Biosfere artificiali

(...) Dyson è troppo modesto
Richard Carrigan⁽⁵⁾

Le sfere di Dyson

Sfera frattale di Dyson di Steve Bowers

La ricerca di vita extraterrestre ha, come già scritto, alcuni illustri padri fondatori: Enrico Fermi e il suo paradosso; Giuseppe Cocconi e Philip Morrison e la loro proposta del 1959 di utilizzare la radioastronomia per la ricerca di segnali extraterrestri di origine intelligente⁽¹⁾; Frank Drake con la sua famosa equazione, e quindi con il progetto Ozma⁽²⁾, così chiamato per la regina della terra immaginaria di Oz, un luogo molto lontano, difficile da raggiungere e popolato da esseri esotici, una sorta di proto-SETI, progetto che Drake contribuì a fondare e lanciare.
L'anno successivo a fornire una possibile traccia per il tipo di segnali cosmici di più probabile origine intelligente fu Freeman Dyson^{(4, 5)}:

Se esistono esseri extraterrestri intelligenti e hanno raggiunto un elevato livello di sviluppo tecnologico, è probabile che un sottoprodotto del loro metabolismo energetico sia la conversione su larga scala di luce stellare in radiazione infrarossa. Si propone che la ricerca di fonti di radiazione infrarossa dovrebbe accompagnare la ricerca recentemente avviata per le comunicazioni radio interstellari.⁽⁴⁾

Dyson, prendendo il nostro sistema solare come modello, osservò come la massa di Giove, se distribuita con simmetria sferica su un'orbita doppia rispetto a quella della Terra, avrebbe avuto uno spessore di 2 tonnellate per metro quadro:

Un guscio di questo spessore potrebbe essere reso comodamente abitabile e potrebbe contenere tutti i macchinari richiesti per sfuttare la radiazione solare che cade su di esso dall'interno.^{(4, 5)}

Fu questa osservazione, in parte fuorvioante, che spinse gli scrittori di fantascienza a coniare l'espressione "sfere di Dyson", descritte come delle vere e proprie sfere costruite intorno a una stella, sebbene l'idea di una tecnologia simile venne suggerita a Dyson dalla lettura nel 1945 di Star maker (1937) di Olaf Stapledon⁽⁵⁾ per poi passare all'universo di Star Trek con il romanzo del 1972 The Starless World di Gordon Eklund.

Classificare la civiltà

Nella sua grande modestia, Dyson ha sempre ritenuto che le sfere che portano il suo nome dovrebbero essere invece nominate sfere o nuvole di Stapledon. Ad ogni buon conto la scoperta di segnali di questo genere di tecnologia dovrebbe permetterci di classificare una eventuale civiltà extraterrestre del tipo 2 su una scala di tre proposta dall'astronomo russo Nikolai Kardashev^{(5, 6)}. Secondo quest'ultimo, infatti, le civiltà intelligenti possono essere classificate in funzione del genere di risorse che riescono a manipolare, partendo dal tipo 1 (manipolazione delle risorse planetarie), tipo 2 (controllo delle energie stellari), tipo 3 (gestione di risorse galattiche). Se in questa classificazione la nostra civiltà non ha ancora raggiunto il primo livello di sviluppo, è anche abbastanza evidente che le sfere di Dyson sono una tecnologia di livello 2, l'unica possibile da indentificare visto che una tecnologia di livello 3 dovrebbe essere particolarmente evidente.
La tecnologia proposta da Dyson, però, non è una sfera cava: essa, per quanto in rotazione, è gravitazionalmente insostenibile, destinata a collassare sotto il suo stesso peso a causa della gravità stellare. Quindi l'astronomo immaginava una più plausibile nuvola di oggetti abitati in orbita intorno alla stella, sufficientemente densi da assorbire la radiazione solare ma con le orbite attentamente calcolate in modo tale da non collidere. Un sistema di tale genere venne denominato da Dyson, biosfera artificiale, anticipando di fatto l'idea alla base del progetto Biosphere 2.

Esperimento di sopravvivenza aliena

Quest'ultimo è un progetto nato tra il 1984 e il 1991 ed effettivamente realizzato a nord di Tucson in Arizona dalla compagnia privata Space Biospheres Ventures. La prima missione, iniziata il 26 settembre del 1991 con un "equipaggio" di otto persone impiegato per due anni a vivere all'interno di un ambiente controllato e progettato per sostenere la loro sopravvivenza attraverso l'autosostentamento. Fondamentalmente l'idea dell'esperimento era quella di comprendere la sostenibilità di un ambiente mancante della maggior parte della varietà presente sulla Terra, la biosfera principale, e le possibilità di sopravvivenza degli esseri umani in una situazione quindi molto simile a quella che si potrebbe incontrare su un pianeta differente dal nostro.
Vennero quindi studiati vari aspetti: dalla produzione di cibo alla dieta alimentare, senza dimenticare la gestione degli animali domestici, lo smaltimento e il riciclo dei rifiuti e le dinamiche interne al gruppo di "coloni". Particolarmente interessanti negli articoli che ho (abbastanza velocemente) letto^{(7, 8, 9)} sono un paio di osservazioni solo apparentemente superficiali sugli effetti benefici sull'umore di una vegetazione lussureggiante e varia e su una dieta studiata per essere non solo nutrizionalmente completa ma sufficientemente variabile. Se nella nostra ottica di abitanti della Terra sono osservazioni abbastanza banali, per dei possibili coloni spaziali costituiscono la differenza tra la riuscita o meno della colonizzazione di un pianeta alieno.

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(1) Giuseppe Cocconi, & Philip Morrison (1959). Searching for Interstellar Communications Nature, 184 (4690), 844-846 DOI: 10.1038/184844a0
(2) F. Drake, "How can we Detect Radio Transmissions from Distant Planetary Systems?", Sky and Telescope, 19, 140 (1959)
(4) Freeman J. Dyson (1960). Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation Science, 131 (3414), 1667-1668 DOI: 10.1126/science.131.3414.1667
(5) Freeman J. Dyson, & Richard Carrigan (2009). Dyson sphere Scholarpedia, 4 (5) DOI: 10.4249/scholarpedia.6647
(6) N. Kardashev, "Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations" (in Russian), Astronomicheskii Zhurnal, 41, 282 (1962), English translation, Soviet Astronomy AJ, 8, 217 (1964).
(7) Nelson, M., Finn, M., Wilson, C., Zabel, B., van Thillo, M., Hawes, P., & Fernandez, R. (1999). Bioregenerative recycling of wastewater in Biosphere 2 using a constructed wetland: 2-year results Ecological Engineering, 13 (1-4), 189-197 DOI: 10.1016/S0925-8574(98)00099-8 (pdf)
(8) Bruno D.V. Marino, & H.T. Odum (1999). Biosphere 2: Introduction and research progress Ecological Engineering, 13 (1-4), 3-14 DOI: 10.1016/S0925-8574(98)00088-3 (pdf)
(9) Silverstone, S., & Nelson, M. (1996). Food production and nutrition in Biosphere 2: Results from the first mission September 1991 to September 1993 Advances in Space Research, 18 (4-5), 49-61 DOI: 10.1016/0273-1177(95)00861-8 (pdf)