ダイソン球

ダイソン球（ダイソンきゅう、）とは、恒星を卵の殻のように覆ってしまう仮説上の人工構造物。恒星の発生するエネルギーすべての利用を可能とする宇宙コロニーの究極の姿と言える。名前は高度に発展した宇宙空間の文明により実現していた可能性のあるものとしてアメリカの宇宙物理学者、フリーマン・ダイソンが提唱したことに由来する。ただし、ダイソンが考案していた元のアイデアでは恒星全てを覆ってしまうものではなかった。

日本語への定訳はなく、ダイソン球の他にも「ダイソン球殻（ダイソンきゅうかく）」や「ダイソン殻（ダイソンかく）」「ダイソン環天体（ダイソンかんてんたい）」といった訳語がある。テレビドラマ『新スタートレック』では「ダイソンの天球（ダイソンのてんきゅう）」と訳された。

 概要 
サムネイル|アニメーション化されたダイソン球
1960年にアメリカの物理学者フリーマン・ダイソンは、高度に発展した宇宙文明では恒星の発する熱や光を活用するために、恒星のエネルギーを利用した人工生物圏(artificial biosphere)を建造している可能性があると考察した。
自然のままでは恒星が全方位に発するエネルギーのほとんどは宇宙空間に散逸し、小さな点のような惑星などが受け止めたほんの一部しか利用されない。だが、この人工生物圏(artificial biosphere)を作ることで桁違いに大量のエネルギーが利用可能となるというものである。

このような恒星を利用した人工生物圏の着想はダイソンの発案とされているが、ダイソン自身は自伝『宇宙をかき乱すべきか』の中で、かつて読んだオラフ・ステープルドンの『スターメイカー』に登場する恒星の光を捕獲するための網に由来すると述べている。

誤解されたイメージ
ダイソン球(Dyson sphere)は現在では恒星全体を覆う球殻状のものとして世間で認知されているが、ダイソンが1960年に論文で書いた際はそのようなものは想定していなかった。初出の論文では「an artificial biosphere which completely surrounds its parent star（その親星を完全に囲んだ人工生物圏）」と書いているが、これは「biosphere（生物圏）」であり 「sphere（球）」ではなかった 。

ダイソン自身は自身の論文に対する反応への返信として以下のように書いている。
「A solid shell or ring surrounding a star is mechanically impossible. The form of ‘biosphere’ which I envisaged consists of a loose collection or swarm of objects traveling on independent orbits around the star.」
日本語訳：「星を囲む固体の球殻またはリングは、機械的に不可能である。私が想定していた「生物圏(biosphere)」の形状は、星の周りの独立した軌道を周回する物体の緩やかな集団または群れで構成されている」。
このような形状は、現在ダイソン・スウォームと呼ばれているものに近い。

2000年ごろに行われたダイソンへのインタビューでは、自身は生物圏(biosphere)　と書いたが、SF作家達はそれを球殻(sphere)と捉えたのだと述べている
。

このような経緯もあり、ダイソンの提唱した恒星のエネルギーを活用する人工生物圏(artificial biosphere)は、現在では恒星を丸ごと包み込むダイソン球(Dyson sphere)として認知されている。
星間文明
ニコライ・カルダシェフは、高度に発達した宇宙文明を3つの段階に分けている（カルダシェフ・スケール）。

 第一段階
 一つの惑星上で得られる全エネルギーを利用する文明（タイプI文明）。
 第二段階
 一つの恒星系で得られる全エネルギーを利用する文明（タイプII文明）。
 第三段階
 一つの銀河で得られる全エネルギーを利用する文明（タイプIII文明）。

21世紀初頭現在の地球文明は第一段階にも達していない。ダイソン球は第二段階に至るために建設され、第三段階では銀河系内のすべての恒星がダイソン球で覆われることになるであろう。

もし、高度な文明が存在しており、高度な技術力を所持していたならば、蓄積されたエネルギーはエントロピー増大則により熱となりさまざまな問題を起こすことになる。これを防ぐには、外部へエネルギーを赤外線等の形で放出して温度を下げる方法が有効と考えられる。ゆえに、不自然な赤外線放射の探査により人工生物圏(artificial biosphere)を建造できるような高度な地球外文明を発見することができるだろうとダイソンは主張しているFreemann J. Dyson (1960). "Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation". Science 131: 1667–1668. DOI:10.1126/science.131.3414.1667.。
このため、宇宙を飛び交う電磁波から人工的な通信等を発見する地球外知的生命体探査（SETI）計画の一環として、天文観測における赤外線放射を調べる分野でのダイソン球発見が期待されている。日本では、1991年12月15日に寿岳潤と野口邦男が宇宙科学研究所の赤外線望遠鏡を用いて探査を行った（詳細は、地球外知的生命体探査（SETI）を参照）。また公開天文台である兵庫県立西はりま天文台の鳴沢真也が、口径2mの反射望遠鏡なゆたを使った赤外線観測によるダイソン球探査を構想している鳴沢真也 2003 第14回西はりま天文台シンポジウム「2m望遠鏡を使う」集録 p.65。

なお、恒星系と同レベルのスケールを持つこの巨大構造物は「究極の文明」をあらわすものとしてSF等にも登場し、よく知られたアイデアとなっている。ラリー・ニーヴンの「リングワールド」もこのダイソン球の一部を円環状に切り出したものである。

 建造法 
ダイソンが発表した論文では人工の生命圏 (biosphere) で殻状に星をすべて包むと記述されており、具体的な構造については述べられていなかった。後にダイソンはそれぞれが独立した軌道を持つ人工天体の群れを想定していたとコメントしたが、ダイソン球 (Dyson sphere) の言葉のイメージからそれぞれを結合して一体の殻となったダイソン球が多数考案されている。

ダイソン球は天文単位規模の巨大な構造物であるが、建築の初期段階は人工天体の打ち上げと大して変わらない。ただ、惑星の公転軌道に人工物を並べていき、それらをつなげて恒星を取り巻く“輪”を作るところから始まる。しかし、恒星がいくつかの惑星を従えていた場合、輪をつなぎ合わせ、広い幅を持った“帯”にする段階で、これらの惑星の重力を受けて輪にゆがみが生じるという問題が生じる。

細い輪であれば、そのゆがみも大した問題にならないし、質量がまだ小さいので、修復も比較的容易である。しかし、帯になるころには、最終的には球面状になるよう緩やかに湾曲していなければならないのに、ゆがみによって帯の赤道面や上下の縁が引っ張られたり押し潰されたりして形が崩れてしまうという事態に直面する。

これを解消するには、二つの方法が想定される。一つは、原因となる惑星そのものを球殻の建材に使用するなどして除去すること。もう一つは、固定された一枚の平面ではなしに、重なり合う複数の板状物体の集まりによって帯を構成するなどの工学的な問題として解決することである。

前者では、どんどんと帯の幅を広げていき、最後に残った球殻の“北極・南極”に蓋をしてしまえば完成となり、後者では、完全に閉じてしまわずに、オウムガイの殻で作ったランプシェードのような形のものや帯を何重にも連結したものになると考えられる。

 探査 

ダイソン・スフィアを観測することで高度な地球外文明を発見できる可能性がある。完全なダイソン・スフィアを所有する文明はカルダシェフ・スケールタイプIIに相当する高度な宇宙文明である。

ダイソン・スフィアは恒星からエネルギーを吸収し、再放射する。このような再放射されたエネルギーの波長は、恒星内部に自然発生しない重元素の存在により、その恒星のスペクトル型としては非典型的となる可能性がある。このような非典型波長の割合がかなり高ければ、恒星間距離において地球外巨大構造物が検出される可能性がある。

SETI(地球外文明探査)はフェルミ国立加速器研究所と同様に、太陽類似天体からこのような赤外線を多く含むスペクトルを探してきた。フェルミ国立加速器研究所は17個の「曖昧な」候補を発見したが、そのうち4個は2006年に「面白いが、依然として疑問が残る」と評された。その後の探索でも複数の候補が見つかりましたが、いずれも未確認のままである。

2015年10月14日、プラネットハンターズの市民科学者がKIC 8462852という恒星の異常な光変動を発見し、ダイソン球が発見されたのではないかという憶測がマスコミを呼んだ。しかし、その後の分析では、結果は塵の存在と一致することが示された。 2024年のさらなる探査では、ダイソン球の候補となる7つの天体が発見されたが、さらなる調査が必要だとされた。

2024年5月から6月にかけて、星間ダイソン球の兆候が発見されたのではないかという憶測が高まった。地球から1000光年以内に位置する7つの注目天体は、太陽よりも小さく、明るさも低い赤色矮星である。しかし、発見者の著者たちは誇張した主張をしないように警告した。 それにもかかわらず、多くのメディアがこのニュースを取り上げ、より現実的な代替説明も報道された。例えば、発見された赤外線は、塵に覆われた遠方の銀河によるものだという説などである。

 ダイソン球が登場する作品 
 小説 
 『リングワールドシリーズ』（ラリー・ニーヴン）
『巨大な世界』 (ラリー・ニーヴン)
SFエッセイ。二重のダイソン球による呼吸可能な宇宙、銀河を包むメガスフィアなどを紹介している。
 『銀河遊撃隊』（ハリー・ハリスン）
リングワールと同様な天体が登場する。
 『タイム・シップ』（スティーヴン・バクスター）
金星軌道をすっぽり覆うサイズの球殻がモーロック人によって作られる。地下生活に適応しているモーロック人はダイソン球殻の地下で、ほかの人類は地表面で暮らしていた。
 『太陽の簒奪者』（野尻抱介）
 『それゆけ!宇宙戦艦ヤマモト・ヨーコ』（庄司卓）
 『サムライ・レンズマン』（古橋秀之）
無慣性航法によって移動する太陽ビーム砲台として登場する。
 『地球連邦の興亡』（佐藤大輔）
 『星喰い鬼（プラネット・オーガ）』（横山信義）
 『知性化の嵐』（デイヴィッド・ブリン）
 『星界の紋章』（森岡浩之）
アブリアル伯国をすっぽり覆う反物質工場「帝国の乳房」が登場する。
 『天獄と地国』（小林泰三）
ダイソン球の外側を舞台としている。
『星は、昴』（谷甲州）
「コズミック・ピルグリム」に登場する。

 『宇宙軍士官学校』（鷹見一幸）

 漫画・アニメ 
 『エルフ・17』（山本貴嗣）
 『BLAME!』（弐瓶勉）
太陽系全域に渡って構築された都市構造体が舞台となっている。
 『2^999』（八木ナガハル）
ウルトラジャンプ2008年5号掲載（読み切り）。
 『銃夢 LastOrder』（木城ゆきと）
木星を中心としたダイソン球が建造されているが、工事は中断されている。
 ふしぎ星の☆ふたご姫
中心に人工太陽がある空洞惑星が舞台。
 銀河旋風ブライガー
主人公たちの宿敵の目的である「大アトゥーム計画」はダイソン環天体構想を下敷きにしている。
 革命機ヴァルヴレイヴ
中心に位置するのは恒星ではなく人工太陽であり、一種のスペースコロニーとなっている。
 ガンダム Gのレコンギスタ
一種の人工太陽を中心としたスペースコロニー群「ビーナス・グロゥブ」が登場する。
 『ふたば君チェンジ♡』（あろひろし）
恒星を中心にリング状に建造された人工世界「シメール」が登場する。

 ゲーム 
 宇宙戦艦ヤマト 二重銀河の崩壊
暗黒星団帝国本星がダイソン球の中に存在した。球は単一の構造物ではなく、濃密なガス状物質によって構成されている。
 Halo Wars
 グランドレッド
古代に栄えた高度な宇宙文明の遺物として登場。
 無限航路
太陽のエネルギーを上位宇宙へのワープゲートへと利用している。
 Another Century's Episode:R
エネルギーよりも惑星上への外敵の降下を防ぐのが主目的である。
 レイフォース
人工知能に支配された地球型惑星が、機械に適した環境への徹底した最適化を受けた果てに、中心核が消失しダイソン球へ置き換えられる。
 Stellaris
ゲーム内で、建造可能な高コストユニットとして登場。
 Dyson sphere program
ダイソン球を形成することがゲームの目的になっている。

 テレビドラマ 
 新スタートレック：第130話『エンタープライズの面影』
 『アンブレラアカデミー』

 映画 
 地球が静止する日 The Day the Earth Stood Still
 脚本のデヴィッド・スカルパが、飛来する宇宙船はダイソン球がモデルだと解説で語っている
 ムーンフォール

 脚注 

 関連項目 
 ステラーエンジニアリング
 マトリョーシカ・ブレイン
 KIC 8462852
 SETI
 ドレイクの方程式
 技術的特異点
 カルダシェフ・スケール

 外部リンク 
 タイプII宇宙文明－ダイソン球の熱収支－
 Dyson SpheresFAQ（英語）
 Dyson Spheres（英語）

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