Megaestruturas: A Esfera de Dyson

O Que São Megaestruturas?

As megaestruturas são estruturas teóricas construídas por espécies inteligentes e tecnologicamente desenvolvidas. O termo “espécies” é utilizado uma vez que essas estruturas são retratadas principalmente na ficção científica, sendo construídas por espécies não humanas.

O nome megaestrutura é devido ao tamanho que essas estruturas podem chegar, sendo que algumas delas podem ser maiores que planetas ou até mesmo sistemas solares inteiros. As explicações para esses tamanhos “exagerados” giram em torno das utilidades das estruturas, sendo os principais objetivos delas: abrigar vida em condições naturais, produzir ou colher quantidades gigantescas de energia, realizar o transporte de matéria ou até mesmo serem utilizadas como proteção e armamentos.

Existem diversas megaestruturas na literatura e, no geral, as teorias que representam cada uma delas foram criadas e ainda são defendidas por grandes nomes no meio científico. Alguns exemplos de megaestruturas são:

• Cilindro de O’Neill: é um tipo de megaestrutura cilíndrica que possui o objetivo de abrigar vida fora da Terra. O cilindro de O’Neill possui uma atmosfera própria na parte interna do cilindro, que gira em torno do eixo central para criar uma gravidade artificial a partir da aceleração centrípeta. Essa estrutura é retratada no filme Interestellar;
• Toroide de Stanford: na prática, o toroide de Stanford e o cilindro de O’Neill possuem o mesmo objetivo e funcionamento, mudando apenas o formato da estrutura que dessa vez possui um formato de “rosca”;
• Estrela da Morte: a famosa arma capaz de destruir planetas da franquia de Star Wars;
• Elevador Espacial: essa estrutura tem a finalidade de enviar carga para o espaço e colocar essa carga em órbita. Com a tecnologia atual é necessário um gasto de milhões de dólares para enviar um foguete ao espaço e parte desse problema é devido à necessidade de se movimentar não apenas verticalmente, mas horizontalmente também, para que o objeto orbite o nosso planeta. Com o elevador espacial, o gasto seria reduzido significativamente uma vez que o esforço horizontal para entrar em órbita deixaria de existir.

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Essas são apenas alguns exemplos dentre diversas outras megaestruturas. A mais famosa de todas, e talvez a mais importante, é a Esfera de Dyson que será discutida em mais detalhes nessa matéria.

Esfera de Dyson

A ideia foi teorizada inicialmente por Freeman Dyson em 1960, e seu nome original era Bio-Esfera Artificial. Com o passar do tempo, o nome foi trocado por Esfera de Dyson conforme a estrutura era referenciada em obras de ficção científica.

A Esfera de Dyson se trata de uma casca esférica com um raio aproximado de 1 UA (unidade astronômica) que é equivalente à distância entre a Terra e o Sol. Essa casca seria feita de painéis solares eficientes que seriam capazes de coletar toda a energia emanada da nossa estrela. Essa energia seria convertida em outros tipos de energia, tais como a eletricidade, energia química e calor por exemplo.

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Uma das grandes motivações para a teoria de Freeman foi explicar como os seres humanos encontrariam as primeiras civilizações inteligentes no universo. A equação de Drake, que considera parâmetros como taxa de formação de estrelas na nossa galáxia, número de planetas que poderiam abrigar vida neles, tempo de vida de uma civilização, entre outros fatores, estima que apenas na Via Láctea provavelmente existem entre 1 mil e 100 milhões de espécies inteligentes que poderíamos entrar em contato algum dia.

Em uma conversa com amigos em 1950, o físico Enrico Fermi levantou um questionamento probabilístico que motivaria vários outros pesquisadores no futuro. Levando em consideração a vastidão e a idade do universo, como seria possível que nenhuma raça alienígena altamente avançada tivesse nos visitado ou feito primeiro contato com os humanos? Esse questionamento ficou conhecido como Paradoxo de Fermi. 

Basicamente, não existe uma resposta para esse questionamento, e sim diversas hipóteses. Algumas ideias sugerem que os humanos são tão primitivos diante de tais espécies que simplesmente não é do interesse deles entrar em contato conosco, como se fossemos apenas uma colônia de formigas para eles. Outra teoria é que simplesmente não existem tais civilizações ou que os humanos são a espécie mais avançada do universo e, que um dia, nós seremos os responsáveis por encontrar outras espécies pelo cosmo. Ainda podemos citar a ideia que existe uma lei natural que faria com que espécies altamente evoluídas cheguem a ponto onde sua extinção é inevitável, seja por causa de guerras civis, armas de destruição em massa, ganância ou devido à eventos pandêmicos.

Uma resposta bem aceita para o questionamento de Fermi é que dadas as distâncias entre as estrelas, é possível que nunca encontraremos uma civilização alienígena pessoalmente ou faremos qualquer tipo de contato, já que para grandes distâncias as mensagens se deteriorariam e viagens interestelares poderiam demorar décadas ou séculos mesmo na velocidade da luz (o que é bem irreal para nós no momento).

Para contornar esse problema, Freeman disse que essas civilizações, se fossem avançadas tecnologicamente o suficiente, iriam em algum momento de suas histórias construir estruturas como a Esfera de Dyson, principalmente devido às imensas vantagens que poderiam ser proporcionadas por tais construções, e devido aos tamanhos das megaestruturas e à característica que algumas delas apresentam de encobrir estrelas inteiras, seria possível reconhece-las utilizando nossos telescópios, quando houvessem variações nas luzes emitidas pelas estrelas visíveis no céu.

A Esfera de Dyson se tornou uma ideia tão interessante que foi representada várias vezes em diversos tipos de mídia. Na série de ficção científica Star Trek: The Next Generation, a espaçonave Enterprise-D encontrou uma Esfera de Dyson (conhecida como Jenolan Sphere) em uma de suas explorações espaciais. Nos vídeo games, temos o jogo Dyson Sphere Program que tem como objetivo coletar recursos de planetas e sistemas solares para a criação de uma Esfera de Dyson. Os quadrinhos também não ficam para trás, em 2008 os integrantes dos Guardiões Da Galáxia visitaram e batalharam contra o inimigo da história em uma Esfera de Dyson. No jogo de cartas Yu-Gi-Oh é mostrada uma carta chamada “Number 9: Dyson Sphere” em homenagem à megaestrutura. 

Recentemente nos cinemas, na franquia de super heróis Vingadores, foi representada uma das variantes da Esfera de Dyson (Anel de Dyson) na megaestrutura Nidavellir, que coletava energia de uma estrela para ser usada no forjamento de armas super poderosas como o Mjolnir de Thor.

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Mas por que a Esfera de Dyson?

Historicamente o desenvolvimento da humanidade é intimamente ligado à capacidade de gerar e usar energia em qualquer uma de suas formas. No princípio, os ancestrais do Homem Moderno usavam apenas a energia química proveniente dos alimentos ingeridos para sobreviver. Conforme evoluímos, passamos a controlar e usar o fogo como fonte de energia para aquecimento, iluminação e cozimento de alimentos. Cerca de 1400 anos atrás, o homem agricultor avançado passou a utilizar a potência dos ventos e da água em pequena escala e também do carvão para aquecimento, iluminação e tração. Nos tempos modernos, a utilização de energia em grande escala está presente em tudo que fazemos: na criação de nossos celulares e computadores, na iluminação pública, no cozimento e congelamento de alimentos, nos combustíveis que movem os meios de transporte, nos aquecedores e ar condicionados. Estima-se que um ser humano atualmente consuma pelo menos 115 vezes mais energia que o homem primitivo.

Não só o uso de energia evolui junto com a sociedade, mas os modos de geração de energia também. Hoje em dia usamos fissão nuclear e estruturas gigantescas como hidrelétricas para produzirmos energia, sendo que há 1 século e meio atrás a lâmpada mal tinha sido inventada. Dessa forma, é difícil estimar quais medidas terão que ser tomadas nos próximos séculos para continuarmos suprindo a exponencialmente crescente demanda energética mundial.

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Com isto, não fica difícil imaginar o porquê de qualquer civilização inteligente ter como objetivo construir uma Esfera de Dyson, ou estrutura equivalente, em algum momento de sua história para suprir suas necessidades energéticas e continuarem evoluindo tecnologicamente.

O sol é pelo menos 100 quintilhões (10 elevado a 20) de vezes mais poderoso que o melhor e mais eficiente reator nuclear já construído e se apenas coletássemos toda a energia solar que incide na Terra em um determinado período de tempo, seríamos capazes de alimentar mais de 1000 planetas como o nosso no mesmo período de tempo, sendo que apenas em uma hora e meia, uma estrela como a nossa é capaz de gerar mais energia que toda a energia já consumida pela humanidade.

Com uma Esfera de Dyson coletaríamos tanta energia que não saberíamos o que fazer com ela. Os preços de eletricidade, gasolina ou qualquer outra fonte energética cairiam para um valor próximo de 0, onde apenas pagaríamos pelos custos operacionais como transporte e transmissão de energia. Possivelmente teríamos energia suficiente para criamos qualquer outra tecnologia que desejássemos, incluindo novas megaestruturas como as citadas anteriormente, elevando o patamar tecnológico da nossa sociedade para níveis inimagináveis.

Espera-se que como se trata de uma estrutura espacial, nossos problemas com poluição referentes à geração de energia elétrica na Terra seriam zerados ou reduzidos drasticamente. Porém, questões sobre lixo e poluição espacial teriam que ser levantadas.

Outro grande motivo para utilizarmos tal tecnologia seria a possibilidade de transformar a humanidade em uma raça intergaláctica. Com a energia de uma Esfera de Dyson seria possível alimentar viagens interplanetárias e interestelares com facilidade, possibilitando manter acelerações e velocidades grandes e constantes por todo o percurso. Dessa forma, seríamos capazes de explorar novos planetas, asteroides e luas no nosso sistema solar e até mesmo terraformar esses corpos para produzir novos “lares” para os seres humanos, e talvez assim nos tornemos a espécie que quebrará o paradoxo de Fermi.

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Escala de Kardashev

A Escala de Kardashev, proposta em 1964 pelo astrofísico Nikolai Kardashev, é uma escala logarítmica que determina o quão evoluída uma espécie é baseado na energia coletada e utilizada por tal espécie.

Esta escala divide as civilizações em tipos. Sendo eles:

• Tipo 1: uma civilização capaz de utilizar toda a energia de seu planeta natal. No caso dos humanos, precisaríamos ter uma capacidade de geração instalada de aproximadamente 10 quadrilhões (10 elevado à 16ª potência) de Watts, ou seja, teríamos que aproveitar toda a energia de todos os rios, mares, ventos, terremotos, vulcões, luz solar incidente no planeta e até mesmo dos furacões para atingirmos esse patamar.
• Tipo 2: uma civilização capaz de utilizar toda a energia de sua “estrela natal”. No caso dos humanos, precisaríamos ter uma capacidade de geração instalada de aproximadamente 400 setilhões (4 vezes 10 elevado à 26ª potência) de Watts. Nesse caso, uma Esfera de Dyson com 100% de eficiência nos classificaria como tipo 2 nessa escala.
• Tipo 3: uma civilização capaz de utilizar toda a energia de sua “galáxia natal”. Sendo necessário algo em torno de 4 vezes 10 elevado à 37ª potência em Watts.

Carl Sagan, um dos astrofísicos mais famosos da história, sugeriu que os pulos energéticos entre os tipos definidos por Kardashev eram muito grandes e dessa forma seria mais “correto” adicionar subtipos entre cada um deles. A partir disso, Sagan utilizou uma expressão matemática para reclassificar as civilizações, onde K é o tipo e P é a potência consumida em Watts pela civilização:

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Posteriormente foram adicionados outros 4 tipos, sendo o mais importante o tipo 0, que seria atribuído às civilizações que conseguem utilizar algum grau de energia, mas que ainda é irrelevante para parâmetros planetários. Os outros tipos, 4, 5 e 6, são extremamente distantes de qualquer imaginação otimista que possamos ter para nossa espécie, envolvendo a coleta de energia de um universo todo, por exemplo.

Utilizando a fórmula de Sagan como referência, podemos dizer que a humanidade ocupa apenas um mísero tipo 0,73, porém, segundo Michio Kaku, outro brilhante astrofísico dos dias atuais, se mantivermos um aumento de 3% ao ano no consumo de energia, é possível que atinjamos o tipo 1 dentre os dois próximos séculos e tipo 2 dentre alguns milhares de anos, o que parece ser muito tempo mas em relação ao tempo de existência do universo será equivalente a um piscar de olhos.

Como não temos outra civilização para nos compararmos, utilizaremos sociedades e espécies mostradas na ficção científica para o tal:

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É Possível Construir Uma Esfera de Dyson?

Em teoria é possível construir uma Esfera de Dyson, porém seria extremamente inviável e demoraríamos algumas décadas para finalizá-la. 

Os materiais necessários seriam equivalentes a 450 milhões de vezes a superfície da Terra em grafeno e nano tubos de carbono, que são materiais caros e difíceis de serem produzidos. Para conseguirmos essa quantidade de materiais, seria necessário desmontar planetas inteiros como Mercúrio, Vênus, Marte, todas as luas e asteroides do nosso sistema solar e possivelmente a Terra.

Outros problemas que podem ser citados são: a esfera seria instável no espaço, movendo-se em diversas direções, inclusive algum de seus lados internos poderia colidir com o sol; a pressão exercida pelo sol na estrutura poderia ser grande demais para que ela suportasse, podendo se romper a qualquer momento; a parte externa da esfera ficaria totalmente exposta ao espaço exterior, resultando em colisões de meteoros e detritos espaciais; e teríamos problemas em relação ao “vento cósmico” que é uma onda de radiação e partículas altamente energéticas e velozes emanadas pelo universo que atingem nosso sistema solar a todo instante, porém com o sol totalmente coberto pela esfera, não teríamos o “vento solar”, que é nosso método natural de proteção contra essa radiação, disponível para nos proteger e a parte externa da esfera ficaria exposta ao vento cósmico.

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Solução: Variantes de Dyson

Para resolver os problemas da Esfera de Dyson, foram criadas as variantes dessa teoria. Como citado anteriormente, o Nidavellir da franquia Vingadores é equivalente ao Anel de Dyson mas existem outras variantes.

Atualmente a solução mais bem aceita é o Enxame de Dyson, que consiste em uma série de “espelhos” metálicos altamente reflexivos que ao invés de serem posicionados a uma unidade astronômica de distância do sol, seriam colocados em uma distância muito próxima da estrela. Dessa forma, uma menor quantidade de material seria necessária para cobrir parcialmente o sol já que o volume englobado pela estrutura seria muito menor. Esses espelhos utilizarão a própria energia coletada do sol como combustível para se manterem em órbita e o ângulo deles será controlado para que possam refletir a luz solar para locais específicos no espaço onde existirão pontos de coleta responsáveis pela conversão da energia solar em outros tipos de energia e transmiti-las para a Terra.

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Para construir essa estrutura, estima-se que seria necessário apenas desmontar Mercúrio. A escolha desse planeta se deve ao fato de ele ser rico em metais, tornando possível produzir hematita (Fe2O3), que é um metal altamente reflexivo, para a construção do enxame que necessitará de algo entre 40 e 50 milhões de quilogramas de material. Além disso, Mercúrio é o planeta mais próximo do sol, o que facilitará o envio do enxame para o espaço e o deslocamento dos espelhos para coloca-los em órbita.

O processo de construção completo pode levar de 40 a 100 anos, mas como não se trata de uma única estrutura íntegra como a Esfera de Dyson, então a partir do lançamento das primeiras partes do enxame já teremos energia sendo produzida. Já para construir os espelhos, serão utilizadas máquinas de Von Neumann, que são máquinas que constroem outras máquinas. Elas serão enviadas para Mercúrio e começarão a escavar a superfície do planeta atrás de minérios que serão utilizados para a fabricação dos espelhos e também de refinarias, de novas máquinas de Von Neumann e das instalações de lançamento para o enxame. 

A energia coletada pelo enxame é extremamente menor que da esfera completa, porém o fato de se tratar de miniestruturas individuais agindo em conjunto faz com que a maioria dos problemas relacionados à esfera sejam resolvidos ou minimizados, se tornando um projeto muito mais viável. Mas mesmo com a energia produzida reduzida, ainda seria o suficiente para alimentar todo o planeta Terra até o fim da humanidade.

Conclusões

Caso a humanidade não destrua a si mesma no caminho, por mais que se trate de uma estrutura totalmente teórica e ficcional, parece ser inevitável que em algum momento de nosso futuro a humanidade construa megaestruturas capazes de transformar inteiramente o modo que vivemos e é muito triste saber que os humanos não são tão longínquos quanto as estruturas naturais do cosmo e, portanto, é bem possível que nenhuma pessoa que está viva nos dias atuais chegue a ver tal evolução tecnológica, nos restando apenas a imaginação do que o futuro nos reserva.

“O Universo é um lugar realmente grande. Se só nós existimos, me parece um terrível desperdício de espaço” – Carl Sagan.

Mas e você? O que acha sobre o tema? Existem outras raças alienígenas inteligentes espalhadas pelo universo? Estamos sozinhos? Megaestruturas são inevitáveis? Deixe nos comentários suas opiniões e compartilhe com seus amigos!

Texto por: Carlos Eduardo Duarte

Referências:

• Are experts really searching for alien megastructures in space?
• Esfera de Dyson

Para assistir:

• The Fermi Paradox: Imprisoned Planets
• Super-Earths
• Kessler Syndrome Planets
• The Fermi Paradox: Digital Empires & Miniaturization
• O Paradoxo de Fermi – Onde Estão Todos os Alienígenas? (1/2)