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최근 수정 시각 : 2024-04-11 12:53:09

다이슨 스피어

파일:다이슨 스피어.svg
1AU 반경 다이슨 스피어의 모습

1. 개요2. 다이슨 스피어의 형태 구분
2.1. 라그랑주점2.2. 다이슨 링
2.2.1. 링월드
2.3. 다이슨 스웜
2.3.1. 다이슨 스피어
3. 완전한 구체의 실현 가능성 고찰4. 실존 가능성?5. 무기화 아이디어6. 대중 매체에서7. 관련 문서

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1. 개요

다이슨 스피어 - 궁극의 거대 구조물
Dyson Sphere

다이슨 스피어 혹은 다이슨 구체항성을 한 겹으로 감싸는 구형 초거대구조물이다. 그 궤도가 행성 궤도를 감쌀 정도이며, 태양이 발산하는 어마어마한 양의 에너지를 100% 이용할 수 있는 구조물로 기획되었다.

이 아이디어는 SF 소설가 올라프 스태플든이 1937년에 발표한 스타메이커에 처음 등장하며, 이후 이론물리학자 프리먼 다이슨이 이를 구체적으로 다듬어 '기술적으로 진보한 문명은 자신이 살고 있는 항성계의 태양을 완벽히 둘러싸 항성에서 나오는 복사 에너지를 완전히 사용하고 바깥쪽으로는 적외선을 복사할 것'이라는 주장을 학술지 논문에 내면서 그의 이름을 따 지어졌다.

2. 다이슨 스피어의 형태 구분

사실 다이슨이 처음 구상한 구조물은 다이슨 위성 무리(Dyson Swarm), 즉 태양 복사 에너지를 흡수하여 에너지를 얻는 위성을 항성 주변에 대량으로 띄우는 형태이다. 이것이 후대 학자들과 SF 소설가들의 상상력과 결합하면서 틈새가 없는 구체의 형태로 더욱 잘 알려지게 된 것이다. 이 형태를 정식으로 부르는 명칭은 즉 다이슨 장막(Dyson Shell). 즉, Dyson Sphere는 Dyson Swarm의 특별한 형태라 볼 수 있다.

2.1. 라그랑주점

파일:라그랑주점.svg파일:라그랑주점_White.svg
태양과 지구의 중력이 미치는 곳 중에서는 중력적으로 안정적인 곳이 5군데 존재하는데, 이를 라그랑주점이라고 한다. 그중 L3, L4, L5 는 지구의 공전궤도 상에 위치하여, 이곳에 위성을 가져다 놓는 것이 다이슨 스피어의 첫 걸음이라 할 수 있다.

2.2. 다이슨 링

파일:external/1.bp.blogspot.com/Dyson_Ring.gif

Dyson Swarm의 가장 기본적인 단위는 다이슨 링(Dyson Ring)[1]으로, 위성들이 항성과 특정한 거리만큼 떨어져서 궤도를 이루는 형태이다. 3개의 라그랑주점을 시작으로 공전궤도를 따라 위성들을 다수 채워 넣으면서 만들어지는 형태이다.

2.2.1. 링월드

파일:external/www.fanfic.us/ringworld.jpg

다이슨 링의 위성이 모두 연결되어 하나의 구조물이 되면 바로 링월드가 된다. 단순히 위성을 연결하는 데 그치치 않고, 인간이 거주 가능한 공간을 목표로 하기에 실제로 구현 난이도는 까마득하다. 하단에 설명되어 있지만, 재료 수급과 안전성 문제 등에 의해 현재 기술로는 너무도 당연히 불가능하다.

참고로, 이것의 소형 버전으로 지구 둘레에 링 형태의 구조물을 만드는 것도 있는데, 오비탈 링이라고 부른다.

2.3. 다이슨 스웜

파일:external/media.moddb.com/dyson_sphere.jpg

다이슨 고리를 여러 개 구축하면 위와 같은 구체의 형태가 된다. 다만, 위와 같은 그림은 이미지샷에 가깝고, 실제로는 위성의 공전을 고려해야 해서 훨씬 복잡해 진다.

파일:external/upload.wikimedia.org/ConstellationGPS.gif

다이슨 스피어나 다이슨 링의 경우, 역학적 궤도 안정성도 없고, 시스템이 하나로 연결되어 있어 약간의 충격으로도 발전 체계 전체가 붕괴될 정도로 불안정하다. 반면 다이슨 스웜의 경우, 어쩌다 소행성과 충돌해도 위성 한두 개 파괴되는 수준에 그치기 때문에 치명적인 수준은 아니다. 다이슨 스피어나 링처럼 면적을 빈틈 없이 메우는 것도 아니기 때문에 재료도 가장 적게 든다. 이런 장점들 때문에 가장 현실성 있는 항성 에너지 발전 체계로 연구되고 있다.

이와 유사한 개념으로 전 지구 영역을 커버하는 개념의 인공위성 시스템이 있다. 예를 들어 GPS는 총 30대(24대 운용 중 +6대 예비)의 위성을 쏘아 올려 지구 어느 지역에서도 상시 3개 이상의[2] GPS 위성 신호를 받을 수 있도록 설계 되었다. 이와 유사하게 러시아의 글로나스도 총 30대의 위성으로 비슷한 시스템을 구축했다. 그리고, 77대의 위성을 띄워서 전 세계를 커버하는 이리듐 계획 같은 것도 있다.

파일:starlink_problem.jpg
또한 스페이스x에서 추진하는 스타링크 프로젝트는 지구 궤도 주변에 42,000개라는 압도적인 위성수를 감싼다는 프로젝트를 내세우면서 점점 현실화가 될 전망도 보인다.

다이슨 스웜이라고 부를 정도가 되려면 지구 기준으로도 위성이 수천/수만대는 필요한데, 지구가 아닌 태양 기준으로는 상상할 수도 없을 만큼의 위성체가 필요하고, 외부의 충격이나 엇박자가 나 위성끼리 충돌하는 경우에도 대비해야 한다.

다이슨 스웜은 21세기 현재 인류의 에너지 수요를 충족시키는 대체에너지 수단으로 계속 연구되고 있다. 우주 공간에서 태양 복사 에너지를 포집해서 마이크로파 형태로 전송하는 기술은 21세기 현재 상용화가 가까워지고 있을 정도로 개발이 많이 진행되었다.

2.3.1. 다이슨 스피어

다이슨 스웜의 모든 구조물을 연결하고, 빈 틈까지 모두 메꾸어 완전한 하나의 구체를 만들게 되면, 그것이 널리 알려진 다이슨 스피어가 된다. 또는 다이슨 셸(Dyson Shell)이라고도 부른다.

3. 완전한 구체의 실현 가능성 고찰

다이슨 고리, 다이슨 스웜의 차원을 넘어서 아예 하나의 구조물이 태양을 감싸는 형태인 다이슨 스피어를 만들 경우에는 3가지 커다란 장애물이 존재한다.
따라서 완전한 구체 형태의 다이슨 스피어는 링월드와 마찬가지로 실현 가능성이 현재로선 희박하다. 먼 미래에 인류가 그만한 양의 자재를 다룰 수 있다면 모르겠지만 그것이 언제일지는 아무도 모른다.

그리고 무엇보다 현재로써는 이 막대한 에너지를 유용하게 쓸만한 합리적 용도를 발견하기 어렵다. 설사 고도의 기술문명을 가진 외계인이 지구인들에게 이만 한 우주발전소를 공짜로 지어준다고 한들 극히 일부를 제외하곤 그 출력을 유용하게 쓸 데가 없다.[6] 미래에 초지능이 등장할 정도로 인공지능이 발달할 경우 행성크기의 인공두뇌 마트료시카 브레인의 구동 에너지로 다이슨 스피어가 사용될 수도 있다.

다이슨 스웜의 일부라도 필요할 만한 거대프로젝트는 말할 것도 없고 카르다세프 척도 1단계 정도 규모조차도 그런 예산이 승인될 정치적 가능성은 없다. 예컨데 지구 전체의 기후와 날씨를 사람이 살기에 이상적인 기후로 모두 바꾸고 날씨도 자유로이 조절하는 프로젝트도 그게 기술 경제적으로 충분히 가능하다고 해도 반대가 많아 실행되기 어려울 것이다. 심지어는 외계인이 공짜로 공사해준다고 해도 마찬가지다. 이 다이슨 스피어를 외계 항성에 건설하고 이용하려면 카르다세프 척도 2단계 문명 정도는 되어야 한다. 그때가 언제가 될지는 모르겠지만, 만약 실현할 수 있다면 에너지 걱정은 그날로 한큐에 끝이다.

만약 우리가 알지 못하는, 그런데 위의 기준을 모두 충족시키는 새로운 물질이 발견된다면 얼마든지 만들 수 있다. 최소한 행성급 커버리지의 문명에서 이용할 수 있는 양이 필요한데, 행성에서 발견되지 않았지만 양이 많다면 행성 바깥의 어딘가에 널려 있을 가능성이 있기 때문이다.

4. 실존 가능성?

위에서 설명했듯이 순수한 의미로서의 다이슨 스피어급의 인공 구조물은 만들기가 거의 불가능에 가깝지만, 의외로 이 다이슨 스피어의 개념과 관련이 있을지도 모르는 실제 사례가 존재한다.

2015년경 발표된 KIC 8462852라는 항성(일명 태비의 별Tabby's star 이라고 부른다.)이 바로 그 주인공인데, 2011년부터 2013년 동안 케플러 탐사선이 이 항성을 추적 관찰한 결과 매우 불규칙적으로 항성의 밝기가 심하면 20퍼센트 정도까지 떨어진 것이 관측됐다. 이 정도의 조도 감소는 일반적인 천체 활동으로 설명할 수 없는 수준이라[7] 과학자들을 당혹시켰다. 성간 물질에 의한 산란효과도 고려됐지만 이 항성은 그런 데브리를 형성할 정도로 젊은 나이도 아니고, 보통 이런 성간 물질이 존재할 경우에는 적외선을 방출하는 등 다른 증거도 나오기 마련인데 그런 것도 없었다. 그리고 당연하다면 당연하겠지만, 항성이 그렇게 짧은 시간에 자체적으로 광량이 수십 퍼센트 단위로 변화하는 자연현상도 전무하다. 즉, 무언가 엄청 큰, 기존 천체이론으로 설명할 수 없는 물체가 느리게 해당 항성 근처를 지나갔다는 것.

일단 과학계의 설명으로는 관측 시기 도중에 운 좋게 타원궤도로 공전하는 거대한 혜성과 그 혜성에서 떨어져 나온 잔해물들이 지나가면서 우연히 그런 결과를 만들어냈다는 건데, 이걸로도 설명이 안 되는 점이 많고 아예 '외계인의 초거대 인공 구조물이 지나갔다'라는 의견마저 나오는 중. SETI에서도 이를 인지하고 외계 신호 탐색에 나섰으나, 딱히 특별한 결과는 없었다고 한다.

2018년 초에는 결국 항성을 주기적으로 도는 소행성 무리가 있지 않은가 하는 의견으로 모이고 있다고 한다.

5. 무기화 아이디어

거대구조물 09: 니콜 다이슨 빔[8]
사변소설 평론가 제임스 니콜(James Nicoll)은 다이슨스웜 방식에서 항성의 에너지를 모아 거대한 레이저를 발사할 수 있을것으로 보았다. 이를 니콜 다이슨 빔(Nicoll-Dyson Beam) 혹은 니콜 다이슨 레이저(Nicoll-Dyson Laser)라고 한다. 매커니즘은 좀 다르지만 스타킬러 베이스를 생각하면 될 것이다.

스텔라리스에서도 초거대구조물 모드를 통해 써볼 수 있다. 개척 가능 행성이 없는 A형 또는 B형 주계열성에만 건설 가능하고, 발사 후 재충전하는데 10년 가까이 걸리는 등[9] 등 제약이 많지만 그 위력만큼은 제대로 구현해 놨다. 워낙 상식을 초월한 무기다 보니, 완공 시 모든 일반 제국 상대로 외교적 보너스를 주며[10], 출력을 조절해서 행성 하나만 파괴하거나 성계 전체를 파괴할 지 선택할 수 있다.

또한 이 모드는 여기서 더 나아가 은하 중심에 있는 비활성 초대질량 퀘이사를 이용해 준-천체 말소기라는 것을 만들수도 있는데 니콜-다이슨 광선에서 더 나아가 목표 성계와 하이퍼레인으로 연결된 성계까지 파괴할 수 있는 초월적인 힘을 가지는 대신 건설 후 전용 에너지 자원을 따로 축적하고, 목표에도 따로 표식용 거대건축물을 지어야 하고 건설시 일정 확률로 플레이어를 제외한 전 은하계 국가들이 은하 연합을 형성해 플레이어를 다굴까는 등 여러모로 쓰기 힘들다.

6. 대중 매체에서

7. 관련 문서



[1] '다이슨 고리' 라고도 한다.[2] 3개 이상인 이유는, 3차원 공간에서 3개의 각기 다른 지점에 대해 일정 거리만큼 떨어진 좌표는 단 하나뿐이기 때문이다(정확히는 하나 혹은 두 개. 절묘하게 3개 기준점을 모두 포함하는 평면상에 접점이 위치할 경우 한 곳이고, 그 외의 경우 해당 평면을 기준으로 위, 혹은 아래쪽에 각각 한 개씩 두 개 좌표가 도출된다. 다만 실제 지구에 적용하자면 한 곳이 지구면 하나는 우주공간상 어딘가니까 실생활에선 그냥 하나라고 보면 된다). 기준점이 하나뿐이라면 거기서 같은 거리를 가진 점은 구면상에 있게 되고, 기준점이 둘이라면 두 구면이 만나는 원의 형태로 있게 되어 지점을 특정할 수 없다.[3] 현대 제철 기술의 정점인 기가스틸이 이제 막 1GPa을 넘긴 수준이고, 탄소나노튜브의 이론상 최대치가 300GPa이라고 하니 어림도 없는 수준이다. 게다가 저 1GPa와 300GPa는 인장강도라서, 압축강도는 따로 따져야 한다.[4] 주계열 수명이 태양보다 훨씬 길다는 장점도 있다.[5] 우주 전략 게임인 스텔라리스의 경우 이 문제로 복잡해지는 것을 피하기 위해, 거주 가능한 행성이 없는 주계열성이나 왜성에만 지을 수 있고, 완성하면 해당 성계의 모든 행성이 무조건 얼어붙은 행성으로 변하도록 해놨다. 최소한의 행성 궤도보다 작은 스케일을 상정한 것으로 보인다. 항성 크기를 현실적으로 해주는 모드를 깔 경우, 항성이 더 커서 완공이 되어도 항성 모습이 그대로 보이는 버그가 발생할 정도.[6] 만약 그런 기회가 온다면 라그랑주점에 발전소를 겸한 우주 거주구 몇 개 지어달라고 하는 것(상술한 다이슨 스피어의 첫 걸음에 해당되는 부분에 우주 거주구 기능을 합친 수준)이 훨씬 유용할 것이다. 아님 해왕성라그랑주점우주 망원경 몇 개 만들어 달라든가. 그나마 이조차도 현재 인류의 능력으로는 유지보수가 불가능하기 때문에, 유지보수 기능을 포함하지 않고 단순히 지어만 주는 거라면 이런저런 이유로 고장나기 전까지 시한부로 써먹을 수밖에 없다는 문제가 생긴다! 2019년 현재 기술로는 저런 스케일은 커녕 지구-달의 라그랑주점조차 가장 가까운 L1 밖에 유지보수를 못 하는 실정이다. 자세한 것은 라그랑주점, 우주 망원경, 제임스 웹 우주 망원경(특히 문제점 부분) 참고.[7] 목성급, 혹은 그 이상의 거대 천체가 통과한다고 해도 조도 감소는 많아봐야 수퍼센트 수준에 그친다. 게다가 일반적인 천체 통과의 경우는 수시간, 길어야 수일 정도밖에 걸리지 않는 데 비해, KIC 8462852의 경우는 길게는 무려 80여 일 동안 조도 감소가 관측됐다.[8] 아이작 아서의 영상[9] 빛의 속도 그대로 쏴버리면 Endless Space 2성계 파괴 병기처럼 발사 후 착탄까지 시간이 어마어마하게 걸리게 되는 문제를 해결하기 위해, 아예 전용 웜홀로 이어버린다고 설정했기 때문. 단, Endless Space 2는 멀티플레이에도 들어가는 게임 공식 컨텐츠기 때문에 밸런스상 막을 시간을 주기 위해 일부러 오래 걸리게 한 것이다.[10] 다만 몰락 제국들은 싫어한다.[11] 그러나 완공 후 1년 뒤 네판디의 공격에 매우 심각한 손상을 입자, 방어력을 향상시키기 위해 두 개의 거대한 중력 렌즈가 별의 양쪽에 배치하고 별의 에너지를 사용하여 스피어의 어느 방향으로든 레이저 빔을 발사 할 수 있도록 만들었다.[12] 그러나 사실 새털라이트 캐논은 궤도 포격하는 몬스터라 구현 난이도가 높은 거지(GX까지는 위성에서 솔리드 비전을 송출하기에 비슷한 위치에 존재하도록 만들어진 새털라이트 캐논은 위치상 구현하기 어려운데다 듀얼리스트들이 육안으로 확인하는게 불가능하다.) 크기 자체는 다이슨 스피어에 비교할바가 아니다. 크기로 비교하려면 5D's에 장대한 크기를 자랑한 지박신극신성제 오딘이 있는데, 이런 이들도 태양보다 아득히 거대한 다이슨 스피어에 비교하면 개미만도 못할듯.[13] 하프라이프 시리즈의 시나리오 작가. 현재는 밸브 코퍼레이션에서 퇴사한 상태이나, 후임 시나리오 작가들과 교류는 계속 하고 있다고 한다.[14] 초미니인 이유는 반지름이 1AU가 아니라 항성에 매우 근접하게 둘러싸기 때문이다.