Megastruktur

mini|Chinesische Mauer

Eine Megastruktur (von ) ist ein sehr großes künstliches Objekt, wobei die Grenzen, wie groß genau, nicht final definiert sind. Der Begriff wird gelegentlich auch für besonders große und hohe Gebäude oder Konstruktionen verwendet. Einige Quellen definieren eine Megastruktur als ein riesiges selbsttragendes künstliches Konstrukt. Die Produkte des Megascale Engineering () oder Astroengineering sind Megastrukturen.

Die meisten Megastruktur-Entwürfe könnten mit dem heutigen Stand der industriellen Technik nicht gebaut werden. Das macht ihre Entwürfe zu Beispielen für Erkundungstechnik. Diejenigen, die gebaut werden könnten, qualifizieren sich leicht als Megaprojekte.

Megastrukturen sind auch ein architektonisches Konzept, das in den 1960er Jahren populär wurde und bei dem eine Stadt in einem einzigen Gebäude oder in einer relativ kleinen Anzahl von Gebäuden, die miteinander verbunden sind, untergebracht werden kann. Solche Arkologie-Konzepte sind in der Science-Fiction beliebt. Megastrukturen spielen oft eine Rolle in der Handlung oder am Schauplatz von Science-Fiction-Filmen und -Büchern, wie z. B. Rendezvous mit Rama von Arthur C. Clarke.

Der prototypische Entwurf einer Megastruktur war der „Plan für Tokio: 1960“ von Kenzo Tange. Eine riesige Struktur aus aufgeständerten Highways sollte die Bucht von Tokio überspannen. Daran sollten kammartig Wohngebiete andocken, in denen riesige Wohnhügel auf Plattformen über dem Wasser schweben sollten. In allen Teilen dieser neuen Stadt sollten die Funktionen auf verschiedenen Ebenen übereinandergeschichtet werden und so eine räumliche Architektur entstehen lassen. Die großen Struktern sollten längere Lebenszyklen haben, als die kleineren Wohnbauten.

Dieses Konzept aufgreifend definierte Ralph WilcoxenRalph Wilcoxen: A short bibliography on megastructures, Monticello, Ill.: Council of Planning Librarians, 1968. 1968 eine Megastruktur als ein strukturelles Gerüst, in das später Räume, Häuser oder andere kleine Gebäude installiert, deinstalliert und ersetzt werden können und das „unbegrenzt“ erweiterbar ist. Diese Art von Gerüst erlaubt es der Struktur, sich an die individuellen Wünsche ihrer Bewohner anzupassen, auch wenn sich diese Wünsche mit der Zeit ändern.

Viele Architekten haben in den 1960er Jahren solche Megastrukturen entworfen. Zu den bekannteren Architekten und Architektengruppen gehören die Metabolisten-Bewegung, Archigram, Cedric Price, Frei Otto, Constant Nieuwenhuys, Yona Friedman, Buckminster Fuller und Eckhard Schulze-Fielitz.

Existierende Megastrukturen Es existieren Strukturen, die als Megastrukturen betrachtet werden können, wie z. B. mini|Reisterrassen der philippinischen Kordilleren

Die Chinesische Mauer ist eine von Menschenhand erbaute Megastruktur, einige Meter breit, 6352 km lang und etwa 4.975.318 m² groß. Die Reisterrassen der philippinischen Kordilleren, eine 10.360 Quadratkilometer große, landwirtschaftlich genutzte Landschaft, die vor 6000 bis 2000 Jahren von den freien Stämmen der Ifugao in die Berge eingearbeitet wurden. Wolkenkratzer stellen den aktuellen Stand der Technik bei großen Bauwerken dar (Siehe Liste der höchsten Gebäude und Strukturen der Welt und Liste technischer Rekorde#Bauwerke). Der Large Hadron Collider (LHC), ein Teilchenbeschleuniger am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf besteht u. a. aus einem großen Hadronen-Speicherring mit einem Umfang von 27 Kilometern.

Straßen- oder Eisenbahnnetze und Ansammlungen von Gebäuden (Städte und zugehörige Vororte) werden in der Regel nicht als Megastrukturen betrachtet, auch wenn sie häufig aufgrund ihrer Größe als solche gelten. Eine Ecumenopolis könnte jedoch in Frage kommen.

Konzeptionelle Megastrukturen Atlantropa, ein hydroelektrischer Damm, der über die Straße von Gibraltar gebaut und mit dem der Wasserspiegel des Mittelmeers um bis zu 200 Meter abgesenkt werden sollte. “Trans-Global Highway”, ein Autobahnsystem, das alle sechs bewohnten Kontinente miteinander verbinden würde. “Cloud nine” ist Buckminster Fullers Vorschlag für eine Tensegrity-Kugel mit einem Radius von einer Meile, die so groß wäre, dass sie im Himmel schweben würde, wenn sie nur um ein Grad Celsius über der Umgebungstemperatur erwärmt würde, wodurch Lebensräume für Ministädte mit Tausenden von Menschen in jeder Cloud Nine entstünden. Fuller schlug auch ein maritimes Analogon vor, das aus einem hohlen, terrassenförmigen, schwimmenden Tetraeder aus Stahlbeton besteht, der eine Meile von Scheitelpunkt zu Scheitelpunkt misst und eine Bevölkerung von einer Million Menschen beherbergt, die in luftgestützten Wohnmodulen an der Außenseite leben, während die erforderliche Infrastruktur (Wasser, Strom, Kanalisation usw.) im Inneren zur Verfügung stünde. Die Module würden über standardisierte Versorgungsanschlüsse verfügen, so dass sie innerhalb von Minuten nach ihrer Ankunft vollständig bewohnbar wären und anschließend abgenommen und in andere solche Städte verlegt werden könnten.

Theoretische Megastrukturen Es wurde eine Reihe von theoretischen Strukturen vorgeschlagen, die als Megastrukturen betrachtet werden können.

In stellarer Größe mini|Schnittdiagramm einer idealisierten Dyson-Schale – eine Variante von Dyson's ursprünglichem Konzept – mit einem Radius von 1 Astronomischen Einheit (AU)

Die meisten Vorschläge für Megastrukturen im stellaren Maßstab sind Entwürfe, die die Energie eines sonnenähnlichen Sterns nutzen und dabei möglicherweise noch Gravitation oder andere Eigenschaften bieten, die sie für eine fortgeschrittene Zivilisation attraktiv machen würden. Die Alderson-Scheibe ist eine theoretische Struktur in Form einer Scheibe, deren äußerer Radius der Umlaufbahn von Mars oder Jupiter entspricht und deren Dicke mehrere tausend Meilen beträgt. Eine Zivilisation könnte auf beiden Seiten der Scheibe leben, von der Schwerkraft gehalten werden und dennoch Sonnenlicht von einem Stern erhalten, der sich in der Mitte der Scheibe befindet. Um zu gewährleisten, dass der Stern alle Lebenzonen der Scheibe gleichmäßig bestrahlt, da es keinen Tag/Nacht-Zyklus, sondern nur eine ewige Dämmerung gibt, müsste man den Stern dazu zwingen innerhalb der Scheibe auf und ab zu schwanken, um erst die eine und dann die andere Seite zu beleuchten. Dieses Essay wurde erstmals im Analog Science Fiction and Fact/Analog magazine (1974) veröffentlicht und ist auch in der Anthologie, Playgrounds of the Mind enthalten. Eine Dyson-Sphäre (auch Dyson-Schale genannt) bezieht sich auf eine Struktur oder Masse von umlaufenden Objekten, die einen Stern vollständig umgibt, um dessen Sonnenenergie vollständig zu nutzen. Ein Matrjoschka-Gehirn ist eine Ansammlung von mehreren konzentrischen Dyson-Sphären, die die Energie der Sterne zum Rechnen nutzen.

mini|Innenansicht eines O’Neill-Zylinder-Raumhabitats, ähnlich einem kurzen Topopolis

Ein Stellar-Triebwerk nutzt entweder den Temperaturunterschied zwischen einem Stern und dem interstellaren Raum zur Energiegewinnung oder dient als sogenanntes Shkadov-Triebwerk von (). Ein Shkadov-Thruster beschleunigt einen ganzen Stern durch den Weltraum, indem er das Licht auf einer Seite selektiv reflektiert oder absorbiert. Topopolis (auch bekannt als Cosmic Spaghetti) ist eine große Röhre, die rotiert, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Eine “Ringwelt” (oder Niven-Ring) ist ein künstlicher Ring, der einen Stern umkreist und schneller als die Umlaufgeschwindigkeit rotiert, um künstliche Schwerkraft auf seiner inneren Oberfläche zu erzeugen. Eine nicht-rotierende Variante ist ein transparenter Ring aus atembarem Gas (Luft), der eine kontinuierliche Mikrogravitationsumgebung um einen Neutronenstern herum erzeugt, wie im gleichnamigen Roman “The Smoke Ring”.

Verwandte Strukturen, die zwar nicht als einzelne stellare Megastrukturen klassifiziert werden können, aber in einem ähnlichen Maßstab auftreten: Ein Dyson-Schwarm ist eine Dyson-Sphäre, die aus separat umlaufenden Elementen (einschließlich großer Habitate) besteht und nicht aus einer einzigen durchgehenden Hülle. Eine Dyson-Blase ist eine Dyson-Sphäre, in der die einzelnen Elemente “Statite” sind, nicht-orbitale Objekte, die durch den Druck des Sonnenlichts in der Luft gehalten werden. (Statite ist eine Wortbildung aus den Begriffen statisch und Satellite).

In planetarer Größe mini|Außenansicht eines Stanford-Torus, darunter der nicht drehende Solarhauptspiegel, der Sonnenlicht auf den bevölkerten Außenring wirft, Gemälde von Donald E. Davis

Ein Bishop-Ring, “Halo”Das “Halo” bzw. “Halo-Array” ist eine Gruppe von fiktiven Megastrukturen und Superwaffen in der Halo-Science-Fiction-Franchise, bestehend aus Ringwelten, die als Halos bekannt sind und von Strukturen gebaut werden, die als “Ark” bekannt sind. Sie werden von ihren Verwaltern, den künstlichen Intelligenzen, als “Installationen” bezeichnet und wurden von einer alten Rasse, den “Forerunnern”, geschaffen. Banks hat die Buchreihe Culture herausgebracht, die eine etwas kleinere Struktur vorsieht, die “Orbital” genannt wird – wahrscheinlich näher an den Halo-Strukturen[…] ISBN 978-0-8126-9718-6 oder “Orbital” ist eine Art hypothetisches rotierendes Weltraumhabitat, das ursprünglich 1997 von Forrest Bishop vom “Institute of Atomic-Scale Engineering” vorgeschlagen wurde, das einem Niven-Ring ähnelt, aber viel kleiner ist als dieser. Anstatt um einen Stern zentriert zu sein, befindet er sich in einer Umlaufbahn um den Stern und sein Durchmesser liegt typischerweise in der Größenordnung eines Planeten. Durch die Neigung des Rings relativ zu seiner Umlaufbahn würde die innere Oberfläche einen fast konventionellen Tag- und Nachtzyklus erfahren. Aufgrund seiner enormen Ausmaße müsste das Habitat nicht wie der Stanford-Torus vollständig umschlossen sein, stattdessen würde seine Atmosphäre nur durch die zentripetale Schwerkraft und die Seitenwände aufrechterhalten werden, was einen offenen Himmel ermöglicht. Globus Cassus ist ein hypothetisches vorgeschlagenes Projekt für die Umwandlung des Planeten Erde in eine viel größere, hohle, künstliche Welt mit der Ökosphäre auf seiner inneren Oberfläche. Dieses Modell dient als Werkzeug, um die realen Funktionsprozesse der Welt zu verstehen. Schalenwelten oder “Para-Terraforming” sind aufgeblasene Schalen, die Luft unter hohem Druck um eine ansonsten luftlose Welt halten, um eine atembare Atmosphäre zu schaffen. Der Druck der enthaltenen Luft unterstützt das Gewicht der Schale. Vollständig hohle Schalenwelten können auch in planetarischem oder größerem Maßstab allein durch eingeschlossenes Gas geschaffen werden, auch “Gravitationsballons” genannt, solange der Außendruck des eingeschlossenen Gases die Gravitationskontraktion der gesamten Struktur ausgleicht, was zu keiner Nettokraft auf die Schale führt. Der Maßstab ist nur durch die Masse des eingeschlossenen Gases begrenzt, die Hülle kann aus jedem beliebigen weltlichen Material bestehen. Die Schale kann eine zusätzliche Atmosphäre auf der Außenseite haben.von Dani Eder, 7. September 1995, In: yarchive.net (englisch) (abgerufen am 13. Januar 2021) Der Begriff Megastrukturen in planetarer Größe kann sich auch auf Planeten beziehen, die das sogenannte Terraforming durchlaufen haben oder auf künstliche Planeten mit mehreren konzentrischen Schichten.

Orbitale Megastrukturen Ein Orbitaler Ring ist ein dynamisch erhöhter Ring um die Erde, der mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die schneller ist als die Orbitalgeschwindigkeit in dieser Höhe. Stationäre Plattformen können von der überschüssigen Zentripetalbeschleunigung des Super-Orbitalrings getragen werden (im Prinzip ähnlich wie bei einer Lofstrom-Schlaufe) und stationären Plattformen könnten von Space Tether () getragen werden.

mini|NASA-Entwurf einer Bernal-Sphäre aus den 1970er-Jahren