Stjärnmaskiner är en klass av hypotetiska megastrukturer som använder strålningen från en stjärna för att producera användbar energi . Vissa av deras varianter använder energi för att skapa dragkraft och ge acceleration till stjärnan och dess planetsystem i en given riktning. Konstruktionen av ett sådant system kommer att göra det möjligt att klassificera dess skapare som en civilisation av den andra typen enligt Kardashev-skalan .
Det finns tre typer av sådana megastrukturer.
Ett enkelt exempel på en stjärnmaskin är Shkadov-motorn (uppkallad efter Leonid Mikhailovich Shkadov , som först föreslog dess design), eller klass A stjärnmaskin [1] . En sådan motor är ett kraftverk av stjärnskala, bestående av en enorm spegel - ett solsegel med tillräckligt stora dimensioner, vars lätta tryck balanseras av stjärnans gravitationsattraktion. Eftersom stjärnans strålningstryck så småningom blir asymmetriskt (det vill säga mer energi kommer att strålas ut i en av riktningarna) skapar tryckskillnaden dragkraft, och stjärnan börjar accelerera i riktning mot seglet som svävar ovanför den. Sådan dragkraft och acceleration skulle vara extremt liten, men ett sådant system skulle kunna förbli stabilt i årtusenden. Stjärnans planetsystem kommer att röra sig med stjärnan själv.
För en stjärna som solen , med en ljusstyrka på 3,85⋅10 26 W och en massa på 1,99⋅10 30 kg, skulle den totala dragkraften som produceras av reflektionen av halva solstrålningen vara 1,28⋅10 18 Newton. Under en tidsperiod på 1 miljon år kommer detta att ge en hastighetsförändring på 20 m/s och ett avstånd från den ursprungliga positionen på 0,03 ljusår. Om en miljard år kommer hastigheten att vara 20 km/s, och avståndet från den ursprungliga positionen kommer att vara 34 000 ljusår, vilket är något mer än en tredjedel av Vintergatans bredd .
En stjärnmaskin av klass B är en Dyson-sfär , eller en av dess varianter, byggd kring en stjärna. Genom att använda temperaturskillnaden mellan stjärnan och det interstellära mediet låter det dig extrahera energi från systemet, eventuellt med hjälp av termoelektriska fenomen . Till skillnad från Shkadov-motorn är ett sådant system inte utformat för att generera dragkraft. Konceptet med en matryoshka-hjärna är baserat på idén om en klass B-maskin där energi utvinns för ett specifikt ändamål: databehandling.
Stjärnmaskinen i C-klassen kombinerar de två tidigare klasserna och ger både dragkraft och kraftgenerering.
Ett Dyson-skal, vars inre yta är delvis spegelvänd, skulle vara ett sådant system (även om det, precis som ett vanligt skal, skulle ha stabilitetsproblem). Dyson-sfären är av design också en Shkadov-motor om arrangemanget av de statiska komponenterna är asymmetriskt; Att lägga till kraftgenereringsförmåga till komponenterna i ett sådant system är en trivial uppgift jämfört med att bygga det.
Kaplan motorAstrofysikern Matthew E. Caplan vid University of Illinois har föreslagit en typ av stjärnmotor som använder den fokuserade strålningen från en stjärna (med hjälp av statiska speglar i klass A) för att värma upp områden på stjärnans yta och skapa strålar av solvind för att samlas in i kropp av en motorliknande motor Bassard , elektromagnetiska fält. Motorn, som använder kärnfusion , producerar en ström av plasma för att stabilisera dess position i förhållande till stjärnan och en ström av radioaktivt syre-14 för dragkraft. Med hjälp av elementära beräkningar, med antagande av maximal effektivitet, uppskattar Kaplan att motorn kommer att använda 10 12 kg stjärnmaterial per sekund för att generera en maximal acceleration på 10 −9 m/s 2 , vilket ger en hastighet på 200 km/s på 5 miljoner år och ett avstånd på 10 parsecs under 1 miljon år. Även om motorn teoretiskt skulle kunna gå i 100 miljoner år, med tanke på den hastighet med vilken solens massa går förlorad, tror Kaplan att 10 miljoner år är tillräckligt för att förhindra en kollision av stjärnor [2] . Konceptet utvecklades på begäran av den populärvetenskapliga YouTube-kanalen Kurzgesagt [ 3 ] .