다이슨 스피어

Dyson Sphere. 다이슨 구체, 다이슨 환천체라고도 한다. 태양을 한겹 감싸는 초거대 구형 구조물. 그 궤도가 행성 궤도를 감쌀 정도이며, 태양이 발산하는 어마어마한 양의 에너지를 100% 이용할 수 있는 구조물로 기획되었다. 이 아이디어는 사실 1930년대 중반 한 SF 소설에서 처음 묘사되었다고 하며, 이후 이를 구체적으로 학술지에 저술한 이론 물리학자 프리맨 다이슨(Freeman Dyson)의 이름을 따 지어졌다. 카르다세프 척도에서는 다이슨 스피어 건설 가능 여부가 II유형 문명을 구분하는 기준이기도 하다.

사실 다이슨이 처음 구상한 구조물은 다이슨 위성 무리(Dyson Swarm), 즉 태양 복사 에너지를 흡수하여 에너지를 얻는 위성을 항성 주변에 대량으로 띄우는 형태이다. 이 것이 후대 학자들과 SF 소설가들의 상상력과 결합되면서 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.

Dyson Swarm의 가장 기본적인 단위는 다이슨 고리(Dyson Ring)로, 위성들이 항성과 특정한 거리만큼 떨어져서 궤도를 이루는 형태이다. 이 고리가 위성이 아니라 하나의 구조물이 되면 바로 링 월드가 된다.

이 다이슨 고리를 여러개 구축하면 위와 같은 구체의 형태가 된다.

다이슨 무리는 현재 인류의 에너지 수요를 충족시키는 대체 에너지 수단으로 계속 연구되고 있다. 우주 공간에서 태양 복사 에너지를 포집해서 마이크로파 형태로 전송하는 기술은 현재 상용화가 가까워지고 있을 정도로 개발이 많이 진행되었다. 다이슨 무리의 건조 과정이 위성을 하나씩 띄우는 과정이라고 본다면 생각보다(...) 그렇게까지 불가능해보이는 구상은 아니다.

다이슨 고리, 다이슨 무리의 차원을 넘어서 아예 하나의 구조물이 태양을 감싸는 형태, 즉 Dyson shell을 만들 경우에는 세가지 커다란 장애물이 존재한다.

첫번째는 태양계 전체에 있는 내행성(수성, 금성, 지구)을 모두 소모시켜도 구체를 만들 재료를 구할 수 없다는 것이다. 이들 내행성과 달을 합치면 약 11.78*10^24kg의 질량이 존재하는 것으로 추산되는데, 1AU 거리에서 구체를 구축한다고 하면 총 표면적은 4π * (149,598,000,000) = 2.8123*10^23 m^2. 밀도를 따지면 약 42kg/m^2 정도로, 가장 만만한 구조 재료인 강철로 따지면 약 5mm, 방탄복의 장갑판으로 사용되는 ATI425(Grade 38) 티타늄 합금 기준으로도 9.5mm 두께의 얇은 막을 간신히 만들 수 있을 정도다. 탄소 나노 튜브 외의 다른 구조 재료로는 시도조차 할 수 없는 일이다.

만약 이보다 더 많은 재료를 원한다면 목성, 토성 등 가스 행성의 가스를 날려버리고 내부의 금속 핵을 채취해서 써야 하는데, 금속 핵의 재료 양이 내행성 전체의 약 12배에 달해서 좋아보일지는 모르겠지만, 그 주변을 또 핵 질량의 수십배가 넘는 가스가 둘러싸고 있기 때문에 더더욱 요원해보이는 구상이다.

두번째 문제는 구체 자체에서 발생하는 기계적인 압력을 견뎌낼만한 물체가 없다는 것이다. 위에서 예를 든 1AU 반경 구체의 경우, 구체가 둘로 쪼개지지 않으려면 약 73300GPa의 압축 강도를 지닌 재료가 최소한의 조건으로 필요하다. 마천루 공사에 쓰이는 콩크리트의 압축 강도가 약 28MPa(0.028GPa)인 것을 감안하면 적어도 콩크리트보다 262만배(!!!) 이상 압축 강도가 센 재료가 아니면 버티지를 못한다는 뜻. 이 외에도 극한 상황에서 필요로 하는 인장 강도, 전단 강도 등을 생각해보면 현재 지구에서 개발된 재료로는 시도조차 하지 못한다. 링 월드에서 스크리쓰(Scrith)라는 초고강도 재료를 소개한 것이 바로 링월드의 존재를 정당화하기 위한 것이다.

세번째 문제는, 구체와 태양이 안정적으로 궤도를 구축할지는 모르나, 구체가 혜성을 비롯한 외부 물체와 충돌하면 곧바로 궤도가 불안정해진다는 것이다. 천문학적인 숫자의 보조 추진기가 달려있지 않은 한 얼마 지나지 않아 태양과 부딫혀 구체 전체가 녹아버릴 가능성이 매우 농후하다. 또한, 구체를 건설하는 도중에는 링 월드를 본 MIT 학생들이 떼지어 모여서 "링월드의 궤도는 불안정하다!(The Ringworld is Unstable!)"고 외친 것 처럼 궤도가 매우 불안정하므로 이를 어찌 안정화시키는 문제까지 생각해봐야 하겠다.

따라서...완전한 구체 형태의 다이슨 스피어는 링 월드와 마찬가지로 실현 가능성이 없어보인다. 먼 미래에 인류가 그만한 양의 자재를 다룰 수 있게 된다면 혹시라도 실현되는 모습을 볼 수 있을지도 모른다.

• 스타트렉 TNG 시리즈 초기에 등장하였다. 오리지날 시리즈에서 날렸던 스카티 선장의 은퇴 에피소드이기도 하여 팬들 사이에서 자주 회자되기도 한다. 다만 다이슨 스피어 자체는 일회성으로 보여준다음 버렸기 때문에 이후 다시 묘사되지는 않는다.
  
• 시드마이어의 알파 센타우리에서 최고의 엔딩인 초월자 엔딩을 달성했을 때 등장한다. Stellar Encapsulation, 즉 항성 전체를 감싸는 다이슨 스피어라고 묘사된다. 다이슨 스피어의 공사를 감독하다 잠시 휴식을 취하는 주인공의 입장에서 이야기가 서술되는데, 이 때의 연도는 서기 1,027,823년. 말투도 "한 수십만년쯤 지나면 완성 되겠지. 그러고 나서 다시 80억년이 지나면 새로 갈 곳을 찾아가야 겠구만" 하고 아예 산처럼 드러눕는 투다.
  
• Space Empires V에서 천체 조종 기술(Stella Manipulation)을 80레벨 이상 올렸을 경우 스피어 월드라는 함선 부품이 나오게 된다. 스피어 월드와 초고장력 케이블, 행성 표면 장갑판을 일정량 이상 모아서 항성 주변에 스피어 월드 건조 명령을 내리면 반경 6섹터를 둘러싸는 스피어 월드가 완성된다. 반경 6섹터는 스페이스 엠파이어스 V의 성계 맵 크기상 한 항성계의 전체 크기를 명왕성 궤도 크기로 한정지어도 지구 궤도를 이미 넘어가는 초 거대 크기. 그리고 이런 스피어 월드를 서기 2450년에는 0.5년에 하나씩 제조할 수 있다. 어떻게 되어 먹은거냐 이쪽 기술력은.
  
• 성계 시리즈에서 운용하는 반물질생산공장이 이것과 비슷한 방식으로 이뤄져있다. 완전히 항성을 덮어 씌운 형태는 없지만 아브제국 수도의 항성 아브리얼에 설치된 반물질공장의 경우 그물망처럼 촘촘하게 항성 표면 전체에 뒤덮여 있는 장면이 애니에서 묘사되었다.
  
• 미니어처 게임인 AT-43에서 나오는 종족인 세리언(Therian)들은 기술이 극한에 이르러 대부분의 주거지가 행성계 전체를 부숴서 나오는 재료로 중심의 항성을 둘러싼 초미니 다이슨 스피어[1]로 만들어져 있다. 반쯤은 취미이자 취향이고 나머지 반은 우주의 멸망을 늦추기 위해서 엔트로피 흐름을 최대한 완화시키는 것. 이 작업을 가속화하기 위해서 문명을 이룩할만한 가능성이 있는 생물들이 있는 행성에 진화를 촉진시키고 발명발전이 가속되는 특수한 정신파 발신기를 피라미드 형태로 우주에 천문학적인 숫자로 뿌려놓았는데 이에 영향받은 생물들이 문명을 세우고 발신기 피라미드를 이해할 정도로 성장해서 피라미드를 개방하는 순간에 장치가 작동하여 해당 행성계를 순식간에 다이슨 스피어화하게 된다. 이들의 정체는 다름아닌 50만년후의 인류.
  
• 헤일로(게임)의 세계관에 등장하는 쉴드 월드. 헤일로4가 이 쉴드 월드에 관련된 것이라는 추측이 있다. 해당 항목 참조.
  
• 유희왕 ZEXAL의 등장인물인 V가 사용하는 No.의 이름이 No.9 천개성 다이슨 스피어. 당연히 새틀라이트 캐논을 뛰어넘는 최대규모의 몬스터가 되었다.
  
• 홈월드2의 미션 진행 중에 키퍼가 등장하는 카로스 묘지 구역의 배경에 떠 있는 거대한 구조물들이 선조가 만들다 만 다이슨 스피어의 일부라는 추측이 해외 커뮤니티에 있다. 홈월드2 자체가 워낙 미완성불확실한 부분들이 많아서 확실하지는 않지만, 그 정도의 크기를 가질만한 구조물은 다이슨 스피어나 링월드가 아니면 딱히 없다는 것이 중론. 선조의 함선의 일부라는 추측도 있지만, 선조의 함선이 비록 크기는 해도 일단은 맵 안에 오브젝트로 구현될 수준의 크기다. 반면 저 구조물들은 맵 내의 오브젝트가 아니라 배경에 떠 있으며, 최소한 수만~수억 km 단위의 규모로 추측된다.