다이슨 스피어

1AU 반경 다이슨 스피어의 모습.

1 개요

Dyson Sphere. 다이슨 구체, 다이슨 환천체라고도 한다. 태양을 한 겹으로 감싸는 초거대 구형 구조물. 그 궤도가 행성 궤도를 감쌀 정도이며, 태양이 발산하는 어마어마한 양의 에너지를 100% 이용할 수 있는 구조물로 기획되었다.

이 아이디어는 SF소설가 올라프 스태플든이 1937년에 발표한 스타메이커에 처음 등장하며, 이후 이를 구체적으로 학술지에 저술한 이론물리학자 프리먼 다이슨(Freeman Dyson)의 이름을 따 지어졌다. 카르다세프 척도에서는 다이슨 스피어 건설 가능 여부가 II 유형 문명을 구분하는 기준이기도 하다.

2 다이슨 스피어의 형태 구분

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

2.1 다이슨 링

Dyson Swarm의 가장 기본적인 단위는 다이슨 링(Dyson Ring)로, 위성들이 항성과 특정한 거리만큼 떨어져서 궤도를 이루는 형태이다.

2.2 링 월드

다이슨 링의 위성이 모두 연결되어 하나의 구조물이 되면 바로 링 월드가 된다.

2.3 다이슨 스웜

이 다이슨 고리를 여러 개 구축하면 위와 같은 구체의 형태가 된다.

2.4 다이슨 스피어

다이슨 스웜의 모든 구조물을 연결하고, 빈 틈까지 모두 메꾸어 완전한 하나의 구체를 만들게 되면, 그것이 널리 알려진 다이슨 스피어가 된다. 또는 다이슨 셸(Dyson Shell)이라고도 부른다.

다이슨 무리는 21세기 현재 인류의 에너지 수요를 충족시키는 대체에너지 수단으로 계속 연구되고 있다. 우주 공간에서 태양 복사 에너지를 포집해서 마이크로파 형태로 전송하는 기술은 21세기 현재 상용화가 가까워지고 있을 정도로 개발이 많이 진행되었다.

3 완전한 구체의 실현 가능성 고찰

다이슨 고리, 다이슨 무리의 차원을 넘어서 아예 하나의 구조물이 태양을 감싸는 형태인 Dyson shell을 만들 경우에는 3가지 커다란 장애물이 존재한다.

• 태양계 전체에 있는 지구형 행성(수성, 금성, 지구, 화성)을 모두 소모시켜도 구체를 만들 재료를 구할 수 없다. 이들 내행성과 달을 더하면 약 1.178*10^25kg의 질량으로 추산하는데, 1AU 거리에서 구체를 구축한다면 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 정도다. 탄소 나노튜브 외의 다른 구조인 재료로는 시도조차 못할 일이다.

만약 이보다 더 많은 재료를 구하기 위해서는 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 수십 배가 넘는 가스가 둘러싸니 더더욱 요원해보이는 구상이다.

• 구체 자체에서 발생하는 기계적인 압력을 견뎌낼 만한 물체가 없다. 위에서 예를 든 1AU 반경 구체의 경우, 구체가 둘로 쪼개지지 않으려면 약 73300GPa의 압축 강도를 지닌 재료가 최소한의 조건으로 필요하다. 마천루 공사에 쓰는 콘크리트의 압축 강도가 약 28MPa(0.028GPa)인 것을 감안하면 적어도 콘크리트보다 262만 배(!!!) 이상 압축 강도가 센 재료가 아니면 버티지를 못한다는 뜻. 이외에도 극한 상황에서 필요로 하는 인장 강도, 전단 강도 등을 생각하면 21세기 초인 현재 지구에서 개발한 재료로는 어림없는 수준이다. 링 월드에서 스크리쓰(Scrith)라는 초고강도 재료를 소개한 것이 바로 링 월드의 존재를 정당화하기 위한 것.

• 구체와 태양이 안정적으로 궤도를 구축할지라도, 구체가 혜성을 비롯한 외부 물체와 충돌하면 곧바로 궤도가 불안정해진다. 천문학적인 숫자의 보조 추진기가 달려있지 않은 한 얼마 지나지 않아 태양과 부딪혀 구체 전체가 녹아버릴 가능성이 매우 농후하다. 또한 구체를 세우는 도중에도 링 월드를 본 MIT 학생들이 떼지어 모여서 "링 월드의 궤도는 불안정하다!(The Ring world is Unstable!)"고 외친 것처럼 궤도가 매우 불안정하므로 이를 어찌 안정화시키는 문제까지 덧붙는다.

따라서 완전한 구체 형태의 다이슨 스피어는 링 월드와 마찬가지로 실현 가능성이 현재로선 희박하다. 먼 미래에 인류가 그만한 양의 자재를 다룰 수 있다면 모르겠지만 그것이 언제일지는 아무도 모른다.

그리고 무엇보다 이 막대한 에너지를 유용하게 쓸만한 합리적 용도를 발견하기 어렵다. 설사 고도의 기술문명을 가진 외계인이 지구인들에게 이만한 우주발전소를 공짜로 지어준다고 한들 극히 일부를 제외하곤 그 출력을 유용하게 쓸 데가 없다.

다이슨 스웜의 일부라도 필요할 만한 거대프로젝트는 말할 것도 없고 카르다세프 척도 1단계 정도 규모조차도 그런 예산이 승인될 정치적 가능성은 없다. 예컨데 지구 전체의 기후와 날씨를 사람이 살기에 이상적인 기후로 모두 바꾸고 날씨도 자유로이 조절하는 프로젝트도 그게 기술 경제적으로 충분히 가능하다고해도 반대가 많아 실행되기 어려울 것이다. 심지어는 외계인이 공짜로 공사해준다고 해도 마찬가지다.

4 대중 매체 속의 다이슨 스피어

• 스타트렉 TNG 시리즈에 등장하였다. 오리지날 시리즈에서 날렸던 스카티 선장의 은퇴 에피소드이기도 하여 팬들 사이에서 자주 회자되기도 한다. 다만 다이슨 스피어 자체는 일회성으로 보여준 다음 버렸기 때문에 이후 다시 묘사되지는 않는다. (TNG S6E04 "Relics")

• 시드 마이어의 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, 이때의 연도는 서기 1,027,823년. 말투도 "한 수십만 년쯤 지나면 완성되겠지. 그러고 나서 다시 80억 년이 지나면 새로 갈 곳을 찾아가야겠구만" 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 초거대한 크기. 그리고 이런 스피어 월드를 서기 2450년에는 0.5년에 하나씩 제조할 수 있다. 어떻게 되어 먹은 거냐, 이쪽 기술력은!

• 성계 시리즈에서 운용하는 반물질 생산공장이 이것과 비슷한 방식으로 이뤄져있다. 완전히 항성을 덮어 씌운 형태는 없지만 아브제국 수도의 항성 아브리얼에 설치된 반물질 공장의 경우 그물망처럼 촘촘하게 항성 표면 전체에 뒤덮여 있는 장면이 애니에서 묘사되었다.

• 미니어처 게임인 <AT-43>에서 나오는 종족인 세리언(Therian)들은 기술이 극한에 이르러 대부분의 주거지가 행성계 전체를 부숴서 나오는 재료로 중심의 항성을 둘러싼 초미니 다이슨 스피어로 만들어져 있다. 반쯤은 취미이자 취향이고 나머지 반은 우주의 멸망을 늦추기 위해서 엔트로피 흐름을 최대한 완화시키는 것. 이 작업을 가속화하기 위해서 문명을 이룩할 만한 가능성이 있는 생물들이 있는 행성에 진화를 촉진시키고 발명, 발전이 가속되는 특수한 정신파 발신기를 피라미드 형태로 우주에 천문학적인 숫자로 뿌려놓았는데 이에 영향을 받은 생물들이 문명을 세우고 발신기 피라미드를 이해할 정도로 성장해서 피라미드를 개방하는 순간에 장치가 작동하여 해당 행성계를 순식간에 다이슨 스피어화하게 된다. 이들의 정체는 다름 아닌 50만 년 후의 인류.

• 헤일로 시리즈에 등장하는 쉴드 월드. 선조가 건축한 시설로, 기술 등급으로 보면, 헤일로와 함께 기술 발전 단계 (Technological Achievement Tiers) 1단계(세계 건설자) 이상의 기술을 가진 종족이 건설 가능한 구조물이다. 단, 설정상 내부의 항성은 천연항성이 아닌 인공항성이다. 고대 인류는 기술력은 1단계이지만 인공행성을 제조하지는 못했다고 언급된다(…) <헤일로 4>의 배경이 쉴드 월드 레퀴엠이다.

• 유희왕 ZEXAL의 등장인물인 V가 사용하는 No.의 이름이 No.9 천개성 다이슨 스피어. 당연히 새털라이트 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 가질 만한 구조물은 다이슨 스피어나 링 월드가 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.

• 겁스에서는 TL11 - 초물질(Exotic Matter) 시대에 엉성한 다이슨 스피어가 만들어질 것이라고 예측하고 있다. 참고로 초물질 시대에 도달하는 연도는 2100~7000년 정도로 예측중. 자세한 건 테크 레벨/겁스 4판 항목을 참고하기 바란다.

• 노인의 전쟁 시리즈에 나오는 초월급 외계종족인 콘수는 그들의 모성에 있는 쌍성계중 하나인 백색 왜성에 금속 구를 씌워버렸다고 한다. 그리고 그 에너지로 항성계 전체에 쉴드를 씌워버렸다!

• 월드 오브 다크니스 세계관의 메이지 디 어센션에서 테크노크라시 진영의 보이드 엔지니어 파벌은 알파 센타우리 성계의 별 하나를 다이슨 스피어로 감싸고 기지화했다. 건설 기간은 1930년대에서 1970년대까지 약 40여년. 내부 중력은 0에다가 전체를 호흡가능한 대기권으로 만들었는데 반지름이 1AU. 거대한 대양이 물방울처럼 둥실둥실 떠다닌다고.

• 혁명기 발브레이브에서는 인류의 70%가 다이슨 스피어에 거주하고 있다고 한다. 이를 두고 취성의 가르간티아의 설정 고증 담당 스태프인 오구라 신야가 트위터로 "독자적인 세계관과 초기술의 산물이라면 다이슨 스피어 대신에 다른 고유명사를 만들어야 했다."식으로 지적을 했다. 왜냐하면 해당 작품에 나오는 다이슨 스피어의 중심에는 천연항성이 아니라 인공 태양이 있기 때문. 현재 해당 트윗은 문제된 내용이 퍼지면서 일이 커져버리는 바람에 삭제된 상태. 딱히 악의적으로 비판한 건 아니라고 한다.

• 레이포스 CD부록의 설정집인 MISSION DATA FILE에 해당내용이 수록되어있다. 무대가 되는 별이 지구가 아니라는 것을 나타낸것이다.

• 프리랜서(게임)에서는 게임의 최종반에 이르러 노매드의 본거지까지 쳐들어 가는데, 이들이 이미 오래 전에 다이슨 스피어를 만들어 놓았을 정도의 기술력을 지녔음이 밝혀진다.

• 퓨처라마에선 다이슨 펜스라는 이름으로 지구를 둘러친 구조물이 등장한다. 외계인들이 지구에서 일 못찾게 지구를 펜스로 둘러쳐 버린 것. 근데 이렇게 지구를 둘러친게 한번 더 있다(...)이런 기술력이 있으면 지구 온난화 따위 이걸로 해결하면 되잖아?