Dyson Sphären - machbar oder völliger Blödsinn?

[irony]

Ich weiß nicht, wie weit du mit den Grundlagen der Thermodynamik überhaupt vertraut bist.

Ich bin so in etwa auf dem Stand des Wikipedia-Artikels: Thermodynamik ? Wikipedia

Sehr sehr wenig. Aber mehr als 0. Daher kann ein SL die zugeführte Energie/Masse eben stets nur unvollständig umwandeln.

100 % werden vielleicht nicht erreicht, aber theoretisch kommt man sehr nahe ran. Und wenn es nur 90 % oder 0,9 % wären, theoretisch lässt sich die Energie der Sonne (Strahlung, Teilchenstrom) zumindest teilweise in Masse (und potentielle und kinetische Energie) verwandeln.

Einen Zusammenhang zwischen was genau?

Z.B. zwischen Strahlungsleistung, wofür McWire einen Wert von 10^24 Watt angegeben hat, also 10^24 Joule pro Sekunde und einer Umwandlung dieser Energie in Masse. Vielleicht fällt Dir dazu etwas ein.

Diese Formel beschreibt nur ganz vage die Änderung der Entropie. Da müsste erst einmal die Strahlungsenergie als Ausdruck formuliert und auf der rechten Seite eingesetzt werden, außerdem fehlt noch ein Ausdruck für die Umwandlung von Energie in Masse und wie sich dabei die Entropie erhöht.

Wie z.B. ändert sich die Entropie eines Schwarzen Loches, das Wärmestrahlung absorbiert?

Von der Sonne reden wir auch nicht. Sondern von der Dyson-Sphäre und der Außenwelt.

Dann haben wir aneinander vorbeigeredet. Ich hatte die Vorstellung, dass die Energie der Sonne von der Dysonsphäre (durch eine Art Wachstum wie bei Pflanzen, bildlich gesprochen) in Masse umgewandelt und/oder in potentielle oder kinetische Energie umgewandelt wird, indem sich z.B. die Masse der Sphäre weiter von der Sonne entfernt oder in Bewegung (z.B. Rotation) versetzt wird und auf diese Weise die Energie speichert ohne sie als Infrarot abzugeben.

[Dannyboy]

Ich bin so in etwa auf dem Stand des Wikipedia-Artikels: Thermodynamik ? Wikipedia

Dann weißt du ja alles

Das schwierige an Thermodynamik ist allerdings, das da so viele vertraute und konkrete Sachverhalte in irgendwie abstrakter Weise behandelt werden.

100 % werden vielleicht nicht erreicht, aber theoretisch kommt man sehr nahe ran. Und wenn es nur 90 % oder 0,9 % wären, theoretisch lässt sich die Energie der Sonne (Strahlung, Teilchenstrom) zumindest teilweise in Masse (und potentielle und kinetische Energie) verwandeln.

Ja und damit verlangsamst du die EInstellung des thermodynamischen Gleichgewicht. Es dauert dann einfach ein bischen länger, bis die Dysonsphäre so heiß wie die Sonne ist.

Z.B. zwischen Strahlungsleistung, wofür McWire einen Wert von 10^24 Watt angegeben hat, also 10^24 Joule pro Sekunde und einer Umwandlung dieser Energie in Masse. Vielleicht fällt Dir dazu etwas ein.

Das hängt von der technischen Umsetzung ab. Meinetwegen können die Aliens das sehr gut. Das verzögert aber nur das unvermeidliche.

Diese Formel beschreibt nur ganz vage die Änderung der Entropie. Da müsste erst einmal die Strahlungsenergie als Ausdruck formuliert und auf der rechten Seite eingesetzt werden, außerdem fehlt noch ein Ausdruck für die Umwandlung von Energie in Masse und wie sich dabei die Entropie erhöht.

So lange du nicht die genaue Zeit ausrechnen willst, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist, musst du dich damit nicht befassen. Die Formel sagt aus, dass in der Sphäre immer etwas Wärme übrig bleibt und akkumuliert wird, egal was du machst, weil die Entropie nicht abnehmen kann. Daher musst du Wärme nach außen abführen.
Da du Wärmeenergie nicht vollständig in andere Energieformen überführen kannst, bleibt die keine Wahl.

Wie z.B. ändert sich die Entropie eines Schwarzen Loches, das Wärmestrahlung absorbiert?

Es wächst. Und damit der Ereignishorizont. Aber gleichzeitig wird thermische Strahlung in Form der Hawking-Strahlung abgegeben.

Dann haben wir aneinander vorbeigeredet. Ich hatte die Vorstellung, dass die Energie der Sonne von der Dysonsphäre (durch eine Art Wachstum wie bei Pflanzen, bildlich gesprochen) in Masse umgewandelt und/oder in potentielle oder kinetische Energie umgewandelt wird, indem sich z.B. die Masse der Sphäre weiter von der Sonne entfernt oder in Bewegung (z.B. Rotation) versetzt wird und auf diese Weise die Energie speichert ohne sie als Infrarot abzugeben.

Und diese Vorstellung kann nicht zutreffen, weil die Energie der Sonne unmöglich vollständig in eine andere Energieform als Wärme umgewandelt werden kann. Denn das verstößt gegen den 2. HS.
Auch dann, wenn die Wikipediaformulierungen nur von Dampfmaschienen sprechen.

[irony]

Dann weißt du ja alles

Ich kann lesen, was da steht, und die Formeln machen mir auch keine Angst.

die EInstellung des thermodynamischen Gleichgewicht. Es dauert dann einfach ein bischen länger, bis die Dysonsphäre so heiß wie die Sonne ist.

Der Sachverhalt ist schon etwas komplizierter. Erstens ist die Sonne wohl selbst nicht ganz im thermodynamischen Gleichgewicht, zumindest ist sie ganz grob betrachtet innen heißer als außen.

Zweitens hat die Sonne eine endliche Masse, und wenn ein Teil ihrer abgegebenen Energie einer umgebenden Dysonsphäre dazu dient, deren Masse zu vergrößern, dann kann es passieren, dass die Dysonsphäre im Verhältnis zur Sonne genügend Masse bekommt, um eine bestimmte niedrige Temperatur zu halten.

Wärme und Temperatur sind ja nicht dasselbe. Mit einem heißen Körper kann man keinen kalten Körper auf dieselbe Temperatur aufheizen, wenn die Massen ungefähr gleich sind.

Der Abstand von der Sonne sollte auch eine Rolle spielen. Eine Dysonsphäre im Bereich der der Merkurbahn verhält sich vermutlich anders als eine im Bereich der Neptunbahn.

Wenn die Temperatur der Sphäre nur so hoch ist, dass nach dem Planckschen Strahlungsgesetz das Maximum in etwa der kosmischen Hintergrundstrahlung entspricht, dürfte die Sphäre unsichtbar sein.

So lange du nicht die genaue Zeit ausrechnen willst, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist, musst du dich damit nicht befassen. Die Formel sagt aus, dass in der Sphäre immer etwas Wärme übrig bleibt und akkumuliert wird, egal was du machst, weil die Entropie nicht abnehmen kann. Daher musst du Wärme nach außen abführen.
Da du Wärmeenergie nicht vollständig in andere Energieformen überführen kannst, bleibt die keine Wahl.

Der genaue Wert ist entscheidend. Wenn die Sphäre schnell genug wächst, und Energie auch in mechanischer Form speichert, muss nicht viel Wärme abgestrahlt werden. Da würden mich genaue Zahlen schon einmal interessieren. Irgendwann lässt die Strahlung der Sonne auch einmal nach.

Der entscheidende Punkt ist einfach, aus welchem Baumaterial die Dysonsphäre sein müsste und welche Masse sie haben müsste, um sich nicht durch Infrarotstrahlung zu verraten.

Es wächst. Und damit der Ereignishorizont. Aber gleichzeitig wird thermische Strahlung in Form der Hawking-Strahlung abgegeben.

Wikipedia sagt:

Erst wenn die Umgebungstemperatur unter die Temperatur des Schwarzen Loches gefallen ist, verliert das Loch durch Strahlungsemission an Masse.

Wenn die Dysonsphäre eine "Schwarze Sphäre" wäre, wäre das Problem gelöst.

Und diese Vorstellung kann nicht zutreffen, weil die Energie der Sonne unmöglich vollständig in eine andere Energieform als Wärme umgewandelt werden kann.

Eine vollständige Umwandlung ist auch gar nicht nötig.

[Dannyboy]

Der Sachverhalt ist schon etwas komplizierter. Erstens ist die Sonne wohl selbst nicht ganz im thermodynamischen Gleichgewicht, zumindest ist sie ganz grob betrachtet innen heißer als außen.

Natürlich ist sie das nicht. Sie strahlt ja Energie ab.

Zweitens hat die Sonne eine endliche Masse, und wenn ein Teil ihrer abgegebenen Energie einer umgebenden Dysonsphäre dazu dient, deren Masse zu vergrößern, dann kann es passieren, dass die Dysonsphäre im Verhältnis zur Sonne genügend Masse bekommt, um eine bestimmte niedrige Temperatur zu halten.

Wie das?

Wärme und Temperatur sind ja nicht dasselbe. Mit einem heißen Körper kann man keinen kalten Körper auf dieselbe Temperatur aufheizen, wenn die Massen ungefähr gleich sind.

Stimmt. Aber Wärmekapazität ist endlich.

Der Abstand von der Sonne sollte auch eine Rolle spielen. Eine Dysonsphäre im Bereich der der Merkurbahn verhält sich vermutlich anders als eine im Bereich der Neptunbahn.

Die Energiedichter wird geringer sein.

Wenn die Temperatur der Sphäre nur so hoch ist, dass nach dem Planckschen Strahlungsgesetz das Maximum in etwa der kosmischen Hintergrundstrahlung entspricht, dürfte die Sphäre unsichtbar sein.

Tja, das ist aber ziemlich niedrig.

Der genaue Wert ist entscheidend. Wenn die Sphäre schnell genug wächst, und Energie auch in mechanischer Form speichert, muss nicht viel Wärme abgestrahlt werden.

Ein kleiner Teil aber schon.

Da würden mich genaue Zahlen schon einmal interessieren. Irgendwann lässt die Strahlung der Sonne auch einmal nach.

Die genauen Zahlen hängen von der verwendeten Technologie ab.

Der entscheidende Punkt ist einfach, aus welchem Baumaterial die Dysonsphäre sein müsste und welche Masse sie haben müsste, um sich nicht durch Infrarotstrahlung zu verraten.

Wahrscheinlich aus Unobtainium.

Wikipedia sagt:

Das ist egal. Das ist ja nur ein Nettoverlust. Brutto ist immer ein Minus drin, so das nicht alles, was verschluckt wird, drin bleibt.

Wenn die Dysonsphäre eine "Schwarze Sphäre" wäre, wäre das Problem gelöst.

Was soll das sein?

[irony]

Wie das?

Wenn die Sphäre schnell genug wächst, d.h. Masse durch Umwandlung von Energie gewinnt, wächst auch ihre Wärmekapazität, d.h. sie kann mehr Wärme speichern, ohne dass sich ihre Temperatur erhöht. Das wäre so, wie wenn ein sehr großer (hoher) Topf Wasser auf dem Herd steht, die Temperatur beträgt 20°C, und es wird einfach immer wieder kaltes Wasser nachgefüllt. Außerdem bleibt noch die Erhöhung der potentiellen und kinetischen Energie der Sphärenmasse.

Was soll das sein?

Der Bau einer Dyson-Sphäre ist eigentlich Science-Fiction. Bis die Menschheit so etwas kann oder könnte, dauert es vielleicht eine Million Jahre. Ich bin da auch skeptisch, aber in einem Scifi-Forum, auch im Off Topic, darf man ja mal etwas phantasieren.

Unter einer "Schwarzen Sphäre" verstehe ich eine Sphäre, deren Material einige Eigenschaften eines Schwarzen Lochs besitzt, also Strahlung vollständig absorbiert und (meinetwegen zu 99,99 %) in Masse umwandelt. Ein solches Material gibt es wohl nicht. Selbst wenn man ein sphärenförmiges Mosaik aus unzähligen Mikro-Löchern herstellen könnte, wäre es nicht stabil. Die Materie eines Schwarzen Lochs ist kein Baustoff, aus dem man etwas herstellen könnte. Das sind nur Gedankenexperimente, die realistisch betrachtet alle an irgendeinem Punkt scheitern müssen, und nur dazu dienen, bestimmte Prinzipien zu verdeutlichen.

[Dannyboy]

Wenn die Sphäre schnell genug wächst, d.h. Masse durch Umwandlung von Energie gewinnt,

Die Umwandlung von Energie zu Masse geschieht aber nur bei sehr hohen Temperaturen (z.B. in einer Supernova). Diese Masse kannst du kaum als KühlmateriaL benutzen. Im Gegenteil, die Wärmekapazität bedingt, das ein großteil der Energie ja wiederum als Wärme vorliegt.

Das wäre so, wie wenn ein sehr großer (hoher) Topf Wasser auf dem Herd steht, die Temperatur beträgt 20°C, und es wird einfach immer wieder kaltes Wasser nachgefüllt.

Nur willst du das Wasser ja erzeugen. Das Wasser, das du da aus dem Knallgasgemisch bekommst, ist aber nicht kalt, sondern heißer Wasserdampf. Damit kannst du nicht kühlen.

Außerdem bleibt noch die Erhöhung der potentiellen und kinetischen Energie der Sphärenmasse.

Ja, das bleibt. Aber der Zielkonflikt besteht dann darin, wieviel Sonnenenergie du speicherst und wieviel Energie du in Arbeit umsetzt, die die Bevölkerung der Sphäre nutzen kann. Und letzteres beinhalten dann immer Prozesse mit schlechten Wirkungsgrad.

[quote]
Der Bau einer Dyson-Sphäre ist eigentlich Science-Fiction. Bis die Menschheit so etwas kann oder könnte, dauert es vielleicht eine Million Jahre. Ich bin da auch skeptisch, aber in einem Scifi-Forum, auch im Off Topic, darf man ja mal etwas phantasieren.


Was die Sache mit der Hintergrundstrahlung anbelangt. Die Strahlung die die Dyson-Sphäre abgibt, addiert sich zur Hintergrundstrahlung. Die Sphäre kann also in Summe nicht einfach nur Energie in Höhe der Hintergrundstrahlung emittieren.


Sicher kann man die IR-Signatur stark absenken. Aber es bleibt dann immer noch der Gravitationslinseneffekt.

[Spocky]

Nein, mir geht es darum, dass wir ein Wirtschaftssystem haben, das von ständigem Wachstum abhängig ist, weswegen wir jede Menge überflüssigen Müll produzieren. Das ist nicht besonders intelligent. Dabei wird auch nicht nur Energie verbraucht, sondern auch z. B. seltene Erden, deren Vorkommen begrenzt ist.

Vielleicht ist ja auch das Wirtschaftssystem Müll.

Das denk ich schon seit Jahrzehnten

[McWire]

Supraleitung gibt es nur für elektrischen Strom,

Ok, ich ging davon aus, dass dies auch mit Wärmeenergie funktioniert. Dann wird es natürlich höchst schwierig. Ohne diese Prämisse ist die technische Umsetzbarkeit als Supraleiter natürlich nicht mehr gegeben.

Das Abstrahlen ist nicht so das Problem, da 10^24-10^25 Watt in meinen Augen keine technische Hürde für eine Dyson-Zivilisation darstellen.

Was die Motivation angeht, ist das natürlich eine langfristige und relativ dauerhafte Lösung. Aber möglich wäre diese Motivation schon, da man die Wahrscheinlichkeit einer Entdeckung deutlich reduzieren kann, da die Abstrahlfläche um 3 bis 4 Größenordnungen reduziert werden kann.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 5 Minuten und 50 Sekunden:

Ist aber auch egal, der Gravitationslinseneffekt macht die Dysonsphäre aufspürbar.

Ja, aber das ist in der Größenordnung der Masse nur eines einzelnes Sterns nicht unbedingt einfach, wenn man nicht explizit nach unsichtbarer Masse den Himmel systematisch absucht.

Ich habe nie behauptet, dass diese Idee die beste Lösung ist, sondern nur, dass es eine mögliche Lösung ist. Eine Sphäre ist ein gewisser Schutz gegen "primitive" raumfahrende Zivilisationen, zumal man die Nutzenergie in der Größenordnung von 10^24 Watt durchaus auch als Waffe gegen eine angreifende Flotte, so sie es denn gäbe, einsetzen könnte.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 3 Minuten und 56 Sekunden:

Ich dachte hier ging es um das Verstecken von EM-Emissionen, da sind höchstens die umliegenden 500 Lichtjahre relevant. Da nützt dir die Richtung intergalaktischer Raum nichts, stattdessen willst du Energiestöße von Sonnenpotenz ausstoßen. Jede sich in deiner Umgebung ausbreitende raumfahrende Zivilisation, wird langfristig Beobachtungssonden außerhalb der galaktischen Ekliptik aussenden (allein schon um die Struktur der Milchstrasse zu erforschen). Die werden deine Energiestöße bemerken, und wohl ziemlich neugierig werden.

Ja eben, es geht um das verstecken von EM-Emissionen, zumindest im Rahmen der Naturgesetze. Darum muss die Energie auch abgestrahlt werden. Dann bleibt nur noch die Fläche und den Winkel zu minimieren und zu hoffen, dass man damit keine Aufmerksamkeit erregt. Falls doch, hat man eh eine Flottenvernichtungswaffen.

[Enas Yorl]

Das Abstrahlen ist nicht so das Problem, da 10^24-10^25 Watt in meinen Augen keine technische Hürde für eine Dyson-Zivilisation darstellen.

Das konzentrierte Abstrahlen wird zum Problem, weil man die Energie der Sonne nicht wieder in diesen Ausmaß konzentrieren kann. Der Wert der Entropie der abgestrahlten Sonnenenergie innerhalb der Sphäre, kann innerhalb der Sphäre nicht verringert werden.

Ein stark vereinfachtes Beispiel: eine Fläche enthält 100W Wärmeenergie, durch eine Wärmepumpe konzentriert man 30W davon auf einen Zehntel der Fläche, dafür muss man 50W Arbeit leisten (extern zugeführt). Dadurch hat man auf den Zehntel die Entropie verringert (Ordnung erhöht), allerdings dafür auch 50W externer Energie als Wärmeenergie umgesetzt (Ordnung verringert), und damit durch diese Arbeit die Entropie des Systems erhöht.
So könnte man jetzt die 30W auf den Zehntel Fläche nach außen abstrahlen, allerdings hat man dafür der Fläche insgesamt 50W an Wärmeenergie hinzugefügt. Bei jeden Arbeitsprozess innerhalb des Systems, wird die Unordnung in einem größeren Ausmaß erhöht, als man damit Ordnung erzeugen kann. Je niedriger die energetische Ordnung eines Systems ist, umso mehr Arbeit muss man leisten um Ordnung zu erzeugen (Wirkungsgrad), dabei erzeugt man durch die geleistete Arbeit zusätzliche Unordnung.

Was die Motivation angeht, ist das natürlich eine langfristige und relativ dauerhafte Lösung. Aber möglich wäre diese Motivation schon, da man die Wahrscheinlichkeit einer Entdeckung deutlich reduzieren kann, da die Abstrahlfläche um 3 bis 4 Größenordnungen reduziert werden kann.

Geht es Dir dabei immer noch um EM-Emissionen? Wäre es nicht viel einfacher, wenn die Zivilisation verräterische Emissionen auf den gefährlichen Frequenzbereichen vermeidet, und die Sendestärke auf das absolut notwendige Mindestmaß reduziert.

[McWire]

Das konzentrierte Abstrahlen wird zum Problem, weil man die Energie der Sonne nicht wieder in diesen Ausmaß konzentrieren kann. Der Wert der Entropie der abgestrahlten Sonnenenergie innerhalb der Sphäre, kann innerhalb der Sphäre nicht verringert werden.

Ein stark vereinfachtes Beispiel: eine Fläche enthält 100W Wärmeenergie, durch eine Wärmepumpe konzentriert man 30W davon auf einen Zehntel der Fläche, dafür muss man 50W Arbeit leisten (extern zugeführt). Dadurch hat man auf den Zehntel die Entropie verringert (Ordnung erhöht), allerdings dafür auch 50W externer Energie als Wärmeenergie umgesetzt (Ordnung verringert), und damit durch diese Arbeit die Entropie des Systems erhöht.
So könnte man jetzt die 30W auf den Zehntel Fläche nach außen abstrahlen, allerdings hat man dafür der Fläche insgesamt 50W an Wärmeenergie hinzugefügt. Bei jeden Arbeitsprozess innerhalb des Systems, wird die Unordnung in einem größeren Ausmaß erhöht, als man damit Ordnung erzeugen kann. Je niedriger die energetische Ordnung eines Systems ist, umso mehr Arbeit muss man leisten um Ordnung zu erzeugen (Wirkungsgrad), dabei erzeugt man durch die geleistete Arbeit zusätzliche Unordnung.

Darum ja auch die Ursprungsidee mit der supraleitenden Oberfläche, welche die Wärmeenergie verlustfrei an jedem beliebigen Ort der Oberfläche bringen kann. Die Energie sollte quasi im Supraleiter gefangen werden und dann durch eine Unterbrechung des widerstandsfreien Leitungsprozess abgestrahlt werden.

Die Idee hatte ich aus den Ringwelt-Romanen, wo ein ähnliches Prinzip angewendet worden ist.

Geht es Dir dabei immer noch um EM-Emissionen? Wäre es nicht viel einfacher, wenn die Zivilisation verräterische Emissionen auf den gefährlichen Frequenzbereichen vermeidet, und die Sendestärke auf das absolut notwendige Mindestmaß reduziert.

Das wäre auch eine gute Idee. Mir ging es eher darum einen potentiell bewohnbaren Planeten vor quasi neugierigen Blicken zu versteckten. Selbst ohne Radioemissionen und andere künstliche Energiequellen würde die Erde auffallen, aufgrund ihres Spektrums (Ozon, ungebundenes O2, Methan, etc.).

[Enas Yorl]

Die Idee hatte ich aus den Ringwelt-Romanen, wo ein ähnliches Prinzip angewendet worden ist.

Leider ist SF-Physik nur sehr bedingt verlässlich, in Bezug auf das reale Universum. Ein Umstand der hier nicht immer leicht zu vermitteln ist, und mich mitunter dazu bringt, hier Beiträge für die "Sendung mit der Maus" zu schreiben.

Das wäre auch eine gute Idee. Mir ging es eher darum einen potentiell bewohnbaren Planeten vor quasi neugierigen Blicken zu versteckten. Selbst ohne Radioemissionen und andere künstliche Energiequellen würde die Erde auffallen, aufgrund ihres Spektrums (Ozon, ungebundenes O2, Methan, etc.).

Eine Zivilisation die so hoch entwickelt ist, und sich trotzdem verstecken will. Sollte sich lieber dezentral auf Habitaten ansiedeln, die sich an Orten befinden die kein Interesse erregen.

[McWire]

Leider ist SF-Physik nur sehr bedingt verlässlich, in Bezug auf das reale Universum. Ein Umstand der hier nicht immer leicht zu vermitteln ist, und mich mitunter dazu bringt, hier Beiträge für die "Sendung mit der Maus" zu schreiben.

Wobei ich den Grund jetzt nicht nachvollziehen kann. Alle Metalle leiten ja Wärme mehr oder mindert gut, in jedem Fall besser als Luft oder viele Flüssigkeiten. Warum gibt es keine thermischen Supraleiter?

Wobei eine Silberbeschichtung der Sphäre vielleicht auch schon reichen würde. Das Silber als weltbester Wärmeleiter würde die Wärme gleichmäßig über die Oberfläche verteilen, wie eine Art Wärmestrom. Wenn man nun die Silberbeschichtung punktuell zur äußeren Oberfläche führt, kann man dann die Energie an diesen Stellen gebündelt abstrahlen, während die innere Oberfläche quasi gekühlt wird... so die Theorie.

[Enas Yorl]

Das Silber als weltbester Wärmeleiter würde die Wärme gleichmäßig über die Oberfläche verteilen, wie eine Art Wärmestrom.

Das ist ja das Problem, die Wärmeenergie wäre gleich verteilt, wie will man so relevante Mengen, gezielt an bestimmten Punkten abstrahlen? Ohne zusätzliche geleistete Arbeit, wird ein Wärmeleiter einen ausgeglichenen thermischen Zustand anstreben. So erreicht man Verteilung, aber keine Konzentration von Wärmeenergie.

Wenn man nun die Silberbeschichtung punktuell zur äußeren Oberfläche führt, kann man dann die Energie an diesen Stellen gebündelt abstrahlen, während die innere Oberfläche quasi gekühlt wird... so die Theorie.

Sieh mal, du hast innen 100 Quadratzentimeter Fläche die von einer Glühbirne angestrahlt wird, aber nach Außen nur 10 Quadratzentimeter Fläche um die Wärme abzustrahlen. Da sich die Wärme gleich verteilt, ist die Abstrahlfläche zu klein, um die gesamte aufgefangene Energie der Gesamtfläche abzustrahlen. So entsteht ein Wärmestau und das System wird immer wärmer.
Um im Gleichgewicht zu bleiben, muss die Abstrahlfläche gleich der Empfangsfläche sein. Oder man muss zusätzliche Arbeit leisten, um die Wärme zur Abstrahlfläche zu transportieren, was einem aber wieder ein anderes Problem einbringt (siehe vorletzten Beitrag).

[McWire]

Das ist ja das Problem, die Wärmeenergie wäre gleich verteilt, wie will man so relevante Mengen, gezielt an bestimmten Punkten abstrahlen? Ohne zusätzliche geleistete Arbeit, wird ein Wärmeleiter einen ausgeglichenen thermischen Zustand anstreben. So erreicht man Verteilung, aber keine Konzentration von Wärmeenergie.



Sieh mal, du hast innen 100 Quadratzentimeter Fläche die von einer Glühbirne angestrahlt wird, aber nach Außen nur 10 Quadratzentimeter Fläche um die Wärme abzustrahlen. Da sich die Wärme gleich verteilt, ist die Abstrahlfläche zu klein, um die gesamte aufgefangene Energie der Gesamtfläche abzustrahlen. So entsteht ein Wärmestau und das System wird immer wärmer.
Um im Gleichgewicht zu bleiben, muss die Abstrahlfläche gleich der Empfangsfläche sein. Oder man muss zusätzliche Arbeit leisten, um die Wärme zur Abstrahlfläche zu transportieren, was einem aber wieder ein anderes Problem einbringt (siehe vorletzten Beitrag).

Soweit sogut.

Nun will ich dir mal meinen Gedankengang schildern.

Nehmen wir mal an, die Sonne strahlt in der Erdumlaufbahn soviel Energie auf eine Fläche, dass sich dort eine Gleichgewichtstemperatur von sagen wir mal 10°C einstellt. Dann würde die innere Seite der Dyson-Sphäre also eine Oberflächentemperatur von 10°C haben, wobei sich die Sphäre selbst auch auf diesen Wert erhitzt und demzufolge im Infraroten strahlen würde.

Die Idee, welche ich hatte, man verkleide die Sphäre mit einer Silberschicht. Die Außenseite der Sphäre wäre durch die fehlende Sonneneinstrahlung sehr kalt, sagen wir mal -270°C. Da nun Silber ein guter Wärmeleiter ist, würde also die 10°C warme Innenschicht die Wärmeenergie an die -270°C kalte Außenschicht abgeben und diese versuchen auf 10°C zu erhitzen.

Womit du recht hast, dass eine kleine Abstrahlfläche die Energie nicht so effektiv genug abgeben kann und sich daher diese Außenfläche nur auf 10°C aufheizt und somit im thermischen Gleichgewicht mit der Innenfläche steht, wobei der Wärmestrom unterbrochen wird und sich wieder die ganze Sphäre langsam erwärmen würde. Man müsste also Arbeit verrichten um die kleine Außenfläche zu kühlen und den Wärmestrom aufrecht zu erhalten.

Ich sehr jetzt das technische Problem. Die einzige Lösung kann also nur sein, die Energie der Sonne so vollständig wie möglich in elektrischen Strom umzuwandeln, diesen per Supraleiter zu den Abstrahlpunkten zu leiten und dort dann die überschüssige Energie gezielt abzustrahlen.

Andererseits wäre es vielleicht klug, wenn man die Spährenaußenseite vielleicht nicht auf dem Niveau der Hintergrundstrahlung lässt, da man sonst eine Gravitationsanomalie erzeugt, die neugierige Blicke auf sich ziehen würde, sondern man quasi ein schwaches Infrarotobjekt imitiert.

Man versteckt sich also nicht ganz, da dies sowieso nicht geht, sondern man reduziert nur die radiale Abstrahlung soweit, dass es nicht wie ein Typ-G-Stern aussieht, welcher bewohnbare Planeten haben könnte. Man könnte sich damit ja als stellare Staubscheibe tarnen.

[Dannyboy]

Wobei ich den Grund jetzt nicht nachvollziehen kann. Alle Metalle leiten ja Wärme mehr oder mindert gut, in jedem Fall besser als Luft oder viele Flüssigkeiten. Warum gibt es keine thermischen Supraleiter?

Wärme ist eine besondere Energieform. Nämlich das was man erhält., wenn Energie maximal verteilt (dissipiert) wird. Das natürliche bestreben von Energie ist sozusagen, sich maximal zu verteilen. EIn thermischer Supraleiter würde die Energie eben maximal schnell verteilen, aber eben nicht an einen Punkt konzentrieren. (Der Beitrag ist physikalisch nicht 100 % sauber, weil es in der Thermodynamik verschiedene Begriffe für das gibt, was wir im Alltag unter Wärme verstehen.)


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Dannyboy schrieb nach 7 Minuten und 3 Sekunden:

Ich sehr jetzt das technische Problem. Die einzige Lösung kann also nur sein, die Energie der Sonne so vollständig wie möglich in elektrischen Strom umzuwandeln, diesen per Supraleiter zu den Abstrahlpunkten zu leiten und dort dann die überschüssige Energie gezielt abzustrahlen.

Ja, wobei die Energiedichte an diesem Punkt dann auch extrem hoch wäre. Ob physikalisch zulässige Materialien dem standhalten ist fraglich.

Man versteckt sich also nicht ganz, da dies sowieso nicht geht, sondern man reduziert nur die radiale Abstrahlung soweit, dass es nicht wie ein Typ-G-Stern aussieht, welcher bewohnbare Planeten haben könnte. Man könnte sich damit ja als stellare Staubscheibe tarnen.

Das wäre die sinnvollste Lösung meiner Ansicht nach.