Введение
Гипотетический процесс добычи ресурсов звезды.
Звёздный подъём — это любой из нескольких гипотетических процессов, посредством которых достаточно развитая цивилизация (в частности, цивилизация уровня Кардашёва II или выше) могла бы извлечь значительную часть вещества звезды для последующего использования, возможно, одновременно оптимизируя её энерговыделение и продолжительность жизни. Термин, по-видимому, был предложен Дэвидом Крисвеллом. Звезды уже теряют небольшое количество массы посредством солнечного ветра, корональных выбросов массы и других естественных процессов. В течение жизни звезды на главной последовательности эта потеря обычно пренебрежимо мала по сравнению с её общей массой; лишь на последних стадиях жизни звезды, когда она превращается в красного гиганта или сверхновую, выбрасывается значительная доля вещества. Предлагаемые методы звёздного подъёма предполагают увеличение этого естественного потока плазмы и управление им с помощью магнитных полей. Звезды обладают глубокими гравитационными колодцами, поэтому энергия, необходимая для подобных операций, очень велика. Например, для подъёма солнечного материала с поверхности Солнца до планеты Меркурий требуется 1,6 × 10¹³ Дж/кг. Эту энергию может поставлять сама звезда, собираемую сферой Дайсона; использование 10% от общей мощности Солнца позволит поднимать 5,9 × 10²¹ килограмм вещества в год (0,0000003% от общей массы Солнца), или 8% от массы Луны Земли.
Тепловой отток
Самая простая система для подъема звезды увеличит скорость истечения солнечного ветра, напрямую нагревая небольшие участки атмосферы звезды, используя различные способы доставки энергии, такие как микроволновые лучи, лазеры или пучки частиц – в зависимости от того, что окажется наиболее эффективным для инженеров, создающих эту систему. Это вызовет мощный и продолжительный выброс, подобный солнечной вспышке, в целевой области, усиливая солнечный ветер. Образующийся поток будет собираться с помощью кольцевого тока вокруг экватора звезды для создания мощного тороидального магнитного поля, диполи которого будут направлены над осями вращения звезды. Это отклонит солнечный ветер звезды в пару струй, выровненных вдоль оси вращения и проходящих через пару магнитных сопел. Магнитные сопла преобразуют часть тепловой энергии плазмы в скорость истечения, способствуя охлаждению потока. Кольцевой ток, необходимый для генерации этого магнитного поля, будет создаваться кольцом космических станций-ускорителей частиц на близкой орбите вокруг экватора звезды. Эти ускорители будут физически разделены, но обмениваться двумя встречными пучками ионов с противоположными зарядами с соседними станциями, формируя замкнутую цепь вокруг звезды.
"Хуф-н-Пуф"
Дэвид Крисвелл предложил модификацию полярной струйной системы, в которой магнитное поле можно использовать для увеличения оттока солнечного ветра напрямую, без дополнительного нагрева поверхности звезды. Он назвал этот метод "Хуфф-н-Пафф", вдохновленным угрозами Большого Злого Волка из сказки "Трое поросят". В этой системе кольцо ускорителей частиц не будет находиться на орбите, а будет удерживаться от гравитации звезды за счет внешней силы самого магнитного поля. Для ввода энергии в атмосферу звезды кольцевой ток сначала временно отключается, позволяя станциям ускорителей частиц начать свободное падение к поверхности звезды. Как только станции наберут достаточную скорость, кольцевой ток вновь включается, и образовавшееся магнитное поле используется для остановки и разворота падения станций. Это "сжимает" звезду, выталкивая звездную атмосферу через полярные магнитные сопла. Кольцевой ток отключается снова до того, как станции наберут достаточную скорость, чтобы унести их слишком далеко от звезды, и гравитация звезды возвращает их обратно для повторения цикла. Один набор станций в кольце приведет к очень прерывистому потоку. Этот поток можно сделать более равномерным, используя несколько наборов станций в кольце, каждый из которых находится на разной стадии цикла "Хуфф-н-Пафф", так что всегда одно кольцо находится в фазе "сжатия". Это также позволит сгладить энергетические потребности системы во времени.
Центробежное ускорение
Альтернатива методу Хьюфа и Пуффа для использования тороидального магнитного поля с целью увеличения оттока солнечного ветра заключается в размещении кольцевых станций на полярной, а не на экваториальной орбите. В этом случае два магнитных сопла будут расположены на экваторе звезды. Для увеличения скорости оттока через эти два экваториальных потока кольцевая система будет вращаться вокруг звезды со скоростью, значительно превышающей естественную скорость вращения звезды. Это приведет к выбросу наружу атмосферы звезды, захваченной магнитным полем. Этот метод имеет ряд существенных осложнений по сравнению с другими. Вращение кольца таким образом потребует от кольцевых станций использования мощной ракетной тяги, что потребует как крупных ракетных систем, так и большого количества реактивной массы. Эту реактивную массу можно "перерабатывать", направляя выхлопные газы ракет на поверхность звезды, однако сбор свежей реактивной массы из оттока звезды и доставка ее на кольцевые станции в достаточном количестве еще больше усложнит систему. Наконец, образующиеся потоки будут выходить из экватора звезды по спирали, а не прямо от полюсов; это может усложнить их сбор, а также организацию сферы Дайсона, обеспечивающей энергией систему.
Уборка поднятой массы
Материал, извлеченный из звезды, будет выходить в виде плазменных струй длиной в сотни или тысячи астрономических единиц, состоящих преимущественно из водорода и гелия и обладающих крайне низкой плотностью по современным инженерным меркам. Подробности извлечения полезных материалов из этого потока и хранения огромных объемов, которые при этом образуются, изучены недостаточно. Один из возможных подходов заключается в очистке полезных элементов из струи с помощью масс-спектрометрии в чрезвычайно больших масштабах, их охлаждении лазерным охлаждением и конденсации на частицах пыли для последующего сбора. Альтернативный метод может включать использование крупных соленоидов для замедления струи и разделения ее компонентов. В рамках этой системы также будет производиться электроэнергия. Из избытка водорода и гелия можно будет создавать небольшие искусственные газовые гиганты для хранения ресурсов для дальнейшего использования. Избыточный газ также можно будет использовать для создания новых планет, подобных Земле, по индивидуальным параметрам. В случае Солнечной системы одним из возможных применений материала, добытого с Солнца, может быть его добавление к Юпитеру. Увеличение массы Юпитера примерно в 100 раз превратит его в звезду, что позволит ему обеспечивать энергией свои спутники и пояс астероидов. Однако это необходимо проводить с осторожностью, чтобы избежать катастрофических изменений орбит других тел в Солнечной системе.
Звездные хозяйства
Продолжительность жизни звезды определяется запасом ядерного "топлива" и скоростью его расходования в реакциях термоядерного синтеза в ядре. Хотя более крупные звезды обладают большим запасом топлива, возросшее давление в ядре, обусловленное этой дополнительной массой, значительно увеличивает скорость сгорания; таким образом, крупные звезды живут значительно меньше, чем маленькие. Современные теории звездной динамики также предполагают, что смешение между большей частью атмосферы звезды и веществом ее ядра, где происходит синтез, незначительно, поэтому большая часть топлива крупной звезды никогда не будет использована естественным образом. Маленькие красные карлики, которые по своей природе полностью конвективны, позволяют гелию в ядре смешиваться с внешними слоями водорода, что обеспечивает чрезвычайно долгий срок жизни звезды – порядка триллионов лет. По мере уменьшения массы звезды, скорость ядерного синтеза снижается, уменьшая количество энергии, доступной для процесса подъема массы звезды, а также уменьшая гравитацию, которую необходимо преодолеть. Теоретически, при достаточном времени можно удалить произвольно большую часть общей массы звезды. Таким образом, цивилизация могла бы контролировать скорость расходования топлива звездой, оптимизируя мощность и продолжительность жизни звезды в соответствии со своими потребностями. Извлеченный в процессе водород и гелий могут быть использованы в качестве топлива для термоядерных реакторов. Альтернативно, этот материал можно собрать в дополнительные, меньшие звезды для повышения эффективности его использования. Теоретически, большую часть энергии, содержащейся в материи, извлеченной со звезды, можно будет получить, превратив ее в маленькие черные дыры посредством механизма излучения Хокинга.
В художественной литературе
В серии «Вселенная Звёздных Врат» древний корабль «Судьба» и корабли-семена, отправленные за 2000 лет до «Судьбы», питаются плазмой звёзд. Корабль скользит над поверхностью звезды, прежде чем погрузиться под её фотосферу, чтобы собирать плазму с помощью выдвижных коллекторов. Во франшизе «Звёздные войны: Рыцари Старой Республики» Звёздная кузница способна поднимать звёзды. В некотором смысле, База Звёздных Убийц в седьмом каноническом фильме поднимает звезду для питания своего планеторазрушающего лазерного орудия, хотя для этого она поглощает целую звезду. В романе «Звёздный путь: Вояджер – Убитое Солнце» описывается рептилоидная раса, использующая звёздный материал для поддержания открытия червоточины. Однако в романе этот процесс изображён как резкое сокращение срока жизни звезды, а не её продление. В трилогии «Ночной рассвет» Питера Ф. Гамильтона инопланетная раса Киинт создала дугу из искусственно созданных планет вокруг своего солнца из массы, извлечённой из их звезды. В эпизоде «42» сериала «Доктор Кто» экипаж звездолёта «Пенталлиан» использует солнечный насос для извлечения материи из звезды в качестве топлива для своего корабля. В новелле «Палимпсест» Чарльза Стросса Стазис использует подъём звезды, чтобы заменить ядро Солнца чёрной дырой, создавая «некрозвезду» с значительно увеличенным сроком жизни. В романе «Корабли времени» Стивена Бакстера Морлоки создают сферу Дайсона внутри орбиты Земли, используя материю, поднятую с Солнца. В рассказе «Золотые яблоки Солнца» Рэя Брэдбери люди на ракете «Копа де Оро» долетают до Солнца и погружают в него механическую чашу, чтобы собрать тепло звезды для Земли. В серии видеоигр Destiny механическая раса Векс использует подъём звёзд, чтобы искусственно продлить жизнь своей Forge Star 2082 Volantis.