Transhumanismus/Posthumanismus

23. Oktober 2009

Der Aufbau einer Superzivilisation

Filed under: eigene Artikel — Schlagwörter: , — berndvo @ 08:30

 

 Von Bernd Vowinkel

 

Unsere Zivilisation ist im Vergleich zum Alter der Erde extrem jung. Wir wissen, dass es Vorläufer des jetzigen Menschen vor etwa 6 Millionen Jahre gab. Die letzte Stufe der Entwicklung des Menschen wurde vor etwa vierzigtausend bis sechzigtausend Jahren erreicht (neuere Schätzungen reichen bis 200 tausend Jahren). Die Erde existiert dagegen bereits seit ca. 4,5 Milliarden Jahren. Die Lebenserwartung unseres Planeten liegt bei weiteren, mehreren Milliarden Jahren. Wenn wir uns die rasante Entwicklung unserer Zivilisation nur innerhalb der letzten tausend Jahre vor Augen führen, so ist klar, dass wir erst am Beginn der Entwicklung unserer Zivilisation stehen. Wie diese Zivilisation in einigen Millionen oder gar Milliarden Jahren aussehen wird, kann letztlich niemand vorhersehen. Trotzdem können wir einige Abschätzungen über die maximal erreichbare Größe machen. Ein entscheidender Faktor wird hier die Frage sein, ob es Maschinen mit eigenem Bewusstsein geben wird. Niemand kann in die Zukunft sehen, insofern sind die folgenden Ausführungen spekulativ. Sie basieren aber auf den bekannten Naturgesetzen und setzen keine völlig neuen Technologien voraus.

 Zum Aufbau und zur Unterhaltung einer Zivilisation braucht man zwei Ressourcen, nämlich Materie zur Herstellung der „Hardware“ und Energie zur Herstellung und für den Betrieb der Hardware. Beides ist in unserem Sonnensystem reichlich vorhanden. Die kritischere von beiden Ressourcen ist aber die verfügbare Energie. Die Hauptenergiequelle in unserem Sonnensystem ist die Sonne selbst. Im Vergleich dazu sind alle anderen Energiequellen vernachlässigbar klein. Selbst wenn es auf der Erde einmal gelingen sollte, in großem Maßstab Energie durch Kernfusion zu erzeugen, so sind einfach die verfügbaren Mengen an Brennstoff winzig gegenüber dem Brennstoffvorrat der Sonne. In der Sonne selbst werden durch Kernfusion leichte Elemente zu schwereren Elementen umgewandelt. Im Prinzip funktioniert das unter Energiegewinn bis zum Element Eisen. Hier wird die größte Bindungsenergie pro Kernbaustein erreicht. Energie entsteht bei der Kernfusion letztlich durch Umwandlung von Materie der Masse m in Energie E nach der bekannten Einsteinschen Formel E = m c2 (c: Lichtgeschwindigkeit).

Nach der Größenordnung der Energie, die sich eine Zivilisation zu nutze macht, haben der russische Astronom Nikolai Kardaschew und später auch der britische Physiker Freeman Dyson die Zivilisationen in drei Stufen eingeteilt. Typ I macht sich die Energie eines Planeten zu nutze, d.h. die fossilen Brennstoffe, die Sonnenenergie, die auf der Planetenoberfläche verfügbar ist und die daraus abgeleiteten Energiequellen, wie Windkraft, Wasserkraft und Biomasse. Unsere gegenwärtige Zivilisation ist auf dem Weg zu diesem Typ. Typ II macht sich die gesamte Energie eines Sternes zu nutze. In unserem Fall hieße das, dass wir den größten Teil der von der Sonne abgestrahlten Energie verwenden. Schließlich wird bei Typ III die Energie einer ganzen Galaxie erschlossen. Man kann hier noch einen zusätzlichen Typ IV hinzufügen. Bei diesem Typ würde es nur noch eine Zivilisation geben, die konsequenterweise die verfügbare Energie des gesamten Universums nutzt. Da die Typen III  und IV noch in sehr weiter Ferne liegen, wollen wir uns hier zunächst nur mit dem Typ II etwas genauer befassen.

Die Strahlungsleistung der Sonne liegt derzeit bei 3,827 1033 erg/sec, was einer elektrischen Leistung von 3,827 1017 Gigawatt entspricht. Die erste Frage ist, wie viel davon kann durch eine Superzivilisation in elektrische Leistung umgewandelt werden? Auf der Erde kann hiervon nur ein winziger Anteil verwertet werden, weil nur ein Bruchteil der gesamten Strahlungsleistung der Sonne auf die Erdoberfläche entfällt. Weiterhin behindert die Erdatmosphäre mit ihren Wettereinflüssen die volle Nutzung dieses Anteils. Eine Möglichkeit, größere Mengen der Sonnenenergie zu nutzen, wäre die Stationierung von großen Flächen von Solarzellen im Weltraum. Im Erdabstand beträgt die elektromagnetische Strahlungsleistung der Sonne 1,33kW pro Quadratmeter (Solarkonstante). Bei einem Wirkungsgrad von 20 % könnte man mit einer Fläche von vier Quadratkilometern bereits 1 Gigawatt elektrische Leistung erzeugen, was der Leistung eines mittleren Kernkraftwerks entspricht. Um diese Energie auf der Erde nutzbar zu machen, könnte sie über Mikrowellenstrahlung relativ verlustarm zur Erde gestrahlt werden. Die Energiedichte auf der Erdoberfläche kann dabei so niedrig gehalten werden, dass sie unschädlich bleibt.

Solche orbitale Sonnenkraftwerke (SPS für solar power satellites) wurden bereits 1968 von P.F.Glaser vorgeschlagen. In der Zeit von 1976 bis 1980 hat die amerikanische Weltraumbehörde NASA eine Forschungsstudie durchgeführt, mit dem Ergebnis, dass ein solches Kraftwerk mit den vorhandenen Technologien gebaut werden kann. Das in der Studie vorgeschlagene System sah ein Kraftwerk mit einer Sonnenkollektorfläche von 5 x 10km im geostationären Orbit vor. Die damit erzeugte elektrische Leistung von etwa 6 Gigawatt sollte mit einem Mikrowellenstrahl bei einer Frequenz von 2,45GHz zur Erde gestrahlt werden. Die dazu erforderliche Sendeantenne hätte einen Durchmesser von 1km. Für die Empfangsantenne auf der Erde wurde eine Fläche von 10 x 13km vorgesehen. Die Umwandlung der empfangenen Mikrowellenstrahlung in elektrischen Strom erfolgt dann durch Gleichrichtung. Der Wirkungsgrad der Empfangsanlage beträgt dabei mehr als 80%. Die Mikrowellenstrahlungsdichte im Zentrum der Empfangsantenne beträgt etwa 250W/m2. Diese Strahlungsdichte liegt zwar über dem empfohlenen ANSI/IEEE Standard von maximal 81,6W/m2, ist aber noch nicht unmittelbar lebensbedrohend. Am Rand der Empfangsanlage ist die Strahlungsdichte nur noch 10W/m2.

In den letzten beiden Jahrzehnten fand die weitere Entwicklung überwiegend in Japan statt. Dort wurden zur Demonstration der Machbarkeit einzelne Sende- und Empfangsmodule aufgebaut. Im Bereich der Sendemodule wurden Wirkungsgrade für die Umwandlung elektrischer Energie in Mikrowellenstrahlung von bis zu 75% erreicht. Bei der Empfangsanlage lagen die Wirkungsgrade bei bis zu 80%. Die weitere Entwicklung kann diese Werte schätzungsweise auf jeweils 90% bringen. Der Gesamtwirkungsgrad einer Großanlage zur Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen (z.B. vom geostationären Orbit zur Erdoberfläche) erreicht mit der derzeitigen Technologie Werte um 45%. Hierbei sind sämtliche Verluste berücksichtigt, einschließlich der atmosphärischen Dämpfung. Dieser Gesamtwirkungsgrad wird sich in Zukunft sicherlich noch etwas verbessern lassen.

Von den möglichen Gesundheitsgefährdungen innerhalb der Antennenanlage auf der Erdoberfläche abgesehen, ist diese Art der Energieerzeugung absolut umweltfreundlich, denn es entstehen keine Abgase und kein Abfall. Allerdings wird die der Erde zugestrahlte Energie nach „Verbrauch“ weitestgehend in Wärme umgesetzt, die auf der Erdoberfläche anfällt. Bei einer sehr großen Zahl von Solarkraftwerken würde das dann zu einer merklichen Erwärmung der Erdoberfläche führen. Dieser Effekt ist aber um mehrere Größenordnungen kleiner als der von vergleichbaren Kohlekraftwerken über die Emission von CO2 verursachte Treibhauseffekt und der daraus resultierenden Erwärmung.

Zur Ausrichtung des Mikrowellenstrahls eines orbitalen Solarkraftwerkes kann die Sendeantenne als „phased array“ ausgeführt werden. Hierbei besteht die Sendeantenne aus einer Vielzahl einzelner Strahler, deren Phasenlage gegeneinander elektronisch so gesteuert wird, dass sich ein konzentrierter Gesamtstrahl ergibt. Bei einer Störung zerfällt der Strahl sofort wieder in einen diffusen Strahl, der aufgrund seiner geringen Energiedichte absolut unschädlich ist. Damit kann eine Fehlausrichtung des Sendestrahls ausgeschlossen werden. Inzwischen werden auch andere Übertragungsmöglichkeiten diskutiert. So könnte die Übertragung auch mit einem Laser im Bereich des sichtbaren Lichts erfolgen. Allerdings müsste die Empfangsanlage dann an einem Ort mit überwiegend wolkenlosem Himmel aufgestellt werden.

Mit den derzeitigen Technologien liegt das Gewicht eines SPS in der Größenordnung von 20g/W. Für 1GW verwertbare Leistung am Boden ergäbe das ein Gesamtgewicht von 20.000 Tonnen. Da das gesamte Material mit Raketen in den Erdorbit befördert werden muss, ergeben sich somit immense Transportkosten. Die Gesamtkosten liegen damit noch um Größenordnungen über denen für herkömmliche Kraftwerke auf der Erdoberfläche. Auch die Herstellung der Solarzellen ist noch zu teuer. Bei einer weiteren Senkung der Transportkosten und der Herstellungskosten wäre diese Art der Energieerzeugung aber in der Zukunft durchaus sinnvoll, insbesondere wenn man davon ausgeht, dass die Energiereserven auf der Erde begrenzt sind und die Erzeugungskosten langfristig steigen werden.

Wegen der hohen Transportkosten wäre es längerfristig sinnvoll, die Einzelteile nicht auf der Erde, sondern z.B. auf dem Mond herzustellen. Die Fluchtgeschwindigkeit auf dem Mond beträgt nur etwa ein Fünftel der Fluchtgeschwindigkeit auf der Erde. Um Material in einen hohen Erdorbit zu bringen, ist der Energieaufwand von der Mondoberfläche nur 1/22 im Vergleich zur Erdoberfläche. Außerdem besitzt der Mond keine Atmosphäre, sodass Reibungsverluste in der Startphase keine Rolle spielen. Man könnte dann sogar fast ganz auf Raketenantriebe verzichten und stattdessen eine Art Katapult auf der Mondoberfläche installieren. Als Antrieb für solche Massenbeschleuniger wäre die Magnetschwebetechnik geeignet. Die Energieversorgung kann durch Solarkraftwerke auf der Mondoberfläche realisiert werden. Solche Katapulte wurden bereits um 1970 von O`Neil beschrieben.

Das Mondgestein besteht aus: 42 % Sauerstoff, 21 % Silizium, 13 % Eisen, 8 % Kalzium, 7 % Aluminium, 6 % Magnesium und 3 % anderen Elementen. Bis auf Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff sind damit die wichtigsten Elemente in großen Mengen vorhanden. Im Gegensatz zur Erde muss hier nach einzelnen Vorkommen nicht tief gegraben werden, sondern es kann einfach von der Oberfläche abgebaut werden. Der Grund dafür liegt in dem fehlenden Vulkanismus und der nicht vorhandenen Plattentektonik, so dass die Zusammensetzung über die Mondoberfläche hinweg nicht allzu stark variiert. Zum Zusammenbau der Solarkraftwerke könnten die Einzelteile vom Mond aus in einen geostationären Orbit katapultiert werden. Allerdings wären zur genauen Positionierung noch kleinere Raketentriebwerke notwendig.

Mit den beschriebenen orbitalen Solarkraftwerken ließe sich die Energieversorgung der Erde auf Dauer sicherstellen. Dennoch sind auch dieser Art der Energieversorgung Grenzen gesetzt. Schließlich  ist die nutzbare Fläche zur Einrichtung von Empfangsanlagen auf der Erde begrenzt. Ein weiteres Problem könnte die Erwärmung der Erdoberfläche darstellen. Um diese Grenzen zu überwinden, müssen wir die Erde verlassen.

Wo läge ein geeigneter Ort für eine erste kleine Kolonie im Weltraum? Um die Transportkosten und Transportzeiten von der Erdoberfläche in Grenzen zu halten, sollte der Abstand zur Erde nicht allzu groß sein. Auf der anderen Seite sollte er groß genug sein, um außerhalb der Van Allen Strahlungsgürtel zu liegen und Abschattungen der Sonne durch die Erde auf kurze Zeitintervalle zu begrenzen. Eine weitere Forderung ist, dass der Ort möglichst kräftefrei sein sollte, um nicht ständig Bahnkorrekturen durchführen zu müssen. Im erdnahen Weltraum macht sich besonders die Anziehungskraft des Mondes störend bemerkbar. Es gibt allerdings fünf Orte an denen sich die Gravitationskräfte von Erde und Mond mit der, durch die Kreisbewegung bedingten, Fliehkraft aufheben. Es sind sie so genannten Lagrange-Punkte, benannt nach dem französisch-italienischen Mathematiker und Physiker Joseph Louis Lagrange (1736-1813), der als erster diese Punkte berechnete. In seinem Buch „The High Frontier“ beschreibt O´Neil die besonderen Vorzüge der Lagrange-Punkte L4 und L5. Sie sind aber letztlich vergleichbar mit hohen (z.B. geostationären) Erdorbits.

Im Gegensatz zum Mondgestein sind die Elemente Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff in Asteroiden zu großen Anteilen vorhanden, so dass Asteroiden die ideale Ergänzung für die Rohstoffversorgung von Kolonien im Weltraum darstellen. Daneben haben manche Asteroiden hohe Anteile an wertvollen Metallen. Der Hauptanteil der Asteroiden bewegt sich in annähernd kreisförmigen Bahnen um die Sonne und zwar in dem Abstandsbereich zwischen Mars und Jupiter. Der Geschwindigkeitsunterschied zu einer Kolonie im Erdorbit liegt allerdings in der gleichen Größenordnung wie der Fluchtgeschwindigkeitsunterschied zur Erdoberfläche, so dass der notwendige Energieaufwand etwa gleich groß ist. Es gibt allerdings einen kleinen Anteil von Asteroiden, die aufgrund von Bahnstörungen aus dem Asteroidengürtel herauskatapultiert wurden und stark exzentrische Bahnen um die Sonne haben. Solche Asteroiden können der Erde sehr nahe kommen (NEOs für near earth objects) und könnten damit, mit recht geringem Energieaufwand, als Rohstoffquelle genutzt werden. Insbesondere ist aufgrund ihrer geringen Größe die Anziehungskraft äußerst gering. Damit ist der Energieaufwand zum Verlassen des Gravitationsfeldes solcher Körper ebenfalls sehr gering.

Der 2km große C-Typ Asteroid Amun wurde bereits etwas genauer studiert. Er enthält große Anteile von Platin, Iridium, Osmium, Palladium, Eisen, Nickel und Kobalt. Den Gesamtwert dieser Rohstoffe auf der Erde schätzt man auf 20 Trillionen US-Dollar! Allerdings müssten diese Rohstoffe noch von den Silikaten und den restlichen weniger wertvollen Anteilen getrennt werden. Der Energieaufwand um diese Rohstoffe zur Erdoberfläche zu bringen, würde diese Art der Rohstoffgewinnung für die Erde aber dennoch unwirtschaftlich machen. Für die Verwendung in hohen Erdorbits sind sie jedoch um ein vielfaches wirtschaftlicher als Rohstoffe, die mit großem Energieaufwand von der Erdoberfläche in den Orbit transportiert werden.

Eine andere Gruppe von Asteroiden sind die so genannten M-Typ Asteroiden. Sie bestehen fast ausschließlich aus Metallen, insbesondere Eisen. Einige dieser Asteroiden, wie z.B. 1986 DA, bestehen überwiegend aus Eisen, Nickel und Kobalt. Dies sind genau die Rohstoffe, die zur Herstellung von Edelstahl verwendet werden. Zurzeit sind etwa 2000 größere Asteroiden bekannt, die gelegentlich der Erde nahe kommen, wobei jedes Jahr etwa 50 neue entdeckt werden. Im Februar 2000 wurde erstmals eine Sonde auf einem Asteroiden (Eros) abgesetzt.

Die Gesamtmasse der Asteroiden, die der Erde nahe kommen, wird auf einige tausend Milliarden Tonnen geschätzt. Mit dieser gewaltigen Menge an Material ließen sich große Kolonien weitgehend unabhängig von der Erde betreiben. Man könnte schließlich auch so vorgehen, dass man auf der Oberfläche von Asteroiden Massenbeschleuniger installiert, die wie Antriebsraketen arbeiten und damit den gesamten Asteroiden zum gewünschten Ort befördern. Als Antriebsmaterial kann ein Teil des Asteroidenmaterials dienen und als Energiequelle können auf dem Asteroiden installierte Solarkraftwerke verwendet werden.

Wenn der erdnahe Raum dicht bevölkert sein sollte, wäre der nächste logische Schritt die Besiedlung des Asteroidengürtels. Das hier vorhandene Material ist im Vergleich zu den erdnahen Asteroiden um den Faktor eine Million Mal umfangreicher. Material ist damit ausreichend vorhanden, aber wie sieht es mit der anderen wichtigen Ressource, der Energie aus? Wo liegt die Grenze der Energiegewinnung in unserem Sonnensystem?

Diese Grenze ist offensichtlich dann erreicht, wenn die gesamte Sonnenenergie genutzt wird. Freeman Dyson hatte bereits 1959 die Idee, dass man eine Kugelschale um die Sonne bauen könnte, die die gesamte Strahlung der Sonne einfängt. Nach Nutzung der Energie wird diese dann über die sonnenabgewandte Seite der Kugelschale als Infrarotstrahlung an den Weltraum abgegeben. In einem gewissen Abstand auf dieser Kugelschale könnten dann Kolonien eingerichtet werden, in denen eine größere Zahl von Menschen leben kann. Diese Art von Kolonien soll aber hier nicht weiter diskutiert werden, denn wenn sich die künstliche Intelligenz durchsetzt, ist diese Zukunftsvision zu konservativ.

Unter den Bedingungen des Weltraums hat künstliche Intelligenz gegenüber uns Menschen gewaltige Vorteile. Wir sind als Menschen an ganz enge Grenzen der physikalischen Umweltbedingungen gebunden. So muss die Umgebungstemperatur in einem Bereich von etwa –30 bis +40 Grad Celsius liegen. Der Atmosphärendruck muss zwischen 0,3 und 3bar liegen. Unsere Energiezufuhr basiert auf Lebensmitteln, deren Herstellung erheblich mehr Energie erfordert als wir daraus entziehen können. Weiterhin brauchen wir ständig Sauerstoff und Wasser. Über längere Zeit hinweg sind wir auf Gravitation angewiesen, da sich sonst unsere Muskeln und Knochen abbauen. Solare und kosmische Strahlung, die ionisierend sind, sind auf Dauer schädlich für unseren Organismus. Ohne den Schutz des Erdmagnetfeldes und der Erdatmosphäre ist man auf dickwandige Schutzschilde angewiesen, die eine große Menge an Material erfordern. Insgesamt kann man sagen, dass Kolonien im Weltraum mit einer großen Zahl von Menschen selbst nach dem heutigen Stand der Technik zwar durchaus machbar sind, allerdings nur mit einem gewaltigen Aufwand.

Ganz anders sieht es aus, wenn wir von einer Zivilisation auf der Basis künstlicher Intelligenz ausgehen. Es ergäben sich dann einige erhebliche Vereinfachungen. So könnte die Kugelschale aus einzelnen Elementen aufgebaut werden, die im Wesentlichen aus einer Art Folie bestehen. Die Folie selbst hat auf der Seite, die der Sonne zugewandt ist, Solarzellen zur Energiegewinnung. Es folgt eine dünne Schicht, die die Hardware der künstlichen Intelligenz beinhaltet. Auf der sonnenabgewandten Seite ist die Folie schwarz eingefärbt, um die umgesetzte Leistung als Infrarotstrahlung in den Weltraum abzustrahlen. Die Gesamtdicke der Folie könnte weniger als einen Millimeter betragen. In einem Sonnenabstand der etwa der Erdbahn entspricht, würde sich die Folie auf Temperaturwerte zwischen 200 und 300 Grad Kelvin aufheizen, was einen unkritischen Temperaturbereich darstellt.  Aber auch der Abstandsbereich zwischen der Marsbahn und dem Asteroidengürtel würde sich gut eignen. Mit zunehmendem Abstand R zur Sonne sinkt die Strahlungsdichte mit 1/R2, sodass der Materialaufwand bei gleicher Gesamtenergiegewinnung entsprechend größer wird. Diesem Nachteil steht gegenüber, dass die physikalische Temperatur, auf die sich das Material erwärmt, niedriger ist. Jede Art von Elektronik hat dann einen besseren Energiewirkungsgrad.

Nun ist allerdings eine hoch entwickelte Elektronik auch nicht restlos immun gegen die hochenergetische Strahlung im Weltraum. Dennoch sind die Schäden in einer dünnen Folie erheblich geringer als in dicken Materialien. Das liegt daran, dass hochenergetische Teilchen, wie z.B. Atomkerne beim Auftreffen auf Materie einen ganzen Schauer von Sekundärteilchen erzeugen. Bei einer dünnen Folie werden diese Teilchen wieder weitgehend in den Weltraum abgestrahlt. Bei einem menschlichen Körper werden sie jedoch überwiegend absorbiert und richten dementsprechend größere Schäden an. Um Menschen über einen längeren Zeitraum wirkungsvoll zu schützen, braucht man daher einen Schutzschild mit einer Dicke von einem bis zwei Metern. Ein solcher Schutzschild würde dann sowohl die solare Teilchenstrahlung als auch die hochenergetische galaktische Teilchenstrahlung gut abschirmen. Bei der Elektronik kann man auf diesen Schutz ganz verzichten, wenn man von vorneherein eine entsprechende Redundanz einbaut. Das heißt, dass beim Ausfall einzelner Elemente die Aufgabe von anderen Teilen der Schaltung übernommen wird. Allerdings wird gerade bei Solarzellen der Wirkungsgrad im Verlauf einiger Jahrzehnte so weit abnehmen, dass sie ersetzt werden müssen. In etwas größeren Zeitabständen muss dann auch die restliche Hardware repariert bzw. ersetzt werden.

Eine starre Kugel ist wegen der Anziehungskraft der Sonne mechanisch nicht stabil. Stattdessen könnte man eine sehr große Menge einzelner Elemente in eine kreisförmige Umlaufbahn um die Sonne bringen und dort zu größeren Einheiten mechanisch verkoppeln. Schließlich könnte man auf diese Weise eine Ringstruktur um die Sonne aufbauen. Die Breite des Rings ist allerdings aus mechanischen Gründen auf einige hundert Kilometer begrenzt. In der weiteren Entwicklung könnte man eine Vielzahl solcher Ringe aufbauen, die jeweils einen anderen Abstand zur Sonne und eine andere Bahnneigung haben. Es kommt dann zwar teilweise zu Abschattungen der äußeren durch die inneren Ringe, der dadurch bedingte Verlust ist aber nur gering. Natürlich muss dabei darauf geachtet werden, dass Kometen und Asteroiden keine Zerstörungen anrichten. Solche Körper müssten entweder als Rohstofflieferant eingefangen werden, oder auf eine andere Bahn gebracht werden.

Eine denkbare Variante wäre eine starre, nicht rotierende Kugel, die im Wesentlichen aus einer dünnen Folie besteht. Bei einer extrem kleinen Flächendichte könnte dann der Lichtdruck der Sonnenstrahlung die Gravitationskraft gerade ausgleichen. Da beide Effekte mit 1/R2 abnehmen, ist der Abstand von der Sonne hierbei ohne Bedeutung. Für unser Sonnensystem ergibt die Berechnung einen Wert für die Dichte der Folie von 0,78 Gramm pro Quadratmeter. Das würde allerdings eine Foliendicke von weniger als einem Tausendstel Millimeter erfordern. Mit unserer heutigen Technologie wäre das noch nicht realisierbar.  Ein Vorteil dieser Technik wäre, dass man zur Positionierung die Folie wie ein Segel steuern kann und dass man somit auf Steuerdüsen weitgehend verzichten kann. Weiterhin müssen die einzelnen Elemente nicht mechanisch miteinander verkoppelt werden.

Nehmen wir als einfaches Rechenbeispiel einmal an, dass im Endausbau 80 % der abgestrahlten Sonnenenergie mit Solarzellen aufgefangen werden kann, die selbst einen Wirkungsgrad von 20 % haben. Dann stünde also 16% der Strahlungsleistung der Sonne als elektrische Leistung zur Verfügung. Das sind dann 6,12 1016 Gigawatt. Der Leistungsbedarf einer künstlichen Intelligenz die dem Menschen entspricht, wird in Zukunft weit unter 100W liegen. Daraus ergibt sich ein möglicher Gesamtumfang für eine Superzivilisation von ungefähr 1024 Mal einer menschlichen Intelligenz oder anders ausgedrückt 100.000 Milliarden Mal unserer heutigen gesamten auf der Erde befindlichen Intelligenz in Form von Menschen. Dies ist eine eher konservative Abschätzung. Gehen wir von der erreichbaren Energieeffizienz von künstlicher Intelligenz aus, so läge die Zahl noch einmal um den Faktor 10.000 höher. Selbst wenn wir dann für die Herstellung und die ständige Reparatur der Hardware wieder 90 % der Energie abziehen, liegen wir immer noch bei einer Gesamtzahl von 1027 Mal einer menschlichen Intelligenz. An diesen Zahlen erkennt man, dass man es mit einer wahrhaft gigantischen Zivilisation zu tun hätte.

Die Gesamtmasse der Ringstrukturen läge in der Größenordnung von unter 1018kg, also weniger als ein Millionstel der Erdmasse. Damit bestätigt sich die anfangs gemachte Annahme, dass nicht die materiellen Rohstoffe, sondern die Energie die kritische Ressource für die maximale erreichbare Größe einer Superzivilisation ist.

Zusammenfassend können wir folgende Schritte zum Aufbau einer Typ-II-Superzivilisation aufführen:

1)      Installation eines Sonnenkraftwerks in einem geostationären Erdorbit zur Demonstration der Technologie.

2)      Aufbau einer Mondbasis mit Fabrikationsanlagen und einem Massenbeschleuniger für die größeren Teile von Sonnenkraftwerken. Installation einer größeren Menge von SPS in geostationären Erdorbits zur Energieversorgung der Erde.

3)      Aufbau von Kolonien mit Fabrikationsanlagen in einem hohen Erdorbit oder in einem der Lagrange-Punkte, Rohmaterial wird vom Mond und aus NEO-Asteroiden gewonnen.

4)      Aufbau von Kolonien in einer Sonnenumlaufbahn, z.B. im Bereich des Asteroidengürtels, Rohmaterial wird aus Asteroiden gewonnen.

5)      Aufbau einer Kugelschale um die Sonne

Wenn Superzivilisationen vom Typ II zwangsläufige Entwicklungen von Zivilisationen des Typ I sind, so träfe das natürlich auch auf eventuell vorhandene extraterrestrische Zivilisationen zu. Sollte es in unserem Universum nur so wimmeln von solchen Zivilisationen, so wäre ein merklicher Anteil sicherlich schon jetzt dem Typ II zuzurechnen. Es stellt sich dann die Frage, ob wir dies von unserer Erde aus durch Beobachtungen feststellen könnten.

Zunächst einmal wäre das Zentralgestirn einer Typ-II-Superzivilisation durch die kugelförmige Abdeckung nicht mehr sichtbar. Die Strahlungsenergie geht aber nicht verloren, sondern heizt das Material der Kugel auf. Je nach Abstand vom Zentralgestirn und Leuchtkraft stellt sich eine mittlere Temperatur ein, die in der Größenordnung von zehn bis mehreren hundert Grad Kelvin liegt. Diese Temperatur verursacht eine entsprechende Infrarotstrahlung, die von der gesamten Kugeloberfläche in den Weltraum abgestrahlt wird. Wir könnten also solche Superzivilisationen anhand ihrer kräftigen Infrarotstrahlung identifizieren. Solche Beobachtungen wurden in der Tat in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts unternommen, allerdings mit negativem Ergebnis. Dies legt die Vermutung nahe, dass solche Superzivilisationen zumindest eher selten sein dürften.

Obwohl die Vision der Typ-II-Superzivilisation manchem Leser als reine Science Fiction erscheinen mag, so muss man doch einerseits sehen, dass sie eine logische Fortentwicklung unserer derzeitigen Zivilisation darstellt und andererseits, dass die zur Realisierung notwendigen Technologien bereits jetzt schon im Prinzip bekannt sind. Es sind also keine Bahn brechenden neuen Entdeckungen und Erfindungen notwendig, um diese Vision realisieren zu können. Die einzige Frage die bleibt, ist die nach dem Zeitrahmen, denn schließlich wäre der Aufbau einer Kugel mit Erdbahnradius oder gar einem Radius größer als der Marsbahnradius eine gewaltige Aufgabe.

Die zeitliche Entwicklung einer Zivilisation, deren Ressourcen nicht beschränkt sind, folgt einem Exponentialgesetz.  Gehen wir als einfaches Rechenbeispiel einmal von einem einzigen Solarkraftwerk mit einer Fläche von 10km2 aus. Nehmen wir nun an, dass wir im statistischen Mittel die nutzbar gemachte Auffangfläche von solchen Kraftwerken jährlich um 3% vergrößern können. Mit dem Anwachsen der Energiegewinnung  werden dann auch immer mehr Fabrikationsanlagen im Weltraum stationiert. Wie bereits beschrieben, werden die notwendigen Rohstoffe fast ausschließlich aus Asteroiden gewonnen. Bereits nach 1281 Jahren hätten wir dann eine komplette Kugeloberfläche mit Erdbahnradius abgedeckt! Selbst eine weitaus ungünstigere Entwicklung würde die Dauer der Expansion nur um wenige tausend Jahre verlängern. Dies ist aber immer noch ein winziger Bruchteil der Lebenserwartung einer Typ-II-Superzivilisation. Sie hängt unmittelbar von der Lebenserwartung des Zentralgestirns ab. Bei unserer Sonne beträgt sie immerhin noch einige Milliarden Jahre. So gewaltig die Aufgabe der Entwicklung einer Superzivilisation auch sein mag, sie ist in einer vergleichsweise kleinen Zeitspanne zu realisieren! Bis zum Ende der Typ II Superzivilisation bleibt dann immer noch genügend Zeit, unsere Zivilisation auf den umliegenden Bereich unserer Galaxis auszudehnen, und den Aufbau einer Typ III Superzivilisation in Angriff zu nehmen.

Man mag sich an dieser Stelle noch fragen, was für einen tieferen Sinn der Aufbau einer Superzivilisation haben soll. Schließlich haben wir mit unserer dazu vergleichsweise kleinen Zivilisation auf der Erde schon genügend Probleme. Eins sollte von vorneherein klar sein: eine wie auch immer geartete Superzivilisation ist keine Lösung für das derzeitige Problem der Überbevölkerung. Eine Zivilisation mit unkontrolliertem Wachstum der Zahl ihrer Mitglieder erfährt zwangsläufig das Problem der Überbevölkerung und zwar unabhängig von ihrer Größe. Irgendwann kommen die Ressourcen immer an eine Grenze, was dann zu Verteilungskämpfen und letztlich zu höheren Sterberaten führen muss. Eine unkontrollierte Vergrößerung einer Zivilisation führt damit im Endeffekt zu einer Vergrößerung des Elends.

Der Aufbau einer Superzivilisation, wie sie hier beschrieben wird, ist im Prinzip mit jeder Art von intelligenten Lebewesen durchführbar. Leben in Form künstlicher Intelligenz hätte aber, wie oben beschrieben, gewaltige Vorteile. Die Frage, was für einen Sinn eine solche Zivilisation hätte und für wen, liegt im Bereich der Philosophie und soll hier nicht weiter untersucht werden .

Wegen der begrenzten Lebenserwartung unserer Sonne, werden wir, oder das was uns nachfolgt, unser Sonnensystem irgendwann verlassen müssen. Wegen der dazu notwendigen gewaltigen Anstrengungen ist zumindest eine sehr große Kolonie im Weltraum notwendig. Ob dies bis zu einer Superzivilisation getrieben werden muss, sei dahingestellt. Es sollte hier nur aufgezeigt werden, wo die grundlegenden Grenzen einer Zivilisation in unserem Sonnensystem liegen.

 

 

Literatur

 

Benner, J.P., Photovoltaics gaining greater visibility, IEEE Spectrum, September 1999, S. 34-42

Ingebretsen, M., Mining Asteroids, IEEE Spectrum, August 2001

McSpadden, J.O., Mankins, J.C., Space Solar Power Programs and Microwave Wireless Power Transmission Technology, IEEE microwave Magazine, Volume 3, Nr.4, Dezember 2002

O´Neill, G.K., The High Frontier, Apogee Books

Pearson, I., Winter, C. & Cochrane, P., The Future Evolution of Man http://www.btinternet.com/~ian.pearson/web/future/evolution.rtf

Sandberg, A., Dyson Sphere FAQ, http://research.lifeboat.com/dyson.htm

The Future Human Evolution Website, http://www.humansfuture.org/index.htm

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