Cilindro de O'Neill y esfera de Dyson: ¿megaestructuras para colonizar el espacio?

Kalpana One, una versión moderna y un poco más realista del cilindro O'Neill © Bryan Versteeg
En el cosmos, todo tiene un principio y un final. Desde la génesis hasta la conclusión, de la que no sabemos casi nada, las estrellas siguen su ciclo de vida, desde la nube molecular hasta el agujero negro para las más masivas, y nuestro Sol obviamente no está exento de este fin programado.
¡Admitiendo que la Humanidad todavía existe durante varios cientos de millones de años, nuestros descendientes tendrán que asumir el inmenso desafío de la colonización interestelar! Prospectiva, ciencia ficción o anticipación, esto no impide que los científicos ya investiguen el estudio de una colonización teórica más allá del sistema solar.

El fin programado de las estrellas

Agotando inevitablemente sus reservas de combustible por un fenómeno de fusión nuclear, al transformar hidrógeno en helio dentro de su núcleo, nuestra querida enana amarilla, sin la cual la vida en la Tierra nunca habría aparecido, se transformará en una gigante roja cuando Tendrá alrededor de 10 mil millones de años. En este punto, la zona habitable de nuestro sistema solar no será la misma que hoy, y la vida en la Tierra simplemente será imposible.
Nuestro Sol, infinitamente pequeño en comparación con estrellas como UY Scuti (la estrella más grande conocida en el universo observable), también experimentará su final programado © NASA
Sin embargo, nuestra estrella, que actualmente tiene 4.600 millones de años, regresará Tierra inhabitable mucho antes de que se multiplique su tamaño(envolviéndonos en el proceso). Durante su ciclo actual, la luminosidad del Sol aumenta un 7% cada mil millones de años. En el peor de los casos, la vida en la Tierra podría desaparecer en 500 millones de años debido al dramático aumento de las temperaturas. Si bien algunas especies, incluidas las bacterias y otros virus, aún pueden resistir algunos cientos de millones de años, la humanidad habrá sido diezmada, mucho antes de que los océanos se hayan vaporizado literalmente.
Puede sospecharlo, pero este escenario catastrófico no tiene en cuenta el fenómeno del calentamiento global, cuyas graves consecuencias apenas comenzamos a ver. Hoy, las principales razones del calentamiento global son el consenso dentro de la comunidad científica: forzamiento antropogénico (emisiones de gases de efecto invernadero, deforestación), a diferencia del forzamiento natural (solar y volcánico) y como su nombre indica. , debido a las actividades humanas.
Si el sueño más ambicioso de Elon Musk o de la NASA es, en un futuro próximo, poner un pie en Marte , no obstante será necesario trasladar y colonizar regiones mucho más lejanas para dejar cualquier esperanza de supervivencia a la humanidad.cuando el Sol firma nuestra sentencia de muerte, o cuando el Hombre ha causado su propia pérdida.
¿Le parece muy improbable y duda, con razón, de la capacidad del Homo sapiens para asumir tal desafío? Pero observando la Luna, ¿Galileo imaginó a Neil Armstrong? ¿Qué habría pensado Hipócrates, padre de la medicina, con el ojo en un microscopio frente al mundo celular, o la medicina nuclear?
A la escala del Universo, ha pasado poco tiempo desde la Edad de Piedra hasta la era contemporánea y sus sociedades industriales, hasta la revolución digital, y la Humanidad todavía tiene muchos milenios para convertirse en lo que los investigadores llaman una "supercivilización",en otras palabras, una civilización que ha alcanzado un nivel muy alto de desarrollo tecnológicoy quién, por tanto, está en condiciones de emprender la colonización interestelar .

De la ficción a la ciencia

A principios del XIX ^° siglo, el progreso tecnológico asociado con la primera gran revolución industrial cambiar profundamente el rostro de la sociedad y estimula la imaginación . Así, las proyecciones futuristas basadas en el progreso de la ciencia se apresuraron a encontrar un lugar en la literatura, se piensa en particular en los precursores de la ciencia ficción que son Jules Verne y HG Wells. Si SF es reconocido como un género literario en sí mismo en medio de XX ^XX siglo, muchos autores se imagina las tecnologías mundiales y futuras ; Al igual que las obras de Verne, un gran número de conceptos ilustrados en estas obras de ciencia ficción se realizarán posteriormente.
Hoy la ciencia ficción es parte integral de nuestra cultura, gracias a la literatura, pero también y especialmente al cine y más recientemente a los videojuegos. Los artistas se inspiran en los avances de la ciencia, mientras que la ciencia se alimenta regularmente de su vívida imaginación . Teléfonos móviles y tabletas, asistentes de voz, clonación de animales, coches autónomos, robots humanoides, viajes interplanetarios, inteligencia artificial o incluso realidad aumentada, todos estos conceptos y tecnologías (y muchos otros) vieron la luz por primera vez bajo forma de ficción , en el cine, con películas como Star Trek, Minority Report, Terminator o, más recientemente, I-Robot.

Los vínculos entre ficción y ciencia son a veces estrechos y la colonización espacial es un tema omnipresente en las obras de la ciencia ficción. Como acabamos de ver, la colonización espacial no es solo una fantasía a la que las agencias estatales y los actores privados desean entregarse en una atmósfera de competencia; puede depender de la sustentabilidad de la civilización.
Los dos conceptos de megaestructura que les presentamos hoy se inspiraron directamente en obras de ciencia ficción y podrían algún día ser la piedra angular de la colonización interestelar .

Esfera de Dyson: capturando la energía de una estrella

Conceptualizada por el famoso físico Freeman Dyson a través de un artículo en la revista Science en 1960, la esfera de Dyson es una megaestructura hipotética y artificial que podría establecerse alrededor de una estrella en un intento por recuperar la mayor parte de la energía que produce.
Freeman Dyson en 2009 © Eugene Richards
Esta idea de una biosfera artificial se inspiró en la lectura de la novela Star Maker de Olaf Stapleton y sus "trampas de luz". En ese momento, la búsqueda de vida extraterrestre estaba en pleno apogeo y el programa SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence) nace, ya que se ha avanzado mucho en radioastronomía y la NASA se prepara para enviar una tripulación a la luna por primera vez. Esta efervescencia, así como los sustanciales presupuestos dedicados en ese momento a la investigación y la conquista del espacio, estimularán a toda una generación de científicos, incluido Freeman Dyson.
Dyson quiso así verificar, con una mirada científica, la atractiva idea desarrollada en la novela de Stapleton, que permitiría a una civilización avanzada satisfacer sus fuertes necesidades energéticas capturando toda o gran parte de la energía emitida. no su estrella. Esta idea parte de una premisa muy simple:asumiendo que la demanda de energía y material está aumentandopara una civilización tecnológica, de un día para otro, inevitablemente, agotaría el potencial energético de su propio planeta y no tendría más remedio que volverse hacia su estrella.

Detección de esferas de Dyson

Dyson cree que este enfoque también podría ser parte de la respuesta a la paradoja de Fermi de preguntarse para tratar de comprender por qué el Universo está tan silencioso . Efectivamente, entre las hipótesis que nos permiten dar respuesta a este gran silencio, además de las posibles dificultades de realizar viajes interestelares, la escasez de vida inteligente, o el hecho de que las civilizaciones extraterrestres puedan desaparecer antes de haber alcanzado un En etapa avanzada, Dyson también evoca el hecho de que estos últimos no podrían tener la necesidad de colonizar el Universo desde el momento en que logran acceder a una fuente de energía casi ilimitada, mediante la construcción de una o más esferas de Dyson. A pesar de todo, si ununa estrella "encapsulada" en una esfera de Dyson no es detectable en el espectro visible, la esfera sería detectable gracias a una radiación infrarroja similar a la de un cuerpo negro.
Después de la primera formulación de Dyson que designaba una “capa” sólida y hueca que encierra una estrella, se conceptualizaron otras variedades de esferas de Dyson en particular para responder a las críticas sobre la estabilidad mecánica de tal objeto. En total , se prevén así tres tipos de esferas de Dyson , la del tipo I, cuya capa hueca y cerrada permitiría capturar casi toda la energía emitida por una estrella y podría ser potencialmente habitable; el del tipo II que consiste en unenjambre formado por un gran número de colectores solares independientes , una solución que parece más realista; la de tipo III llamada burbuja de Dyson estaría compuesta por “ statites ” (contracción de las palabras estática y satélite) que utilizarían velas solares como el prototipo inspirado en Carl Sagan, Lightsail, para flotar inmóviles en relación a la estrella.

¿Una esfera Dyson en la Vía Láctea?

Este concepto es por supuesto muy interesante para la investigación de tecno-firmas , pero sorprende y asombra más cuando sabemos que Freeman Dyson cree que la Humanidad podría lograr capturar toda la energía del Sol gracias a tal estructura desde aquí. ¡2.500 años!
Basándose en la escala de Kardashev , un método para clasificar civilizaciones en relación con su consumo de energía y nivel tecnológico, Dyson estima que una sociedad podría alcanzar el tipo 2 de esta clasificación en solo 2.500 años, tanto que su crecimiento económico anual no baje del 1%. Una civilización de tipo 2 corresponde a una sociedad avanzada capaz deRecoge el poder energético emitido por su estrella . En 1973 , Carl Sagan revisó esta escala, postulando que la Humanidad era entonces una civilización de tipo 0,7 .
Esta empresa titánica parece un poco loca en este momento, especialmente porque requeriría desmantelar el equivalente a un planeta gaseoso como Júpiter, pero también planetas terraformadores como Marte y Venus. A pesar de todo, los avances tecnológicos actuales, particularmente con el rápido desarrollo de la robótica, la inteligencia artificial y las nanotecnologías, apuntan a un futuro brillante para la conquista del espacio. Otros conceptos hipotéticos como la sonda de Von Neumann, una nave espacial capaz de replicarse a sí misma utilizando materiales encontrados in situ, podría satisfacer las gigantescas necesidades de construcción y montaje de una esfera Dyson.

El cilindro de O'Neill: colonizando el sistema solar

Camarada y amigo de Freeman Dyson, O'Neill también estaba muy interesado en la cuestión de una posible colonización humana del espacio interplanetario .
Teorizado en 1977 en su libro The High Frontier: Human Colonies in Space (“Las ciudades del espacio”, en su edición francesa), el cilindro de O'Neill es un concepto de hábitat espacial resultante de un trabajo conjunto entre Gerard O'Neill y sus estudiantes en Princeton ya en 1969. En 1974, ya publicó un artículo titulado " La colonización del espacio " en la revista Physics Today en el que describía varias soluciones innovadoras para colonizar el sistema solar.en particular desarrollandomega-infraestructuras .
Gerard K. O'Neill enseñando en Princeton © Tasha O'Neill
Si podemos pensar que O'Neill también se inspiró en la novela de Stapleton, que describe estructuras habitables construidas alrededor de estrellas, pero también anillos exteriores que albergan vida, es finalmente una variante cilíndrica de un concepto ya propuesto en 1929 por el físico británico John Desmond Bernal , y retomado en 1954 por el científico alemán Hermann Oberth . Sin embargo, poco antes de la publicación de su libro, encontramos este tipo de estructuras (de diseño extraterrestre) en la novela de Arthur C. Clarke, Rendezvous with Rama.

Condiciones de vida similares en la Tierra

Sin embargo , con la ayuda de sus estudiantes, O'Neill popularizará e impulsará este concepto un poco más. De hecho, imagina tres tipos diferentes de hábitats espaciales , llamados islas .
Island One consiste, pues, en una esfera giratoria de 512 metros de diámetro. Esta estructura podría albergar a 10.000 habitantes en su región ecuatorial. El concepto de Isla Dos es similar, excepto que tiene 1,6 km de diámetro. La idea fue retomada durante el Estudio de Verano de la NASA de 1975, dirigido por O'Neill, en el que la Universidad de Stanford propuso una versión alternativa: el Stanford Torus.- compuesto por uno o dos toros que utilizan fuerza centrífuga para proporcionar una gravedad similar a la de la Tierra.
Finalmente, el concepto de referencia, Island Three, es lo que conocemos hoy como cilindro O'Neill . Es mucho más grande que los otros dos modelos, ya que consta de un par de cilindros de rotación opuesta, cada uno de los cuales mide 32 km de largo y 6 km de diámetro.
Un par de cilindros O'Neill © Rick Guidice / NASA Ames Research Center
Cada cilindro de esta enorme estructura tiene seis cortes de área igual, extendiéndose a lo largo de toda la longitud del cilindro. Tres de ellos son habitables, mientras que los otros tres son superficies transparentes que dejan entrar la luz del sol. Se instala un anillo exterior con un diámetro de 32 km, que gira a diferente velocidad, para realizar actividades agrícolas . Finalmente, las unidades de producción industrial para diseñar las viviendas se ubicarían en el centro de esta estructura con el fin de minimizar la gravedad para determinadas actividades industriales.
Como vemos, O'Neill y sus alumnos han pensado en todo aquí para una posible colonización del espacio, concepto que también atrae a un tal Jeff Bezos. Capaz de albergar a varios millones de habitantes, el cilindro de O'Neill ve su eje siempre apuntando hacia el Sol, primero con el objetivo de satisfacer sus necesidades energéticas, pero también para recibir luz en su interior. Las tres láminas transparentes, tipos de ventanas, estarían equipadas con espejos para reflejar la luz , así como para simular la noche .
Vista interior de un cilindro O'Neill y sus partes de espacio habitable y espejos alternos © Rick Guidice / NASA Ames Research Center
Para proporcionar estabilidad, como para simular la gravedad terrestre, O'Neill pensó en colocar la estructura al nivel de los puntos de Lagrange ; los cilindros tendrían que girar en rotación opuesta 28 veces por hora para anular cualquier efecto giroscópico y así proporcionar a los habitantes gravedad artificial . Finalmente, el volumen de los cilindros sería suficiente para reproducir con mayor o menor precisión una atmósfera con sus propias condiciones meteorológicas , al tiempo que ofrece protección contra la radiación cósmica y sus radiaciones.
Vista interior de un cilindro O'Neill que muestra la curvatura de su superficie interna © Don Davis / NASA Ames Research Center

¿Posibles conceptos en un futuro próximo?

Inspirando regularmente el mundo de la ciencia ficción, como la película Interstellar, o la famosa serie de videojuegos Mass Effect, con su Citadel, el concepto de cilindro de O'Neill (y el de la esfera de Dyson ) permanece en la actualidad. la de las propuestas relevantes y prácticas cuando se habla de una colonización espacial a largo plazo y gran escala.
Aunque el icónico fundador de SpaceX, Elon Musk, todavía está lejos de estar convencido de tal proyecto, argumentando que no tiene sentido para él, el cilindro de O'Neill les parece a muchos como un idea juiciosa en comparación con la colonización de otros planetas del sistema solar donde el Hombre, frágil,tendrá dificultades para establecerse.
Como muchos otros antes que él, como Carl Sagan, el fundador de la empresa aeroespacial Blue Origin, Jeff Bezos , se sintió atraído por la idea de las colonias descritas por O'Neill. Si bien Bezos ha reconocido desde entonces que construir estos asentamientos sería un desafío mucho más allá de lo que los humanos han podido lograr hasta ahora, cree que el próximo gran desafío en el espacio será la utilización de recursos. disponible en el espacio para construir y mantener estructuras allí .

Esta mirada al futuro del espacio obviamente está lejos de ser insignificante: NASA y ESApor lo tanto, están considerando seriamente el uso de recursos in situ para sus próximas misiones a la Luna. Además, si estas agencias logran tal avance, que permitiría vislumbrar una presencia humana autónoma en la Luna, es claro que este es también uno de los elementos capitales para una hipotética construcción de una megaestructura como una esfera de Dyson o una colonia de O'Neill.
Hoy estos proyectos nos parecen fuera de alcance, ficticios, incluso completamente locos, como las declaraciones de Musk. Sin embargo, si parece seguro que nunca los veremos en nuestra vida, ¡bien podrían abandonar el campo de la ciencia ficción y convertirse en una realidad en unos pocos siglos! Quizás también puedan surgir versiones mejoradas y menos voluminosas en un futuro relativamente cercano. Kalpana One , un diseño híbrido inspirado en el cilindro O'Neill, la esfera de Bernal y el Torus de Stanford parece, a nuestra escala, mucho más realista.


Y tú, ¿crees que el Hombre algún día podrá construir tales estructuras en el espacio?