建一個戴森球需要多少材料？這是我們主宰宇宙文明的必需品

文/ 玻爾茲曼大腦

戴森球是個什麼鬼？是一種體育運動嗎？是不是跟籃球、足球差不多？哈哈~

要說這個問題，需要先來說說宇宙文明等級，也叫卡爾達舍夫等級（Kardashev scale ）。1964年蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達舍夫（Nikolai Kardashev）設想為宇宙文明分級，於是發明了一種通過掌握不同能量控制技術進行宇宙文明等級的劃分方法，即：

等級一：行星系文明，是行星能源的主人，可以主宰整個星球能源的總和，比如地球；

等級二：恆星系文明，能夠收集整個恆星系統的能源，比如太陽；

等級三：星系文明，可以利用整個星系的能源，比如銀河系。

我們人類文明現在可以說處在等級一，但其實還沒有完全達到，比如可燃冰這種能源，我們就還沒有掌握其開採和應用，可控核聚變也沒有成功，至於還有沒有其它我們不知道的能源，現在也不能確定，所以還不能說我們現在已經完全掌控了整個地球能源的總和，因此應該說我們正走在通往一級文明的路上。

可能存在的星雲生物

三級文明，掌控整個星系的能源，這個實在太過遙遠，我們甚至無法想像如何才可能做到。

二級文明，雖然說離我們仍然很遙遠，但其碼還可以想像一下。是的，這篇文章說的就是與利用整個恆星的能源有關。

如何才能利用整個恆星的能源呢？二十世紀六十年代，物理學家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）就提出了一個「球形能量源」的概念，即可以在一顆恆星周圍建立起球形結構，獲得最大化的恆星能量。這個超級能量殼體就是所謂的「戴森球」，也就是建一個球把整個恆星包起來，從而可以利用恆星所發出的幾乎所有能量。

這時你一定會想：我的媽呀！那這得多少材料才能建造這麼個大傢伙？整個地球搭進去夠不夠？太陽可是比地球大多了！好吧，那我們就來計算一下，一個戴森球的體積可能會有多少。（好像很好玩的樣子）

中學學的計算球體的體積公式，大家都還沒忘吧？

r-球的半徑。

計算球殼的體積，即為整個球的體積減去中間空心部分的體積，而空心部分也是個球體，它的半徑也就是球殼的內半徑，所以公式為：

r1-整個球的半徑，球的外半徑；

r2-空心球的半徑，球的內半徑。

r1-r2即為球殼的厚度。

接下來就要確定這兩個半徑的大小了。

首先，太陽的半徑是：696,000km（千米，公里），不到70萬公里；

其次，我們都知道太陽溫度極高，中心溫度高達1,500萬度，表面溫度約為6,000度。表面溫度看起來似乎並不是很高，然而這不是主要的，日冕，太陽大氣的最外層，其溫度比表面溫度高多了，可達100萬度，因此建的戴森球不能離得太近。至於為什麼日冕會比太陽表面溫度還高，而且高那麼多，科學家們至今還沒有揭開這個謎。這個溫度高達100萬度的區域大概離太陽5,000km左右，加上這個距離，太陽的半徑差不多剛好是700,000km（70萬公里）。

如果你以為據此就可以來設定戴森球的半徑，比如加個一倍多，設為150萬公里應該足夠了吧？那可就太天真了！

巨大的日珥

太陽上有一種自然現象，叫「日珥」，是在太陽的大氣層上產生的一種非常強烈的太陽活動，可看作太陽吐出的火舌，火舌到達一定高度又回落下來，形成一個圓環，好像太陽的一個耳朵，故叫日珥。

也許你認為這可能與地球上的火山噴發差不多，不會有多高，與太陽半徑比起來可以忽略不計，那就又大錯特錯了。大的日珥通常有幾十萬公里高，至今觀測到的最大的日珥爆發於1938年，高達157萬公里，比太陽的直徑（約140萬公里）都還大。而日珥的溫度可達7,000度，所以在設計戴森球的時候不得不考慮它的影響。

最大的日珥近160萬公里高，加上太陽半徑約70萬公里，即為230萬公里。那戴森球的半徑應該設為多少呢？看來似乎是一個難題了。

不過我們有一個參考值，美國將在2018年發射的太陽探測器，所設計離太陽最近點約700萬公里，其所能承受的溫度為1400度。設想當能建造戴森球的時候，科技又比現在有了非常非常大的發展，因此離太陽再近一倍應該是沒問題的，即350萬公里。考慮到日珥距日心的距離為230萬公里，留有一個安全餘量，可以再近一點，儘可能節省材料，300萬公里應是一個合適的距離。

好吧，那就定300萬公里！

接下來還要考慮一個問題，那就是球殼的厚度，這也直接關係到體積和材料的用量，當然應儘可能薄以節省材料，考慮到應有的堅固性，至少應該有10米（0.01km）的厚度。

將這些數據代入上面的公式，即：4×3.14×(3,000,0003-(3,000,000-0.01)3)/3=1.1304×1012km3即大約是1.13千億立方千米，而地球的體積只有約1.08千億立方千米（1.0832073×1012km3 ），看來一個地球真的是不夠啊！

當然，科技發展到那個階段，肯定可以利用其它行星，比如火星、金星等的材料來建造戴森球，甚至能夠用到太陽系外的行星，所以我們不用擔心把地球挖光了。

讀者如果有興趣，也可以把自己認為合理的半徑、厚度等數據代入上面的公式，計算一下看看你的戴森球的體積是多少。

也許有讀者會覺得建戴森球腦洞太大了，不要說技術上可不可行，光是從所要用到的材料量來看，這就不是太靠譜的事兒。那就要來談談弗里曼·戴森當年為什麼會提出戴森球的概念。

其實他並不是在為我們人類考慮去建這個龐然大物，因為這對我們來說實在是太遙遠的事，提出這個概念實際上是為了尋找外星人。設想有的外星文明也許已經達到二級宇宙文明，那麼他們可能正在建造戴森球，而我們就可以通過觀測恆星被遮蔽的情況來確定是否有外星文明存在。

你還別說這是異想天開，一顆名為KIC 8462852的恆星，昵稱為「塔比的恆星」，因為它的古怪行為最早由美國耶魯大學天文學家塔貝薩·塔比·波雅江（Tabetha Tabby Boyajian）在2015年發現。這顆恆星比我們的太陽略大一些，也稍熱一些，位於天鵝座中，距離地球大約1,480光年。當時科學家發現它的亮度有些古怪，會發生看似隨機的變暗現象。然而，當天文學家波雅江及其同事分析NASA的開普勒空間望遠鏡收集的數據時，他們發現KIC 8462852發生過幾十次奇怪的變暗現象，變暗幅度最大的一回達22％之多。

如果有行星環繞一顆恆星旋轉，當這顆行星恰好運行到從地球看過去恆星的正前方時，就會遮擋住一部分恆星發出的光，通過太空望遠鏡會看到這顆恆星出現短暫的變暗。這叫作凌星現象，科學家通常通過這一現象來發現太陽系外的行星。然而，對於塔比的恆星來說，變暗現象的幅度太大，根本不可能用凌星現象來解釋。因為就算是木星那麼大的行星，也只能遮擋這顆恆星大約1％的光，而木星差不多已經是行星能夠達到的最大尺寸了。

不是行星的話，那會是什麼東西造成的？有人就推測是一個正在建設的戴森球遮擋住了它的一部分光線。

塵埃導致了此次光變已被證實

後續研究認為更大可能是星塵阻擋了光線，戴森球的可能性很小，但只要外星文明存在的可能性不能被排除，那麼宇宙中存在戴森球的可能性也就同樣不能被排除。

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