5分でわかるダイソン球
ダイソン球とは、恒星のまわりに作られ、その光のほとんどを受け止めて使える電力に変える、仮説上の構造物です。1960年、物理学者のフリーマン・ダイソンが科学雑誌『サイエンス』に載せた短い論文で、この考えを紹介しました。理由はとても現実的です。文明が成長を続ければ、いつかは母なる惑星に届く光だけでは足りなくなります。そのとき、いちばん近くにある巨大なエネルギー源は、自分たちの恒星です。
数字を見ると、この発想がなぜ魅力的かが分かります。太陽が出している力は、およそ3.8×10の26乗ワットです。地球に届くのは、そのうちの約20億分の1にすぎません。人類全体が使っているエネルギーは約18テラワットで、太陽が毎秒宇宙へ放っている量に比べるとごくわずかです。太陽の出力のほんの一部でも集められれば、今の私たちには使い切れないほどの電力になります。
ただし、ここまでは全部「理屈の上の話」です。ダイソン球を作った文明はまだありませんし、見つかったと確認された例もありません。物理学がどこまで許すかを考える思考実験であり、SFで最も愛されてきたアイデアの一つでもあります。SF全体の流れは、SFの歴史の記事もあわせてどうぞ。
ダイソン球はどこから来たのか
フリーマン・ダイソン（1923〜2020年）は、イギリス生まれでアメリカで活躍した物理学者です。1960年の論文の題名は「人工的な恒星赤外線源の探索」といいます。この論文が問いかけたのは「どうやって作るか」ではなく、「すでに誰かが作っていたら、どうやって見つけるか」でした。
発想のもとについて、ダイソンははっきり語っています。1937年に出版されたオラフ・ステープルドンの小説『スターメイカー』（Star Maker）です。この小説には、高度な知的生命が恒星を光の罠のようなもので囲み、エネルギーを集める場面があります。ダイソン自身は「球」とは呼ばず、のちに、この名前は世間の言い換えによる誤解だと述べています。彼が思い描いたのは、ばらばらの物体がゆるやかに集まった雲のようなもの。世の中が思い浮かべたのは、中が空洞のボールでした。
ダイソン球のおもな種類
「ダイソン球」という名前で、実際には何種類かのちがう設計が語られています。まず区別しておきましょう。
- ダイソン群（ダイソン・スウォーム）：鏡や太陽電池パネルのような無数の集光装置が、それぞれ別々の軌道で恒星を回る形です。ダイソンの原案にいちばん近く、科学者が最も真剣に考えている形でもあります。
- ダイソン・バブル：光の圧力で浮かぶ帆や鏡を、軌道を回らせずに空中で止めておく形です。つなぎ目は要りませんが、位置を保つには細かい調整が必要です。
- ダイソン・シェル（殻）：恒星を内側に抱えた、固くて中空の球です。多くの人が思い浮かべるのはこの姿で、物理学の面でいちばん問題が多い形でもあります。
群の形なら、少しずつ作っていけるという利点もあります。最初の数基だけでも電力は得られ、数が増えるほど量も増えます。完成するまで何も役に立たない計画ではなく、何世紀もかけて育てていける計画です。
科学的にはどうなのか
確かなことと、まだ推測にすぎないことを分けて見てみましょう。
物理学からわかること
地球の軌道と同じ距離に殻を作るとすると、半径は約1億5000万kmの巨大な球になります。内側の面積は地球の表面積の約5億5000万倍です。住む場所としても集光面としても途方もない広さですが、同時に、必要な材料も途方もない量になります。しかも、その大きさの固い殻を、自重や周囲の力に耐えて支えられる物質は、今のところ知られていません。
固い殻にはさらに根本的な問題が二つあります。一つ目は不安定さです。殻が少しでも中心からずれると、近いほうの側を恒星の重力が強く引き、殻はますますずれて、最後は恒星にぶつかってしまいます。絶えず位置を直し続けない限り、殻は同じ場所にとどまれません。二つ目は重力です。一様な中空の殻の内側では、重力が打ち消し合ってゼロになります。内側の面に立っても、恒星に引きつけられることはなく、住むには回転などで重さを作り出す必要があります。
こうした理由で、研究者の多くは群の形で考えます。別々の軌道を回る小さな部品なら、固く連結する必要がなく、不安定さの問題も避けられます。
どうやって見つけるのか
ダイソンの論文の核心は「熱」にあります。エネルギーは消えません。恒星の光を受けて使う構造物があるなら、使い切れなかった分を廃熱として出すはずです。居心地のよい惑星と同じくらいの温度なら、その廃熱は波長10マイクロメートルほどの赤外線として観測できます。可視光では暗いのに赤外線では明るい星があれば、とても目立つはずです。
ただ、自然界にも赤外線を出す天体はたくさんあります。ちりの円盤に包まれた若い星、ガスを放出する老いた巨星、ちりが多い星などは、一見よく似ています。候補を真剣に扱うには、まずこうした自然の説明をすべて取り除く必要があります。
これまでの探索
いちばん有名なのは、KIC 8462852、通称「タビーの星」です。2015年、ケプラー宇宙望遠鏡が、この星の明るさが不規則に大きく落ち込むのを観測したと報告されました。多くの説明案の一つとして、人工物を挙げる研究者もいました。しかしその後の観測で、減光の程度が光の色によって違うことが分かり、固い物体よりもちりの雲のほうがよく説明できるとされました。現在は、ちりが原因だと考える天文学者が大半です。
2024年には「ヘファイストス計画」が、複数の全天観測のデータから数百万個の星を調べ、赤外線が多めの星を探しました。見つかった少数の候補はいずれも暗い赤色矮星で、研究者自身も自然のちりで説明できる可能性が高いと述べています。確認されたダイソン構造物の数は、今のところゼロです。ただ、見つからなかったという結果も、そうした構造物がどれくらい珍しいかを知る手がかりになります。
カルダシェフ・スケールとのつながり
1964年、ソ連の天文学者ニコライ・カルダシェフは、文明を使えるエネルギーの量で分類することを提案しました。自分の恒星の出力をすべて使える文明は「タイプII」とされ、そのイメージとしてよく挙げられるのがダイソン群です。くわしくはカルダシェフ・スケールの記事で説明しています。
SF作品での登場例
まずは本から見ていきましょう。この発想が育ったのは小説の中です。
- 『スターメイカー』（1937年）オラフ・ステープルドン：この発想の種です。高度な存在が恒星に光の罠を取りつけるという描写があります。
- 『リングワールド』（1970年）ラリイ・ニーヴン：球ではなく、恒星のまわりをめぐる地球軌道規模の帯が舞台です。読者から、この帯は不安定だという指摘が出て、ニーヴンは続編『リングワールドふたたび』（1980年）で、その問題を物語の一部として取り上げました。
- ハードSFの作品全般：恒星規模の工学を背景に使う小説は多くあります。同じように大きな視点で科学の謎に迫る一冊として、ジェイムズ・P・ホーガンの『星を継ぐもの』（Inherit the Stars）があります。人類史をひっくり返す証拠を追う、推理小説のような物語です。
映像作品でも使われています。テレビシリーズ『スタートレック：新世代』は、1992年のエピソード「Relics」でダイソン球を登場させました。ゲームなどにも似た構造物がよく出てきます。ここでは、言葉がどれだけ広まったかを示す例として名前を挙げるだけにとどめます。
リングや軌道上の居住施設など、ほかの巨大構造物については、SFの巨大構造物の記事で比べています。
よくある誤解
- 「ダイソンが固い球を考えた」：ダイソンが述べたのは、ばらばらの物体の群れです。中空のボールは、のちの言い換えやフィクションから広まった姿です。
- 「タビーの星は宇宙人が作った証拠だ」：違います。その後の観測はちりを指しており、確認されたダイソン構造物はどこにもありません。
- 「恒星が完全に隠れてしまう」：群なら光の一部は通り抜けます。部分的な群なら、可視光ではほとんど目立たないまま、赤外線では光ることもあり得ます。
- 「兵器や宇宙船のことだ」：ダイソンの考えでは、ただの発電設備です。兵器や宇宙船はフィクションの話です。
- 「技術が進めば簡単に作れる」：必要な材料とエネルギーは莫大で、完全な設計図はまだ誰も示していません。実現できるかどうかは、今も未解決です。
次に読む
- カルダシェフ・スケール：エネルギー消費で文明を分ける考え方です。ダイソン群はタイプIIの代表的なイメージです。
- SFの巨大構造物：リングや軌道居住施設などの巨大建造物を並べて比べます。
- 星を継ぐもの：大きな視点での推理が好きな人に合う、科学ミステリー小説です。
- SFの歴史：こうしたアイデアが、小説から研究室へ、そしてまた小説へと行き来してきた流れをたどります。
