Sẽ ra sao nếu nhân loại có thể tạo ra 'trang trại năng lượng Mặt Trời' ngoài vũ trụ?

Đây không chỉ là một ý tưởng táo bạo mà còn là con đường để nhân loại trở thành nền văn minh Loại II theo thang Kardashev. Nhưng một trang trại năng lượng Mặt Trời khổng lồ trong vũ trụ sẽ trông như thế nào? Chúng ta có thể đưa các tấm pin đến gần ngôi sao của mình đến mức nào? Và quan trọng nhất, làm thế nào để truyền tải toàn bộ năng lượng đó trở lại Trái Đất mà không vô tình "nướng chín" mọi sự sống?

Mỗi giây, Mặt Trời sản sinh ra lượng năng lượng nhiều hơn lượng năng lượng mà con người đã sử dụng trong suốt lịch sử. Và cứ mỗi 90 phút, Trái Đất lại nhận được đủ ánh sáng Mặt Trời để cung cấp năng lượng cho nhân loại trong suốt một năm. Tuy nhiên, năm 2021, chỉ có 3,1% tổng lượng điện năng chúng ta tạo ra đến từ các tấm pin Mặt Trời .

Ngay cả khi chúng ta xây dựng thêm nhiều trang trại năng lượng Mặt Trời trên Trái Đất, không phải tất cả năng lượng Mặt Trời đều đến được với chúng ta. Ngôi sao của chúng ta tỏa năng lượng theo mọi hướng, và một phần ánh sáng chiếu xuống Trái Đất bị phản xạ hoặc hấp thụ bởi bầu khí quyển và mây.

Điều này khiến việc đặt các tấm pin Mặt Trời ở nơi nào đó có thể hướng về phía Mặt Trời 24/7, mỗi ngày, sẽ hiệu quả hơn rất nhiều.

Quả cầu Dyson: Tham vọng "ôm trọn" Mặt Trời

Nếu thực sự muốn tối đa hóa tiềm năng năng lượng Mặt Trời , chúng ta cần bắt đầu bằng việc lắp đặt thật nhiều tấm pin. Tấm pin Mặt Trời được làm từ các tế bào quang điện (tế bào PV), có khả năng chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành điện năng.

Để đưa hàng tỷ tấm pin lên vũ trụ, chúng ta sẽ phải chế tạo chúng bằng vật liệu nhẹ nhất có thể, chẳng hạn như gali arsenide. Từng tấm pin, mỗi tấm có kích thước bằng chiếc đĩa ăn tối, sẽ được ghép lại thành những khối lớn tới 60 mét vuông khi đưa vào quỹ đạo Trái Đất, tương đương kích thước của bốn bãi đỗ xe.

Với nguồn cung dồi dào, một mô hình chúng ta có thể khám phá là quả cầu Dyson. Đây là một siêu cấu trúc khổng lồ, được lý thuyết rằng có thể xây dựng xung quanh Mặt Trời để thu thập toàn bộ năng lượng. Nhà khoa học nghĩ ra ý tưởng này đã giả thuyết rằng một nền văn minh ngoài hành tinh tiên tiến hơn nhiều đã xây dựng một quả cầu rỗng xung quanh ngôi sao của họ để thu thập toàn bộ năng lượng.

Tuy nhiên, quả cầu Dyson này sẽ cực kỳ khổng lồ. Chu vi quanh Mặt Trời là khoảng 4,4 triệu km. Chúng ta sẽ cần hàng triệu, nếu không muốn nói là hàng tỷ tấm pin Mặt Trời riêng lẻ để ôm trọn Mặt Trời . Hơn nữa, siêu cấu trúc này sẽ phải cách xa Mặt Trời hơn một chút để không bị tan chảy bởi nhiệt độ bề mặt nóng bỏng của nó, tức là quả cầu Dyson sẽ phải lớn hơn chính Mặt Trời .

Có lẽ thay vì xây dựng một công trình đồ sộ đến mức không tưởng như vậy, chúng ta có thể thả một loạt tấm pin Mặt Trời tự quay quanh Mặt Trời . Theo thời gian, ngày càng nhiều tấm pin Mặt Trời có thể được bổ sung để tạo ra những công trình lớn hơn, phức tạp hơn.

Và vật liệu dùng để chế tạo tấm pin Mặt Trời có thể đến gần Mặt Trời mà không bị tan chảy hoàn toàn không? Tàu thăm dò Mặt Trời Parker của NASA đã đi qua lớp nhật hoa của Mặt Trời và nóng lên đến 1.400 °C, một nhiệt độ cực kỳ cao nhưng vẫn còn quá lạnh so với nhiệt độ bên trong Mặt Trời (hàng triệu độ).

Việc chế tạo vật liệu siêu chịu nhiệt là một thách thức lớn. Nhưng chúng ta có thể xây dựng các nhà máy điện Mặt Trời xa Mặt Trời hơn một chút, có lẽ ở đâu đó giữa Trái Đất và nó. Về mặt lý thuyết, một trạm điện Mặt Trời trên vũ trụ rộng 10 km vuông có thể cung cấp điện cho 1,5 triệu hộ gia đình.

Viễn cảnh "kinh hoàng": Truyền tải năng lượng bằng vi sóng

Vậy, làm thế nào để đưa toàn bộ năng lượng đó trở lại Trái Đất để chúng ta có thể sử dụng? Hệ thống truyền tải điện của bạn sẽ phải không dây, và điều đó có nghĩa là sử dụng bức xạ vi sóng. Trang trại năng lượng Mặt Trời trên không gian của bạn sẽ gửi vi sóng trở lại Trái Đất, và ở đây, chúng ta sẽ biến chúng thành điện.

Những ăng-ten thu sóng vi sóng này sẽ chiếm rất nhiều diện tích, nhưng chúng ta có thể tăng cường tín hiệu vi sóng từ trang trại năng lượng Mặt Trời và sử dụng các ăng-ten nhỏ hơn để thu sóng trên Trái Đất. Tuy nhiên, điều này sẽ đi kèm với rủi ro cao hơn. Bức xạ vi sóng có thể làm nóng các mô cơ thể bạn giống như cách nó làm nóng thức ăn trong lò vi sóng. Một tín hiệu vi sóng đủ mạnh sẽ gây bỏng rất đau đớn.

Nghiêm trọng hơn, nó thậm chí có thể nướng chín bạn từ trong ra ngoài. Bức xạ vi sóng có thể thiêu rụi bất cứ thứ gì chứa nước. Đại dương, hồ và sông có thể bắt đầu sôi. Nếu các hồ chứa nước bên dưới lớp vỏ Trái Đất nóng lên đủ mức, áp suất bên trong có thể khiến cả hành tinh nổ tung. Nếu bạn có thể khắc phục những nhược điểm đáng sợ này, việc lắp đặt các tấm pin Mặt Trời trong không gian sẽ là một bước tiến lớn cho nền văn minh của chúng ta.

Bước nhảy vọt tới nền văn minh Loại II

Việc lắp đặt các tấm pin Mặt Trời trong không gian thậm chí có thể là một bước tiến trên thang đo Kardashev. Thang đo này đo lường mức độ phát triển của một nền văn minh dựa trên năng lượng hữu ích mà nó có thể sản xuất.

Hiện tại, chúng ta được xếp hạng là nền văn minh Loại 0 vì chúng ta thậm chí còn không thu thập được toàn bộ năng lượng từ hành tinh của mình. Nếu chúng ta có thể khai thác toàn bộ năng lượng của Mặt Trời thông qua một quả cầu Dyson hoặc các tấm pin Mặt Trời quay quanh nó, chúng ta sẽ nhảy vọt lên nền văn minh Loại II.

Điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ có nhiều năng lượng hơn cả những gì chúng ta có thể tưởng tượng ngay lúc này. Du hành liên sao vượt ra ngoài Hệ Mặt Trời sẽ trở thành một khả năng thực sự.

Nhưng trước tiên, chúng ta phải trở thành nền văn minh Loại I, kiểm soát toàn bộ năng lượng của Trái Đất. Giấc mơ về "trang trại năng lượng Mặt Trời " ngoài vũ trụ vẫn còn rất xa, nhưng đó là một lời nhắc nhở về những khả năng vô hạn mà khoa học và công nghệ có thể mang lại cho nhân loại.