Учёные проанализировали орбитальную динамику гипотетических астроинженерных мегаструктур — таких как двигатель Шкадова и сфера Дайсона — и выяснили, какие из них способны сохранять стабильность на протяжении миллионов лет. Работа важна для поиска внеземных цивилизаций: подобные сооружения рассматриваются как возможные технологические маркеры — следы деятельности развитых цивилизаций.
Классические модели небесной механики обычно рассматривают небесные тела как точечные массы. Однако для мегаструктур размером, сопоставимым с их орбитой, это приближение перестаёт работать. В новом исследовании силы гравитации и давления излучения рассчитывались для протяжённых объектов — например, отражающего диска, расположенного рядом со звездой.
Такая конструкция лежит в основе гипотетического двигателя Шкадова — гигантского зеркала, которое отражает часть излучения звезды и создаёт слабую тягу, постепенно изменяющую её движение в галактике. Но расчёты показали, что подобный диск принципиально нестабилен. Даже минимальное отклонение от равновесия приводит к одному из двух сценариев: конструкция либо падает на звезду, либо постепенно уходит в межзвёздное пространство. Схожая проблема возникает и у сферы Дайсона.
Причина в том, что силы гравитации и давления света изменяются по-разному при смещении конструкции. В результате точка равновесия оказывается «седловой»: малейшее возмущение начинает усиливаться со временем.