Dyson-Sphäre

Fast alle Ansätze zur Entdeckung von außerirdischen, intelligenten Lebensformen gehen von zwei Möglichkeiten aus. Zum einen könnten die Außerirdischen oder in ferner Zukunft Menschen mit Raumschiffen die gigantischen Distanzen zu anderen Sonnensystemen überwinden. Zum anderen hofft man durch das Abhören des Weltalls Radiosignale von extraterrestrischen Zivilisationen zu empfangen. Aber gibt es nicht noch weitere Möglichkeiten außerirdische Lebensformen zu finden?

Eine Möglichkeit ist, dass sogenannte Super-Zivilisationen gigantische Bauwerke errichten, die so groß sind, dass wir sie von der Erde aus sehen können. Da wir aber mit unseren Möglichkeiten auf der Erde zur Zeit maximal Dinge in der Größe von Planeten in anderen Sonnensystemen erkennen können, müssten solche Bauwerke gigantisch sein.

Im Jahr 1960 hat der in England geborene US-amerikanische Mathematiker Freeman Dyson eine interessante Theorie aufgestellt. Sehr fortgeschrittene Zivilisationen könnten große Teile oder die ganze Energie ihrer Sonne nutzen, indem sie im Weltraum riesige Bauwerke errichten. Im Extremfall könnte sie eine komplette Schale um ihre Sonne bauen um die ganze Energie des Sterns zu nutzen. Aber auch die teilweise Umhüllung einer Sonne ist denkbar. Zum Beispiel könnten einzelne Konstruktion die Sonne umkreisen (sogenannter Dyson-Schwarm), aber auch Ringe (Dyson-Ring) und vieles mehr ist vorstellbar. Alle diese möglichen Konstruktionen werden unter der Begriff "Dyson-Sphären" zusammengefasst.

Viele Forscher und Autoren, die an Dyson-Sphären glauben, dass interstellare Raumfahrt auch für fortgeschrittene Zivilisationen kaum möglich ist. Das Problem ist besonders die theoretisch maximale Geschwindigkeit von 300.000 km pro Sekunde die Lichtgeschwindigkeit. Flüge zu anderen Sternen dauern somit mindestens Jahrzehnte oder Jahrhunderte. Dadurch suchen sich immer weiter ausbreitende Zivilisationen mehr Platz im eigenen Sonnensystem. Diese technische Super-Zivilisation könnte zuerst andere Planeten und Monde in ihrem Sonnensystem besiedeln, sofern geeignete vorhanden sind. Auch der Platz auf diesen Himmelskörpern dürfte irgendwann nicht mehr ausreichen. Der Bau einer großen Raumstation (oder vielen kleineren Stationen) wird nötig. Umgeben solche Bauwerke in einer Schale irgendwann die ganze Sonne, sind sie maximal ausgebaut. Dies wäre dann die maximale Endstufe einer Dyson-Sphäre, die sogenannte Dyson-Schale. Die ganze Energie der Sonne wird genutzt. Natürlich könnte auch möglicherweise die Menschheit in ferner Zukunft eine Dyson-Sphäre um die Sonne bauen.

Alle Möglichkeiten einer Dyson-Sphäre haben etwas gemeinsam. Da ein Teil oder das ganze Licht der Sonne von den außerirdischen, hochentwickelten Zivilisationen genutzt wird, kommt weniger Licht von dieser Sonne bei uns an. Aus physikalischen Gründen kommt jedoch mehr Infrarotstrahlung an. Auch könnte eine solche Dyson-Sphäre, zum Beispiel in Ringform oder Schwarmform, mal mehr und mal weniger Licht in unsere Richtung durchlassen. Diese scheinbaren Helligkeitsschwankungen dieser Sonne kann man auf der Erde mit Teleskopen gut messen.

Nicht wenige Wissenschaftler halten es für aussichtsreicher unsere Galaxie nach einer solchen gigantischen Konstruktionen wie Dyson-Sphären abzusuchen als nach Funksprüchen von Außerirdischen zu suchen. Funksprüche haben viele Nachteile: Sie müssten auf uns gerichtet sein, wir müssten im richtigen Moment mit der richtigen Frequenz den richtigen Stern abhören. Dies ist sehr unwahrscheinlich. Gibt es tatsächlich so große Bauwerke wie Dyson-Sphären sollte diese viel leicht auffindbar sein als Funksprüche zu empfangen.

Das Kepler-Weltraumteleskop, welches um die Erde kreist, hat 150.000 Sterne auf Helligkeitsschwankungen untersucht. Die Hauptaufgabe dieses Teleskops ist eigentlich nicht nach einer Dyson-Sphäre zu suchen, sondern nach Exoplaneten. Zieht ein Planet vor seiner Sonne vorbei, nimmt das Sonnenlicht durch den Planetenschatten um einen Bruchteil eines Prozents ab.

Ein Exoplanet verdunkelt die dazugehörige Sonne im Teleskop teilweise. In der Regel sind Exoplaneten viel kleiner im Vergleich zu ihrer Sonne als im Bild oben.

Ähnlich wäre es, wenn eine außerirdische Zivilisation eine Dyson-Sphäre erbaut hätte. Ist zum Beispiel bei einer Ring-Dyson-Sphäre der Ring kurzzeitig, wie der Mond bei einer Sonnenfinsternis, zwischen der zugehörigen Sonne und der Erde, nimmt das auf der Erde empfangene Licht dieses Sterns vorübergehend mehr oder weniger stark ab.

Wenige Monate vor der Veröffentlichung dieses Artikels, gab es so etwas wie eine Sensation. Die Helligkeit der Sonne "KIC 8462852", etwa 1.500 Lichtjahre von der Erde entfernt, nahm stark ab und dann auf den Normalwert wieder zu. Maximal nahm die Helligkeit dieser Sonne um 22 Prozent ab. Dies ist ein Effekt, der noch nie beobachtet wurde, auch bei keiner der anderen 150.000 Sonne, die das Kepler-Teleskop untersuchte! Aus Untersuchung der alten Daten des Kepler-Teleskops wurden klar, dass diese Helligkeitsabnahmen von der Sonne KIC 8462852 bisher dreimal beobachtet wurde: In den Jahren 2009, 2011 und 2013.

Hat KIC 8462852 eine Dyson-Sphäre? Ein Planet kann die Helligkeitsschwankungen nicht verursachen. Dafür sind diese Veränderungen zu groß und unregelmäßig. Ist um den Stern eine Komet explotiert und vorbeiziehende Trümmerteile verursachen die starke partielle Verdunkelung? Verursachen riesige Sonnenflecken diese Schwankungen oder hat KIC 8462852 tatsächlich eine Dyson-Sphäre? Wenn dies der Fall ist, dann wäre es der erste Nachweis von außerirdischem Leben. Nach Meinung der meisten Wissenschaftlern ist die Dyson-Sphäre-Theorie um KIC 8462852 eher unwahrscheinlich. Dennoch werden die ganz großen Teleskope der Erde die Sonne KIC 8462852 in den nächsten Monaten genauer untersuchen. Zudem sollen Radioantennen die Umgebung um die Sonne KIC 8462852 abhören. Die Ergebnisse könnten sehr spannend werden.... (Stand dieses Artikels 29.11.2015).

Formen von Dyson-Sphären

Dyson-Schwarm: Dies wäre die einfachste Bauweise. Eigentlich könnte ein sehr kleiner Dyson-Schwarm schon heute gebaut werden. Man kann sich eine Komponente eines Dyson-Schwarms in etwa wie eine große Raumstation vorstellen. Eine Seite hat eine sehr große Fläche, auf der Solarzellen oder ähnliches angebracht sind. Von der Energie lebt eine mehr oder weniger große Raumstation dahinter. In vielen Theorien über einen Dyson-Schwarm rotiert die Raumstation (sie dreht sich um die eigene Achse). Zum Beispiel ist eine Zylinder-Form vorstellbar. Somit herrscht auf der Innenseite des Zylinders Schwerkraft. Durch die Sonnenenergie wird die Station beheizt und es wird Sonnenlicht simuliert. In einer sehr großem Station dieser Art sind Städte, Straßen, Felder, Wälder usw. vorstellbar. Ein Leben fast wie auf dem Heimatplaneten inklusive Schwerkraft, Atemluft usw. ist möglich. Als Grund für den Bau einer Dyson-Sphäre wird meist die Überbevölkerung des Heimatplaneten angegeben. Mit der Zeit werden immer mehr solche Stationen um dem Heimatstern gebaut. Es werden so viele Raumstationen, dass man von einem Schwarm spricht. Billionen Außerirdische könnten in einem solchen Dyson-Schwarm leben. Insgesamt könnte man Millionen Mal mehr Platz als auf der Oberfläche eines Planeten schaffen.

Dyson-Ring und Dyson-Schale: Es werden immer mehr Raumstationen, wie oben beschrieben, von der hoch-technisierten Super-Zivilisation gebaut. Mit der Zeit wird der Platz um die Sonne im All immer enger. Die einzelnen Stationen des Dyson-Schwarms kommen sich immer näher und wachsen schließlich zusammen. Übergänge zwischen den Stationen werden geschaffen. Irgendwann ist ein Ring um die Sonne komplett. Dies wäre ein sogenannter Dyson-Ring. Doch die Zivilisation wächst immer noch weiter. Der Ring wird zu einer Schale um die ganze Sonne. Die komplette abgestrahlte Energie der Sonne wird genutzt, eine sogenannte Dyson-Schale oder eine maximale Dyson-Sphäre. Weiter kann die Zivilisation ohne interstellare Raumfahrt zu anderen Sonnen nicht mehr wachsen. Die genutzte Fläche ist millionenfach größer als die Fläche des Heimatplaneten.

Wieviele Außerirdische oder Menschen könnten auf einer Dyson-Schale Leben?

Die theoretische Größe einer Dyson-Schale, die so weit von der Sonne entfernt ist wie der Erde, lässt sich leicht berechnen. Der Radius wäre etwa 150.000 Millionen Kilometer, die Entfernung Sonne-Erde. Aus der Schule wissen wir, dass die Oberfläche einer Kugel sich wie folgt berechnen lässt: Oberfläche = pi * 4 * r² ≈ 3,14 * 4 * 150.000.000² km² ≈ 3 * 10²³ km². Die Fläche der Erde ist etwa 510.000.000 km². Also wäre die Fläche der Dyson-Schale 550 Millionen Mal größer als die Erdoberfläche. Könnten auf der Erde 10 Milliarden Menschen Platz finden, wäre dann auf der Dyson-Sphäre Platz für 5 Trilliarden Menschen (5 *10¹⁸ ). Es sein erwähnt, dass wir hier die Fläche der Solar-Anlage der Dyson-Schale berechnet haben und  nicht die "Wohnfläche" in den Zylindern dahinter. Diese könnte sogar noch größer sein. Unvorstellbar!

Wir haben sogar noch etwas weiter gerechnet. Für so eine Schale um die Sonne braucht man sehr viel Baumaterial. Mit ein bißchen Bergbau auf dem Mond oder Mars kommt man hierbei nicht weit. Um eine mehrere Meter dicke Dyson-Schale um die Sonne zu bauen, müsste man schon einen ganzen Planeten oder großen Mond verwenden. Der Mars könnte komplett verschwinden und als Baumaterial einer Dyson-Sphäre dienen. Technische Superlative, die man sich heute nicht vorstellen kann. Aber wer konnte sich schon vor 500 Jahren vorstellen, dass einmal ein Mensch den Mond betreten wird? 500 Jahre sind in der Geschichte aber nicht viel. Man stelle sich die Menschheit in 10.000 Jahren vor.

Zusammenfassung: Eine Dyson-Sphäre ist ein theoretisch mögliches, gigantisches Bauwerk einer außerirdischen Zivilisation. Es wird rund um eine Sonne gebaut um einen großen Teil der Energie einer Sonne zu nutzen. Eine Dyson-Sphäre könnte von der Erde aus in Teleskopen sichtbar sein. Somit könnte man durch das Auffinden einer Dyson-Sphäre außerirdisches Leben nachweisen.