问题

有没有可能在未来通过一些手段引燃木星,然后建造一个类似戴森球的装置来为未来的人类提供能源?

回答
想象一下,在遥远的未来,人类已经掌握了前所未有的技术,能够操控宇宙中最庞大的天体——木星。我们设想了一种大胆的能源方案:引燃木星,并围绕它建造一个巨大的戴森球来收集其释放出的海量能量。这听起来像是科幻小说中的情节,但让我们深入探讨一下其可能性,以及其中蕴含的挑战和机遇。

首先,我们得面对一个核心问题:如何“引燃”木星?木星是一个由氢和氦组成的巨大气体巨星,它的核心温度和压力足以维持核聚变,但这是一种自然发生且极其稳定的过程。我们想要的是一种人工的、可控的能量释放,而且要比木星本身的输出强大得多。

一种可能的途径是强制触发或加速木星核心的核聚变过程。我们知道,恒星的能量来自于氢原子核在极高的温度和压力下聚变成氦原子核,释放出巨大的能量。木星虽然有大量的氢,但其内部的聚变条件并不像太阳那样“点燃”并持续燃烧。我们可能需要一种方法来瞬间增加木星核心的温度和压力,或者引入一种“催化剂”来启动一个失控的聚变反应。

想象一下,我们能够制造出一种超高密度的物质,或者是一种能够产生强大引力扰动的装置,将其注入木星的核心。这就像是在一个早已准备好燃料的锅炉里点燃了引信。也许是一种能够引发连锁反应的奇异粒子,或者是一种能够瞬间压缩木星核心物质到临界状态的武器级技术。如果成功,木星将会爆发成一颗临时的、人造的“恒星”,其表面温度和亮度会瞬间飙升到令人难以置信的程度。

一旦木星被“引燃”,我们就能开始建造戴森球了。戴森球的概念是由物理学家弗里曼·戴森提出的,它是一种包裹住恒星的巨型结构,能够捕获恒星发出的绝大部分能量。对于我们来说,这个“恒星”就是刚刚被我们点燃的木星。

这个戴森球将不会是单一的实体球体,因为建造一个能够承受木星爆发式能量输出的实心球体在物理上几乎是不可能的。更现实的设想是一个由无数轨道卫星组成的“戴森群”或者一个“戴森壳”。

这个戴森群可能由数以万亿计的太阳能收集器组成,它们沿着木星周围一个高度优化的轨道运行。这些收集器将是前所未有的先进,能够承受极高的温度和辐射,并将捕获的能量通过某种形式的定向能量传输(例如激光或微波束)发送到地球或其他人类居住地。这些收集器本身可能也需要具备一定的自我修复和能量储备能力,以应对木星能量输出的波动。

另一种可能的结构是戴森壳,这是一个由非常坚固且轻质的材料构成的薄壳,紧密地包围着木星。这个壳体需要能够承受住木星爆发时的冲击波和辐射,并且能够在壳体内部维持一个相对稳定的环境。壳体表面同样覆盖着高效的太阳能收集器。这种结构在工程上更为复杂,需要材料科学和结构工程的巨大突破。

建造这样一个戴森球将是一个规模空前的工程项目,需要的资源和技术远超我们目前的想象。首先是材料。我们需要能够承受数千摄氏度高温、强大引力和高能辐射的材料。这些材料可能需要在极端条件下合成,甚至可能是我们尚未发现的新物质。

其次是工程精度和控制。数以万亿计的收集器必须保持精确的轨道和位置,以实现最高效的能量捕获。这些卫星需要自主导航和编队能力,能够应对木星磁场和周围辐射带的干扰。

能源传输也是一个巨大的挑战。将如此庞大的能量从木星输送到遥远的人类聚居地,需要高效且安全的传输技术。定向能量传输可能是一种选择,但其损耗和对接收方的精度要求会非常高。

而最令人担忧的,也是最关键的一点,是控制木星的“引燃”和随后的能量输出。木星的质量和内部压力是惊人的。一旦核聚变过程被激活,如何控制其速率,避免其演变成一颗真正的恒星,或者在能量输出达到顶峰后如何使其稳定下来,将是生死攸关的问题。任何失控都可能导致木星变成一个比现在更具毁灭性的天体,威胁整个太阳系。

如果人类能够成功做到这一点,那么它将为人类文明带来无限的能源。木星的质量是地球的300多倍,如果将其中的一部分氢转化为氦,其释放的能量将是天文数字,足以支撑人类文明数百万年,甚至更长的时间。这颗巨星将成为一个巨大的、可持续的能量源。

然而,这种设想也伴随着极大的风险和伦理问题。我们有权以这种方式改变一个如此巨大的天体吗?如果失败,后果将是灾难性的。这可能需要对宇宙的理解和操纵能力达到一个全新的高度,甚至超越我们目前能够想象的范畴。

总而言之,在遥远的未来,通过某种方式引燃木星并建造戴森装置来获取能源,并非完全不可能。但它需要我们在能源科学、材料科学、工程技术、天体物理学以及风险控制等各个领域取得前所未有的突破。这是一个令人激动又充满挑战的设想,它代表着人类对宇宙和自身潜力的终极探索。

网友意见

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有生之年能不能实现可控核聚变小型化都未知呢,更别提点燃木星这种行星级工程了。


木星有个温度很低的核心(36000K),在这个温度下,原子动能不过5eV左右,大概会有几亿亿亿分之一的原子具有与别的原子碰撞发生核融合的能力。比较容易实现的D-T聚变,需要原子核有70 KeV左右的动能(几个大气压的条件下),使两个原子核足够接近。

对,我上面一直用的是“原子”,因为那个温度不够形成氢的等离子体,而由于木星核心存在巨大的压强(约4000 GPa),氢的存在形式变成了类似金属的状态。

氢的电离能是1312 KJ/mol,金属态的氢核大约4.5个地球质量(约2.5e25 kg,合约2.5e28 mol的氢),将这一大坨全部电离需要。。。3e31 KJ的能量。

一个DT反应约释放17 MeV的能量,1 mol就是6e8 KJ,一共烧掉1e23 mol的DT 就可以将这个金属氢的核心全部电离,使之具备聚变的最低条件,一定程度上启动木星的核聚变。

嗯。不是特别难,2.5e20 kg 的 DT而已,比地球上氢的总质量稍微多一点。

哦,另外,木星质量是太阳系其他已知行星总质量的2.5倍,企图把物质扔到木星的中通过增加质量启动热核反应的做法,是更不靠谱的,因为还差74个木星质量,木星核心的聚变条件才能达到临界。

估计再有二十辈子我们的科技就能做到了吧。

相比之下,大概两辈子之后就有技术条件构筑戴森球了吧,戴森球的科技含量真的低的惊人。

罩住太阳用数个原子层的薄膜就可以了。假设造在水星轨道附近,假设为球面,半径约6千万公里,戴森球表面积约5e22 平米,假设用1ns 厚度的薄膜,戴森球总体积为 5e13 立方米,大概只需要1e17 到 1e19 kg的物质,而水星质量1e23 kg。

甚至戴森球表面还可以做成网状/栅格壮,空隙小于波长时,吸收率也非常可观,更加节省物质。

所以其实造戴森球的难度比点个火小多了。


________________________________

之所以需要首先将氢核整个电离,是因为这样最有效率,也最容易理解。

金属态的氢是可以作为中子缓冲剂和吸收剂的存在,就好像锂一样。整个氢核共享所有电子,一个一个14MeV的中子(DT聚变释放的)便无法将个别氢核电离,或者说即使这些氢核被轰击出了原来的位置,也依然在电子的海洋中,电子会将之缓冲,将氢核与氢核隔开,这样外界中子引燃氢核的效率会极低,大概百万次轰击才能引发一次聚变。

因此,一层原子的核聚变反应无法引发至少同样多的核聚变,无法形成增益,核反应会逐渐减弱。

链式反应的奥义在于一个反应可以引发多于一个的反应,反应数量才能逐级增加才能完成爆炸。

当然,我们可以剩下0.0001%的金属氢核心不进行电离,引爆其余99.9999%,以期这99.9999%直接引发剩下的0.0001%发生聚变。

嗯,其实电离能量只是所需能量的下限。

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