비정상적일 수 있다. 이러한 비정상적인 파장의 비율이 상당하다면, 성간 거리에서 외계 거대 구조물을 탐지할 수 있다.[5] 이는 일명 유형 II 카르다쇼프 문명의 존재를 나타낼 수 있다.[9]SETI(세티)는 이러한 적외선 과다 스펙트럼을 태양 유사체에서 찾고 있으며, 페르미 국립 가속기 연구소(Fermilab)도 마찬가지이다.[10][11] 페르미랩은 17개의 잠재적인 "모호한" 후보를 발견했으며, 이 중 4개는 2006년에 "재미있지만 여전히 의심스럽다"고 불렸다.[10] 이후의 탐색에서도 몇몇 후보가 나왔지만, 모두 아직 확인되지 않았다.[12][13][14]
2015년 10월 14일, 행성 사냥꾼(Planet Hunters)의 시민 과학자들은 별 KIC 8462852의 특이한 빛의 변동을 발견하여 다이슨 구가 발견되었을지도 모른다는 언론의 추측을 불러일으켰다.[15][16] 그러나 이후의 분석 결과, 그 결과는 먼지의 존재와 일치하는 것으로 나타났다.[17][18] 2024년의 추가적인 캠페인에서는 다이슨 구의 7가지 잠재적 후보가 확인되었지만, 추가적인 조사가 필요하다고 언급되었다.[19][20]
만약 고도의 문명이 존재하고, 고도의 기술력을 소지하고 있다면, 축적된 에너지는 엔트로피 증가 법칙에 의해 열이 되어 다양한 문제를 일으킬 것이다. 이를 막기 위해서는 외부로 에너지를 적외선 등의 형태로 방출하여 온도를 낮추는 방법이 유효하다고 생각된다. 따라서, 부자연스러운 적외선 방출의 탐사를 통해 인공 생물권을 건설할 수 있는 고도의 외계 문명을 발견할 수 있을 것이라고 다이슨은 주장하고 있다.[45]
이 때문에 우주를 날아다니는 전자기파에서 인공적인 통신 등을 발견하는 외계 지적 생명체 탐사(SETI) 계획의 일환으로, 천문 관측에서의 적외선 방출을 조사하는 분야에서 다이슨 구 발견이 기대되고 있다. 일본에서는, 1991년 12월 15일에 스다케 준과 노구치 구니오가 우주과학연구소의 적외선 망원경을 사용하여 탐사를 실시했다 (자세한 내용은 외계 지적 생명체 탐사(SETI) 참조). 또한 공개 천문대인 효고현립 니시하리마 천문대의 나루사와 신야가, 구경 2m의 반사 망원경 나유타를 사용한 적외선 관측에 의한 다이슨 구 탐사를 구상하고 있다.[46]
3. 2. KIC 8462852와 기타 후보
다이슨 구 형태의 에너지 수집기는 멀리 떨어진 별 주위에 설치되어 별에서 나오는 에너지를 흡수하고 재방출한다. 재방출되는 에너지의 파장은 별 내부에 자연적으로 존재하지 않는 무거운 원소의 존재로 인해 별의 분광형에 비해 비정상적일 수 있다. 이러한 비정상적인 파장의 비율이 상당하다면, 성간 거리에서 외계 거대 구조물을 탐지할 수 있으며,[5] 이는 카르다쇼프 문명 유형 II에 해당할 수 있다.[9]SETI(세티)와 페르미 국립 가속기 연구소(Fermilab)는 태양 유사체에서 이러한 적외선 과다 스펙트럼을 찾고 있다.[10][11] 페르미랩은 17개의 잠재적인 "모호한" 후보를 발견했으며, 이 중 4개는 2006년에 "재미있지만 여전히 의심스럽다"고 평가되었다.[10] 이후 탐색에서도 몇몇 후보가 나왔지만, 모두 아직 확인되지 않았다.[12][13][14]
2015년 10월 14일, 행성 사냥꾼(Planet Hunters)의 시민 과학자들은 KIC 8462852 별의 특이한 빛 변동을 발견하여 다이슨 구가 발견되었을지도 모른다는 언론의 추측을 불러일으켰다.[15][16] 그러나 이후 분석 결과, 먼지의 존재와 일치하는 것으로 나타났다.[17][18] 2024년의 추가적인 캠페인에서는 다이슨 구의 7가지 잠재적 후보가 확인되었지만, 추가적인 조사가 필요하다고 언급되었다.[19][20]
4. 건설 방법 및 실현 가능성
다이슨 구는 천문학적인 규모의 거대한 구조물이지만, 건설 초기 단계는 인공 천체 발사 과정과 크게 다르지 않다. 다만, 행성의 공전 궤도에 인공물을 배치하고, 그것들을 연결하여 항성을 둘러싸는 고리를 만드는 것부터 시작한다. 그러나 항성이 몇 개의 행성을 거느리고 있는 경우, 고리를 연결하여 넓은 폭을 가진 "띠"로 만드는 단계에서, 이러한 행성의 중력을 받아 고리에 왜곡이 생기는 문제가 발생한다.
가는 고리라면 그 왜곡도 큰 문제가 되지 않고, 질량이 아직 작기 때문에 수리도 비교적 쉽다. 그러나 띠가 될 때쯤에는, 최종적으로는 구면이 되도록 완만하게 만곡되어야 하는데, 왜곡으로 인해 띠의 적도면이나 상하 가장자리가 끌리거나 찌그러져 형태가 무너지는 상황에 직면한다.
이 문제를 해소하기 위해 두 가지 방법이 상정된다. 하나는 원인이 되는 행성 자체를 구각의 건재로 사용하는 등 제거하는 것이다. 다른 하나는 고정된 한 장의 평면이 아닌, 겹쳐진 여러 판상 물체의 집합으로 띠를 구성하는 등 공학적인 문제로 해결하는 것이다.
전자의 경우, 점점 띠의 폭을 넓혀가 마지막으로 남은 구각의 "북극·남극"에 덮개를 덮으면 완성되고, 후자의 경우, 완전히 닫지 않고 앵무조개 껍질로 만든 램프 셰이드와 같은 형태[47]나 띠를 여러 겹 연결한 형태가 될 것으로 생각된다.
2024년 5월부터 6월까지, 잠재적인 항성간 다이슨 구의 징후가 발견되었을 가능성에 대한 추측이 커졌다. 관심 대상인 7개의 천체는 모두 지구에서 1,000광년 이내에 위치해 있으며, M형 왜성으로, 태양보다 작고 덜 밝은 별의 종류이다. 그러나 연구 결과의 저자들은 과장된 주장을 하지 않도록 주의했다.[26] 그럼에도 불구하고, 많은 언론 매체들이 이 이야기를 보도했다. 발견된 적외선이 멀리 떨어진 먼지에 가려진 은하에 의해 발생했다는 제안을 포함하여, 덜 환상적인 대안적 설명이 제시되었다.[27][28][29]
4. 1. 이론적 구조
다이슨 구 시스템은 이론적으로 가능하지만, 태양 주위에 안정적인 메가 구조물을 건설하는 것은 현재 인류의 기술력을 훨씬 뛰어넘는 일이다. 완전한 다이슨 구를 획득, 전송 및 유지하는 데 필요한 우주선의 수는 현재의 산업 능력을 초과한다. 조지 드보르스키는 비교적 가까운 시일 내에 이 제한을 극복하기 위해 자기 복제 로봇의 사용을 옹호했다.[21] 일부는 다이슨 구 서식지를 백색 왜성[22]과 심지어 펄서 주변에도 건설할 수 있다고 제안했다.[23]항성 엔진은 별로부터 유용한 에너지를 추출할 목적으로 만들어진 가상의 메가 구조물로, 때로는 특정 목적을 위해 사용된다. 예를 들어, 마트료시카 뇌는 계산을 위해 에너지를 추출하기 위해 제안되었으며, 슈카도프 추진기는 추진을 위해 에너지를 추출할 것이다. 일부 제안된 항성 엔진 설계는 다이슨 구를 기반으로 한다.[24][25]
다이슨 구는 현재 항성 전체를 덮는 구형 껍질 형태의 것으로 인식되지만, 다이슨이 1960년에 논문에서 썼을 때는 그러한 것은 상정하지 않았다. 최초 출간된 논문에서는 "an artificial biosphere which completely surrounds its parent star(그 부모별을 완전히 둘러싼 인공 생물권)"이라고 썼지만, 이것은 "biosphere(생물권)"였지 "sphere(구)"가 아니었다.[41] [42]
다이슨 자신은 자신의 논문에 대한 반응에 대한 답신으로 다음과 같이 썼다.
:「별을 둘러싼 고체의 껍질이나 고리는 기계적으로 불가능하다. 내가 상상한 '생물권(biosphere)'의 형태는 별 주위의 독립적인 궤도를 도는 물체의 느슨한 집합 또는 무리로 구성되어 있다.」[43]
이러한 형태는 현재 다이슨 스웜이라고 불리는 것에 가깝다.
2000년 즈음에 진행된 다이슨과의 인터뷰에서, 자신은 생물권(biosphere)이라고 썼지만, SF 작가들이 그것을 구형 껍질(sphere)로 파악했다고 말했다.[44]
이러한 경위로 인해, 다이슨이 제안한 항성의 에너지를 활용하는 인공 생물권(artificial biosphere)은, 현재에는 항성을 통째로 감싸는 다이슨 구(Dyson sphere)로 인식되고 있다.
다이슨이 발표한 논문에서는 인공 생명권(biosphere)으로 껍질 모양으로 별을 모두 감싼다고 기술하고 있었지만, 구체적인 구조에 대해서는 언급하지 않았다. 후에 다이슨은 각각 독립된 궤도를 가진 인공 천체의 무리를 상정했다고 언급했지만, 다이슨 구(Dyson sphere)라는 말의 이미지 때문에 각각을 결합하여 일체형 껍질이 된 다이슨 구가 다수 고안되었다.
다이슨 구는 천문 단위 규모의 거대한 구조물이지만, 건축의 초기 단계는 인공 천체 발사 과정과 크게 다르지 않다. 다만, 행성의 공전 궤도에 인공물을 배치하고, 그것들을 연결하여 항성을 둘러싸는 고리를 만드는 것부터 시작한다. 그러나 항성이 몇 개의 행성을 거느리고 있는 경우, 고리를 연결하여 넓은 폭을 가진 "띠"로 만드는 단계에서, 이러한 행성의 중력을 받아 고리에 왜곡이 생기는 문제가 발생한다.
가는 고리라면 그 왜곡도 큰 문제가 되지 않고, 질량이 아직 작기 때문에 수리도 비교적 쉽다. 그러나 띠가 될 때쯤에는, 최종적으로는 구면이 되도록 완만하게 만곡되어야 하는데, 왜곡으로 인해 띠의 적도면이나 상하 가장자리가 끌리거나 찌그러져 형태가 무너지는 상황에 직면한다.
이것을 해소하기 위해 두 가지 방법이 상정된다. 하나는 원인이 되는 행성 자체를 구각의 건재로 사용하는 등 제거하는 것이다. 다른 하나는 고정된 한 장의 평면이 아닌, 겹쳐진 여러 판상 물체의 집합으로 띠를 구성하는 등 공학적인 문제로 해결하는 것이다.
전자의 경우, 점점 띠의 폭을 넓혀가 마지막으로 남은 구각의 "북극·남극"에 덮개를 덮으면 완성되고, 후자의 경우, 완전히 닫지 않고 앵무조개 껍질로 만든 램프 셰이드와 같은 형태[47]나 띠를 여러 겹 연결한 형태가 될 것으로 생각된다.
4. 2. 제안된 해결 방안
다이슨 구 시스템은 이론적으로 가능하지만, 태양 주위에 안정적인 메가 구조물을 건설하는 것은 현재 인류의 기술력을 훨씬 뛰어넘는 일이다. 완전한 다이슨 구를 획득, 전송 및 유지하는 데 필요한 우주선의 수는 현재의 산업 능력을 초과한다. 조지 드보르스키는 비교적 가까운 시일 내에 이 제한을 극복하기 위해 자기 복제 로봇의 사용을 옹호했다.[21] 일부는 다이슨 구 서식지를 백색 왜성[22]과 심지어 펄서 주변에도 건설할 수 있다고 제안했다.[23]항성 엔진은 별로부터 유용한 에너지를 추출할 목적으로 만들어진 가상의 메가 구조물로, 때로는 특정 목적을 위해 사용된다. 예를 들어, 마트료시카 뇌는 계산을 위해 에너지를 추출하기 위해 제안되었으며, 슈카도프 추진기는 추진을 위해 에너지를 추출할 것이다. 일부 제안된 항성 엔진 설계는 다이슨 구를 기반으로 한다.[24][25]
다이슨이 발표한 논문에서는 인공 생명권(biosphere)으로 껍질 모양으로 별을 모두 감싼다고 기술하고 있었지만, 구체적인 구조에 대해서는 언급하지 않았다. 후에 다이슨은 각각 독립된 궤도를 가진 인공 천체의 무리를 상정했다고 언급했지만, '다이슨 구(Dyson sphere)'라는 말의 이미지 때문에 각각을 결합하여 일체형 껍질이 된 다이슨 구가 다수 고안되었다.
다이슨 구는 천문 단위 규모의 거대한 구조물이지만, 건축 초기 단계는 인공 천체 발사 과정과 크게 다르지 않다. 다만, 행성의 공전 궤도에 인공물을 배치하고, 그것들을 연결하여 항성을 둘러싸는 고리를 만드는 것부터 시작한다. 그러나 항성이 몇 개의 행성을 거느리고 있는 경우, 고리를 연결하여 넓은 폭을 가진 "띠"로 만드는 단계에서, 이러한 행성의 중력을 받아 고리에 왜곡이 생기는 문제가 발생한다.
가는 고리라면 그 왜곡도 큰 문제가 되지 않고, 질량이 아직 작기 때문에 수리도 비교적 쉽다. 그러나 띠가 될 때쯤에는, 최종적으로는 구면이 되도록 완만하게 만곡되어야 하는데, 왜곡으로 인해 띠의 적도면이나 상하 가장자리가 끌리거나 찌그러져 형태가 무너지는 상황에 직면한다.
이 문제를 해소하기 위해 두 가지 방법이 상정된다. 하나는 원인이 되는 행성 자체를 구각의 건재로 사용하는 등 제거하는 것이다. 다른 하나는 고정된 한 장의 평면이 아닌, 겹쳐진 여러 판상 물체의 집합으로 띠를 구성하는 등 공학적인 문제로 해결하는 것이다.
전자의 경우, 점점 띠의 폭을 넓혀가 마지막으로 남은 구각의 "북극·남극"에 덮개를 덮으면 완성되고, 후자의 경우, 완전히 닫지 않고 앵무조개 껍질로 만든 램프 셰이드와 같은 형태[47]나 띠를 여러 겹 연결한 형태가 될 것으로 생각된다.
4. 3. 항성 엔진
항성 엔진은 별로부터 유용한 에너지를 추출할 목적으로 만들어진 가상의 거대 구조물로, 때로는 특정 목적을 위해 사용된다. 예를 들어, 마트료시카 뇌는 계산을 위해, 슈카도프 추진기는 추진을 위해 에너지를 추출한다. 일부 제안된 항성 엔진 설계는 다이슨 구를 기반으로 한다.[24][25]5. 대중문화 속 다이슨 구
다이슨 구는 과학 소설에서 자주 등장하는 소재로, 거대하고 멍청한 물체라고 알려진 플롯 장치 유형으로 사용되기도 한다.[32]
니콜라이 카르다쇼프는 고도로 발달한 우주 문명을 다음과 같이 세 단계로 나누었다.
| 단계 | 설명 |
|---|---|
| 1단계 | 하나의 행성에서 얻을 수 있는 모든 에너지를 이용하는 문명 |
| 2단계 | 하나의 항성계에서 얻을 수 있는 모든 에너지를 이용하는 문명 |
| 3단계 | 하나의 은하에서 얻을 수 있는 모든 에너지를 이용하는 문명 |
21세기 초 현재 지구 문명은 1단계에도 도달하지 못했다. 다이슨 구는 2단계 문명에 이르기 위해 건설되며, 3단계에서는 은하수 내의 모든 항성이 다이슨 구로 덮이게 될 것이다.
고도의 문명이 존재하고 고도의 기술력을 소지하고 있다면, 축적된 에너지는 엔트로피 증가 법칙에 의해 열이 되어 다양한 문제를 일으킨다. 이를 막기 위해 외부로 에너지를 적외선 등의 형태로 방출하여 온도를 낮추는 방법이 유효하다고 생각된다. 따라서 다이슨은 부자연스러운 적외선 방출을 탐사하여 인공 생물권을 건설할 수 있는 고도의 외계 문명을 발견할 수 있을 것이라고 주장한다.[45]
이 때문에 우주를 날아다니는 전자기파에서 인공적인 통신 등을 발견하는 외계 지적 생명체 탐사(SETI) 계획의 일환으로, 천문 관측에서의 적외선 방출을 조사하는 분야에서 다이슨 구 발견이 기대되고 있다. 일본에서는 1991년 12월 15일에 스다케 준과 노구치 구니오가 우주과학연구소의 적외선 망원경을 사용하여 탐사를 실시했으며, 효고현립 니시하리마 천문대의 나루사와 신야는 구경 2m의 반사 망원경 나유타를 사용한 적외선 관측에 의한 다이슨 구 탐사를 구상하고 있다.[46]
항성계와 동일한 규모를 가진 이 거대한 구조물은 "궁극의 문명"을 나타내는 것으로 SF 등에 등장하여 잘 알려진 아이디어가 되었다. 래리 니븐의 링월드도 이 다이슨 구의 일부를 환상으로 잘라낸 것이다.
5. 1. 문학
다이슨 구의 개념은 1937년 올라프 스테이플던의 소설 ''별의 창조자''에서 처음 등장했다.[1] 소설에서 각 태양계는 "지능적인 사용을 위해 탈출하는 태양 에너지를 집중하는 빛의 포획망"으로 묘사되었다.[30] 다이슨은 이 책에서 영감을 얻어 "스테이플던 구"가 더 적합한 이름일 것이라고 제안했다.[31]다이슨 구는 프리츠 라이버의 소설 ''방랑자''(1964년)를 비롯한 여러 소설 작품에서 배경 요소로 등장했다.[1][32][33] 이 소설에서는 지적 외계 생명체들이 여러 별들을 다이슨 구로 둘러싸는 내용이 나온다. 다이슨 구는 프레데릭 폴과 잭 윌리엄슨의 책 시리즈 ''뻐꾸기의 사가''(1975~1983년)에도 묘사되었고, 밥 쇼의 소설 ''오르비츠빌''(1975년)과 그 속편의 배경으로도 사용되었다.[2][3] 1992년 TV 쇼 ''스타 트렉: 더 넥스트 제너레이션''의 에피소드 "유물"에서는 USS 엔터프라이즈호가 버려진 다이슨 구 안에 갇히는 이야기가 나온다.[34][35][36] 다이슨은 인터뷰에서 이 에피소드를 즐겨 보았지만 묘사된 구는 "엉뚱한 소리"라고 생각했다고 말했다.[37]
다이슨 구가 등장하는 다른 SF 소설로는 토니 로스먼의 ''세상은 둥글다'', 소므토 수차리쿨의 인퀴지터 시리즈, 티모시 자인의 ''스피너렛'', 제임스 화이트의 ''연방 세계'', 스티븐 백스터의 ''시간 배'', 피터 F. 해밀턴의 ''판도라의 별'' 등이 있다.[1]
다이슨 구 개념의 변형으로는 래리 니븐의 소설 ''링월드''(1970년)의 단일 원형 띠,[3][39][40] 그레고리 벤포드와 니븐의 소설 ''하늘의 대접''(2012년)의 반구,[2][3] 그리고 중첩된 구(일명 마트료시카 뇌)가 있다. 중첩된 구는 콜린 캡의 ''케이지월드 시리즈''(1980년대)와 브라이언 스테이블포드의 ''아스가르드 3부작''(1979~1990년)에 등장한다.[1][3]
스테이블포드는 다이슨 구가 이야기의 맥거핀이거나 배경에 깊숙이 자리 잡고 있는 경우가 많다고 언급했다. 프리츠 라이버의 ''방랑자''와 린다 나가타의 ''기만의 우물''을 예로 들었고, 우주 탐험을 다룬 이야기들은 니븐의 링월드와 같은 변형을 사용하는 경향이 있다고 설명했다.[1] 그는 다이슨 구가 다루기 너무 크고, 기술적 문제를 가지고 있어 이야기를 복잡하게 만들기 때문이라고 설명했다.[1][38]
5. 2. 영상 매체
다이슨 구는 여러 과학 소설 작품에서 배경 요소로 등장했다. 1937년 올라프 스테이플던의 소설 ''별의 창조자''에서 "각 태양계는 지능적인 사용을 위해 탈출하는 태양 에너지를 집중하는 빛의 포획망으로 둘러싸여 있다"고 묘사되었는데,[1][30] 다이슨은 이 책에서 영감을 얻었다.[31]1964년 프리츠 라이버의 소설 ''방랑자''에서 지적 외계 생명체들이 여러 별들을 다이슨 구 방식으로 둘러싸는 모습이 그려졌다.[1][32][33] 1975~1983년 프레데릭 폴과 잭 윌리엄슨의 책 시리즈 ''뻐꾸기의 사가''에도 다이슨 구가 묘사되었으며, 밥 쇼의 1975년 소설 ''오르비츠빌''과 그 속편의 배경으로도 등장한다.[2][3]
1992년 TV 쇼 ''스타 트렉: 더 넥스트 제너레이션''의 에피소드 "유물"에서는 USS 엔터프라이즈 (NCC-1701-D)가 버려진 다이슨 구 안에 갇히는 이야기가 나온다.[34][35][36] 다이슨은 2011년 인터뷰에서 이 에피소드를 즐겨 보았지만, 묘사된 구는 "엉뚱한 소리"라고 생각했다고 밝혔다.[37]
토니 로스먼의 ''세상은 둥글다'', 소므토 수차리쿨의 인퀴지터 시리즈, 티모시 자인의 ''스피너렛'', 제임스 화이트의 ''연방 세계'', 스티븐 백스터의 ''시간 배'', 피터 F. 해밀턴의 ''판도라의 별'' 등에서도 다이슨 구가 등장한다.[1]
다이슨 구 개념의 변형으로는 래리 니븐의 1970년 소설 ''링월드''의 단일 원형 띠,[3][39][40] 그레고리 벤포드와 니븐의 2012년 소설 ''하늘의 대접''의 반구,[2][3] 마트료시카 뇌라고도 불리는 중첩된 구는 콜린 캡의 1980년대 ''케이지월드 시리즈''와 브라이언 스테이블포드의 1979~1990년 ''아스가르드 3부작''에 등장한다.[1][3]
5. 3. 기타
다이슨 구 개념의 선구적인 예는 1937년 올라프 스테이플던의 소설 ''별의 창조자''에 등장한다.[1] 여기서 그는 "각 태양계는 지능적인 사용을 위해 탈출하는 태양 에너지를 집중하는 빛의 포획망으로 둘러싸여 있다"고 묘사했다.[30] 다이슨은 이 책에서 영감을 얻어 "스테이플던 구"가 이 개념에 더 적합한 이름이 될 것이라고 제안했다.[31] 소설 속의 다이슨 구는 일반적으로 문제의 별 주위를 둘러싸는 연속적인 껍질을 형성하는 고체 구조이지만, 다이슨 자신은 그 전망이 기계적으로 불가능하다고 여겼다.[2][3]다이슨 구는 1964년 프리츠 라이버의 소설 ''방랑자''와 같이 많은 소설 작품에서 배경 요소로 등장하며, 여기서 지적 외계 생명체들은 여러 별들을 이 방식으로 둘러싼다.[1][32][33] 1992년 TV 쇼 ''스타 트렉: 더 넥스트 제너레이션''의 에피소드 "유물"에서[34] USS 엔터프라이즈 NCC-1701-D는 버려진 다이슨 구 안에 갇히게 된다.[35][36]
다른 SF 소설 예로는 토니 로스먼의 ''세상은 둥글다'', 소므토 수차리쿨의 인퀴지터 시리즈, 티모시 자인의 ''스피너렛'', 제임스 화이트의 ''연방 세계'', 스티븐 백스터의 ''시간 배'', 피터 F. 해밀턴의 ''판도라의 별'' 등이 있다.[1] 다이슨 구 개념의 변형으로는 래리 니븐의 1970년 소설 ''링월드''의 단일 원형 띠,[3][39][40] 그레고리 벤포드와 니븐의 2012년 소설 ''하늘의 대접''의 반구,[2][3] 마트료시카 뇌라고도 불리는 중첩된 구는 콜린 캡의 1980년대 ''케이지월드 시리즈''와 브라이언 스테이블포드의 1979~1990년 ''아스가르드 3부작''에 등장한다.[1][3]
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