다이슨 스피어 (Dyson Sphere)

It always seems impossible until it's done.
이뤄지기 전에는 모든 것이 불가능해 보인다.
-넬슨 만들라(Nelson Mandela)-

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0:58 다이슨 스피어(Dyson sphere)
1:51 다이슨 스피어를 만드는 방법
4:19 해결해야 할 문제
6:18 마트료시카 브레인(Matrioshka Brain)
태양은 엄청나게 많은 에너지를 가지고 있습니다. 태양이 방출하는 에너지는 막대하지만 지구에 도달하는 에너지는 전체의 22억 분의 1에 지나지 않죠. 그 22억 분의 1에 지나지 않는 태양 에너지 중 일부만으로 지구에 있는 모든 생명체들이 탄생할 수 있었습니다. 그렇게 탄생한 생명체들의 일부는 지적 생명체로 진화하는 커다란 도약을 이루어 냈죠. 그리고 그들은 자신의 생명을 유지시키기 위해 다양한 방법으로 에너지를 활용하기 시작했습니다. 그들은 처음에 불을 사용하기 시작했고 산업혁명 이후에는 석탄과 석유를 사용했고 현재에는 핵분열을 사용하고 있으며 머지않은 미래에는 핵융합 에너지를 상용화하게 될 것입니다. 하지만 인류는 우주 식민지 시대를 열고 더 광활한 문명의 번영을 이루기 위해서 더 많은 에너지가 필요하게 될 것입니다. 지구에 있는 에너지원만으로는 부족할 테죠. 그래서 인류는 좀 더 본질적인 에너지원인 태양 에너지를 모두 사용할 수는 없을지에 대한 고민을 하기 시작하였습니다. 그 고민의 결과로 태양을 둘러싸는 초대형 인공 구조물인 다이슨 스피어라는 개념을 구상하기에 이르렀습니다.

[다이슨 스피어]
다이슨 스피어라는 개념은 1959년, 물리학자 프리먼 다이슨에 의해 처음 고안되었습니다. 다이슨 스피어란 태양 같은 항성을 완벽하게 둘러싸 에너지를 수집하는 초대형 인공 구조물입니다. 이 구조물의 가장 큰 목적는 항성에서 방출하는 에너지를 최대한 많이 활용하는 것이죠. 다이슨 스피어를 성공적으로 만든다면 수집한 에너지를 어디론가 쏘아 보낼 수 있을 것입니다. 그리고 다이슨 스피어로부터 얻은 에너지를 활용하여 다른 행성을 테라포밍하거나 더 많은 거대 구조물을 건설하는 등의 일이 더 쉬어질 것이죠. 또한 다이슨 스피어를 통해 얻은 에너지를 바탕으로 인류는 성간 여행이 가능한 성간 문명의 시대를 열 수 있을 것입니다. 인류가 행성 종에서 성간 종으로 바뀌기 위해서는 다이슨 스피어의 건설은 꼭 거쳐야 할 관문일 것으로 예상하고 있죠. 이처럼 인류가 미래에 다이슨 스피어를 만드는데 성공한다면 문명의 발전 속도는 상상하지 못했던 수준으로 빨라지게 될 것입니다.

[다이슨 스피어를 만드는 방법]
다이슨 스피어를 건설하는 것은 인류에게 엄청난 스케일의 도전입니다. 정말 말도 안 되는 규모의 구조물인 데다가 엄청난 기술력이 필요한 프로젝트라서 현재의 기술로는 건설이 불가능하죠. 하지만 현재에 불가능하다는 말이 미래에도 불가능하다는 얘기는 아닙니다. 물론 다이슨 스피어를 만들기 위해 거쳐나가야 할 난관들이 많습니다. 때문에 다이슨 스피어 건설에 대한 더 구체적인 방안은 오랜 기간 동안 논의되어야 하죠. 하지만 현재에도 다이슨 스피어를 어떻게 지어야 할지에 대한 간단한 청사진 정도는 있습니다.
다이슨 스피어는 엄청나게 큰 스케일의 건축물이기 때문에 한 번에 완성하기란 매우 힘든 일일 것입니다. 그렇기 때문에 다이슨 스피어의 건설은 여러 단계를 거쳐 순차적으로 진행되어야 하죠. 그래서 현대 과학은 다이슨 스피어를 만들기 위해 다음과 같은 다섯 단계의 과정을 구상하였습니다.
[1단계: 라그랑주 점(Lagrangian Point)에 위성 배치하기]
케플러 법칙에 의해 움직이는 두 천체는 중력의 영향이 0이 되는 점을 가지고 있습니다. 이처럼 두 천체의 관계에서 중력이 상쇄되어 역학적으로 안정적인 곳을 라그랑주 점이라고 부릅니다. 물론 제3의 천체의 중력은 무시할 수 있을 정도여야 하겠죠. 두 행성의 관계에서 라그랑주 점은 5군데 존재합니다. 지구와 태양도 케플러 법칙에 의한 케플러 운동을 하고 있으니 라그랑주 점이 5군데 존재하죠. 그리고 이 5개의 라그랑주 점 중에서 3개의 라그랑주 점은 지구의 공전 궤도에 위치합니다. 이 공전궤도에 있는 라그랑주 점에 3개의 위성을 갖다 놓는 것이 다이슨 스피어 건설의 시작이 될 것입니다.
[2단계: 다이슨링(Dyson Ring) 만들기]
2단계 작업은 라그랑주 점에 위치한 위성들을 시작으로 공전궤도를 따라 다수의 위성들을 채워 넣는 작업을 하는 것입니다. 공전궤도에 위성이 모두 차게 되는 상태를 다이슨 링이라고 부르죠.
[3단계: 링월드(Ring Wolrd) 만들기]
3단계 작업은 다이슨 링을 모두 연결하여 하나의 구조물로 만드는 작업입니다. 링월드의 단계에서는 태양 에너지의 흡수뿐만 아니라 인간의 거주를 목표로 하고 있기도 있죠. 링월드까지만 완성해도 인류가 우주 문명을 건설하는 것이 훨씬 쉬운 일이 될 것입니다.
[4단계: 다이슨 스웜(Dyson Swarm) 만들기]
다이슨링을 여러 개 만들면 마치 구체와 비슷한 형태를 띠게 될 것입니다. 이 단계의 작업을 완성한 상태를 다이슨 스웜이라고 부릅니다.
[5단계: 다이슨 스피어(Dyson Sphere) 만들기]
다이슨 스웜에 있는 빈틈을 모두 매워 하나의 구체가 되면 다이슨 스피어가 완성됩니다. 비로소 태양의 에너지를 100% 이용할 수 있게 되는 거죠. 이 5단계의 과정을 거치면 태양에서 지구까지의 거리를 반지름으로 하는 다이슨 스피어가 완성되는 것입니다. 인류는 구체의 안쪽 부분에서 거주하게 될 것이고 중력은 다이슨 스피어의 자체적인 회전을 통해 얻게 될 것이죠.

[해결해야 할 문제]
다이슨 스피어가 인류에게 어마어마하게 매력적인 구조물인 것은 분명한 것 같습니다. 하지만 다이슨 스피어를 건설하기 위해서는 해결해야 할 난관들이 여럿 남아있습니다.
첫 번째로 해결해야 할 문제는 '자원'입니다. 태양에서 지구까지의 거리를 반지름으로 하는 초대형 구조물을 만들기 위해서는 어마어마한 양의 재료가 필요합니다. 태양계의 천체를 모두 분해해서 사용한다고 하여도 다이슨 스피어의 두께를 cm 단위로 밖에 만들 수 없죠. 실제로 사용할 수 있는 재료는 더욱 적을 수 밖에 없을 것입니다. 때문에 우리는 태양계에 존재하는 재료만으로 다이슨 스피어를 만들기 어렵다는 것을 알 수 있습니다. 다이슨 스피어를 완성하기 위해서는 태양계 외에 있는 자원들도 채취해야 하죠.
두 번째로 해결해야 할 문제는 '기술'입니다. 앞서 말했듯이 지구의 자원만으로는 재료가 턱없이 부족하기 때문에 수많은 행성에 우주 채굴장이 필요하게 될 것입니다. 따라서 우리는 다이슨 스피어를 건설하기 전에 다수의 우주 채굴장부터 만들어야 할 것입니다.
세 번째로 해결해야 할 문제는 '물질'입니다. 다이슨 스피어 같은 초거대 구조물에서 발생하는 압력은 어마어마합니다. 때문에 콘크리트의 265만 배 이상의 압축강도를 가진 물질이 필요할 것으로 예상되고 있죠. 하지만 이런 물질은 현재 자연계에서 발견하지 못했기 때문에 새로운 신소재를 개발해야 할 것입니다.
네 번째로 해결해야 할 문제는 '안전'입니다. 태양과 지구 사이를 지나치는 궤도를 가진 소행성이나 혜성들과 충돌할 가능성도 있으며 전혀 예상치 못한 상황이 발생할 수도 있습니다. 만에 하나 발생할지도 모르는 가능성에 모두 대비할 수 있어야 합니다. 그렇지 못하면 대재앙이 벌어지는 것은 자명한 일이겠지요.
다섯 번째로 해결해야 할 문제는 '기간'입니다. 현재 모든 인류가 합심하여 다이슨 스피어를 만들기 시작한다고 가정하면 완성 단계까지 이르기까지 수 억년 이상이 걸릴 것으로 예상되고 있습니다. 한편 태양의 전체 수명은 약 100억 년 정도인데 이미 45억 년이 늙은 상태이죠. 다이슨 스피어 건설 기간을 고려하지 않고 프로젝트를 진행한다면 실제 사용할 수 있는 기간이 걸림돌이 될 수도 있습니다.
여섯 번째로 해결해야 할 문제는 '분쟁'입니다. 모든 과학적인 문제를 해결한다고 하여도 여러 이해관계에서 분쟁이 일어날 가능성이 존재합니다. 다이슨 스피어를 건설하여 넓어진 땅의 소유권은 누구의 것으로 해야 할지에 대한 합리적인 기준도 필요하겠죠.

[마트료시카 브레인]
발명가 로버트 브래드버리는 그의 저서[Year Million: Science at the Far Edge of Knowledge]를 통해 마트료시카 브레인이라는 개념을 제시하였습니다. 마트료시카 브레인은 쉽게 말해 다이슨 스피어를 에너지원으로 삼아 반영구적으로 가동되는 초대형, 초고성능 컴퓨터를 뜻하는 말인데요. 마트료시카 브레인을 어떤 식으로 활용하게 될지에 대해서는 여러 의견이 있습니다. 그중 가장 언급이 많이 되는 것은 현실 세계를 완벽하게 가상현실에 구현하자는 것입니다. 현실 세계를 가상현실에 완벽하게 구현하기 위해서는 모든 것의 법칙에 대한 완벽한 분석이 필요합니다. 모든 것의 법칙을 알지 못하면 가상현실에 현실 세계를 완벽하게 구현할 수 없기 때문이죠.

Видео 다이슨 스피어 (Dyson Sphere) канала SURPRISER