Was würde mit einem Stern passieren, wenn eine mit Spiegeln ausgekleidete Dyson-Kugel einen erheblichen Teil des Sternenlichts zurück zum Stern reflektieren würde?

Eine teilweise reflektierende Dyson-Kugel ist gleichbedeutend mit der Frage, was passiert, wenn wir die Opazität der Photosphäre künstlich erhöhen – ähnlich wie den Stern mit großen Sternflecken zu bedecken – denn durch das Zurückreflektieren von Energie begrenzen Sie, wie viel (Netto-)Fluss tatsächlich entweichen kann Photosphäre

Die globalen Effekte hängen von der Struktur eines Sterns ab und unterscheiden sich für einen Stern, der vollständig konvektiv ist, oder einen Stern, der wie die Sonne ein strahlendes Inneres und eine relativ dünne konvektive Hülle darüber hat. Das Phänomen könnte ähnlich behandelt werden wie die Auswirkungen großer Sternflecken. Das kanonische Papier dazu stammt von Spruit & Weiss (1986) . Sie zeigen, dass die Wirkungen kurzfristigen und dann langfristigen Charakter haben. Der Teilungspunkt ist die thermische Zeitskala der konvektiven Hülle, die von Ordnung ist$10^{5}$Jahre für die Sonne.

Auf kurzen Zeitskalen bleibt die Kernleuchtkraft der Sonne unverändert, die Sternstruktur bleibt gleich, ebenso die Oberflächentemperatur. Da letztendlich nur ein Bruchteil des Sonnenflusses in den Weltraum gelangt, wird die Nettoleuchtkraft im Unendlichen verringert. Die Dinge ändern sich jedoch, wenn Sie die Dyson-Sphäre länger an Ort und Stelle lassen.

Auf längeren Zeitskalen wird die Leuchtkraft in einem Stern wie der Sonne dazu neigen, gleich zu bleiben, da der nukleare brennende Kern von dem, was in der dünnen konvektiven Hülle vor sich geht, nicht beeinflusst wird. Wenn jedoch ein großer Teil der Leuchtkraft zurückreflektiert wird, um die gleiche Leuchtkraft zu verlieren, stellt sich heraus, dass der Radius zunimmt und die Photosphäre etwas heißer wird. In diesem Fall wird der Radius zum Quadrat multipliziert mit der photosphärischen Temperatur zunehmen, um sicherzustellen, dass die jenseits der Dyson-Sphäre beobachtete Leuchtkraft gleich bleibt – dh um$R^2T^4(1 - \beta) = R_{\odot}^2 T_{\odot}^4$, Wo$\beta$ist der Anteil der Sonnenhelligkeit, der von der Kugel reflektiert wird.

Die Berechnungen von Spruit et al. (1986) weisen darauf hin, dass z$\beta=0.1$Die Oberflächentemperatur steigt nur um 1,4 %, während der Radius um 2 % zunimmt. Daher$R^2 T^4$um den Faktor 1,09 erhöht. Das ist nicht ganz$(1-\beta)^{-1}$denn Kerntemperatur und Leuchtkraft sinken durch den vergrößerten Radius etwas.

Es ist wahrscheinlich nicht angebracht , die Spruit-Behandlung für sehr große Werte von quantitativ zu extrapolieren$\beta$, aber warum sollte man eine hochreflektierende Dyson-Kugel bauen? Qualitativ würde sich die Hülle des Sterns durch die von außen in sie eingebrachte Wärme massiv ausdehnen und in diesem Fall könnte die Photosphäre trotz des zusätzlichen Wärmeeintrags kühler werden.

Die obige Diskussion gilt für die Sonne, da sie eine sehr dünne Konvektionszone hat und die Bedingungen im Kern nicht sehr von den Bedingungen an der Oberfläche beeinflusst werden. Wenn die Konvektionszone dicker wird (zum Beispiel in einem Hauptreihenstern mit geringerer Masse), ist die Reaktion anders. Die Radiuszunahme wird ausgeprägter; Um das hydrostatische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, sinkt die Kerntemperatur und damit auch die Kernenergieerzeugung. Die Leuchtkraft des Sterns nimmt ab und die Oberflächentemperatur bleibt ungefähr gleich.

Eine Analyse müsste die Auswirkungen über die Zeit betrachten. Mit meinem begrenzten Verständnis von Physik und Intuition sehe ich, wie die äußeren Schichten des Sterns die Strahlen wieder absorbieren. Wo die äußeren Teile des Sterns bis jetzt große Mengen an Energie erfahren haben, die in eine Richtung floss, fließt jetzt netto nach außen Energie von vielleicht 1/2 bis 1/10 dessen, was es früher war.

Zunächst sehe ich, dass der innere Kern seinen Spaltungsprozess normal fortsetzen sollte. Ich sehe, wie die äußeren Schichten einen Großteil der zusätzlichen Energie absorbieren und beginnen, sich nach außen auszudehnen.

Angenommen, ich bin bisher auf dem richtigen Weg und sage, dass der Stern irgendwann so angewachsen ist, dass er die Hälfte des Volumens der Dyson-Kugel ausfüllt, wird ein Großteil der Materie erheblich verschoben. Obwohl sich der Schwerpunkt nicht geändert hat, sollte, wenn ich richtig liege, weniger Druck auf den Kern ausgeübt werden und er sollte geschrumpft sein, und daher hat sich die Fusionsrate verlangsamt und die von der Oberfläche des Sterns emittierte Strahlung sollte es jetzt sein viel kühler als zu der Zeit, als die Spiegel begannen, das Licht zurück zum Stern zu lenken. Außerdem hätte sich die Rotation des Sterns verlangsamt; Sonneneruptionen wären kleiner oder gar nicht vorhanden. Die letzte Aussage gilt möglicherweise für eine Weile nicht, bis sich auch die Drehung des Kerns verlangsamt.

Letztendlich, wenn ich mich in meinen allgemeinen Annahmen nicht geirrt habe, könnte es vielleicht möglich sein, unsere Sonne auszudehnen und abzukühlen, um vielleicht eine Dyson-Kugel von der Größe eines Merkur- oder Venus-Umlaufbahndurchmessers zu füllen. Diese reduzierte Fusionsrate in der Sonne würde den Radius der bewohnbaren Zone verringern, wodurch eine bewohnbare kleine Dyson-Sphäre für eine fortgeschrittene Zivilisation leichter realisierbar wäre.

ein wenig abseits des Themas, aber Heatpipes mit Turbinen könnten ihre Verdampfer innerhalb der Dyson-Kugel und ihre Kondensatoren außen haben. Die Konzentration der thermischen Energie durch Wärmerohre würde einer fortgeschrittenen Zivilisation eine Möglichkeit geben, thermische Energie zu sammeln und es ihnen ermöglichen, eine bewohnbare Dyson-Sphäre zu bauen, die noch kleiner ist als das, was normalerweise als bewohnbare Zone um einen Stern angesehen wird.

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In Orion's Arm wird dies als Starbooster bezeichnet und bewirkt, dass die äußeren Schichten des Sterns aufgeheizt werden, wodurch sich sein Spektrum nach oben verschiebt. Es wird normalerweise verwendet, um einen Stern der M- oder K-Klasse in eine sonnenähnliche G-Klasse zu verwandeln.

Allerdings ist Orion's Arm Science-Fiction (wenn auch Science-Fiction, die so realistisch wie möglich sein soll), also bin ich mir nicht sicher, wie realistisch das ist.