Что такое астросейсмология и зачем она нужна

N+1Наука

Звезды волнуются раз. Что такое астросейсмология и зачем она нужна

Что такое астросейсмология и зачем она нужна

Антон Бирюков

Фред Кавли, распорядившись раз в два года награждать премией в миллион долларов успехи в областях астрофизики, нанотехнологий и нейронаук, мотивировал это решение так: одна занимается самым большим, другая самым маленьким, третья — самым сложным. В этом году «самая большая» наука в этом триумвирате представлена хрестоматийными объектами, звездами. Причем самыми обычными. Так астрономы называют звезды, похожие по природе, строению и эволюции на Солнце. О том, что они узнали лауреаты и, что самое важное, как, рассказывает астрофизик Антон Бирюков из ГАИШ МГУ.

Премию по астрофизике получили Конни Артс (Лёвенский католический университет, Бельгия), Йорген Кристенсен-Далсгор (Орхусский университет, Дания) и Роджер Ульрих (Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе, США) — за «пионерские работы и исследования в областях гелио- и астросейсмологии». Эти ученые начиная с 70-х годов прошлого века внесли определяющий вклад в тогда еще молодой раздел астрофизики, который по-новому взглянул на звезды, их свойства и внутреннее строение. Хотя лучше даже сказать — услышал.

В 1926 году английский астрофизик Артур Эддингтон публикует ныне классическую монографию о внутреннем строении звезд. Начинается она так: «Похоже, что недра Солнца и других звезд наименее доступны для научного исследования, чем любая другая область вселенной. Наши телескопы могут заглянуть все дальше и дальше в пространство, но как мы можем получить надежное знание о том, что скрыто под толщей вещества? Какой прибор может проникнуть под поверхность звезды и измерить условия в ее недрах?»

Астрофизика — буквально «наука о природе звезд» — не может быть полна без понимания внутреннего устройства этих объектов. И не теоретического, о котором писал Эддингтон, но и его экспериментального подтверждения.

В 2022 году мы все еще далеки от того, чтобы запустить измерительный зонд в недра Солнца. Впрочем, мы не менее далеки и от того, чтобы пробиться в глубокие недра Земли. Однако геофизики уже не первое столетие изучают строение Земли по тому, как внутри нее распространяется волны упругих колебаний. Так возникла наука сейсмология. Астрофизики позаимствовали эту идею у коллег и, начиная и с 60-х годов прошлого века, начали измерять то, как распространяются колебания в недрах звезды. Таким образом родилась сначала гелиосейсмология (изучающая Солнце), а потом и астросейсмология (исследующая и другие звезды).

Так у нас появился инструмент, который был нужен Эддингтону.

Звуки звезд

Если с земной сейсмологией все более-менее знакомы, то как и почему этот метод вообще может работать для звезд? Ведь мы не устанавливаем на поверхности Солнца и других звезд сейсмические датчики!

Это действительно так. Но звук, который пронизывает звезды, в общем можно увидеть при помощи обычных телескопов. А именно, увидеть изменения, которые звуковые волны порождают на «поверхности» звезды.

Вообще, строго говоря, неверно утверждение, что в космосе царит оглушительная тишина. В действительности, конечно, упругие волны бывают в любой материальной среде. В том числе и межзвездной и межпланетной: они, конечно, разрежены, но совсем не пусты. И уж тем более звуковые волны распространяются в недрах весьма плотных звезд. Так, например, средняя плотность Солнца в 1,4 раза больше плотности воды, в которой звук распространяется очень хорошо — дельфины и киты не дадут соврать.

Но откуда он там берется?

Чтобы это понять, давайте представим звезду в виде чайника, который стоит на горячей плите. Плита, в данном случае — это ядро звезды, в котором идут термоядерные реакции и генерируется энергия. Эта энергия передается более высоким слоям звезды, точно так же, как и тепло плиты нагревает дно чайника. В чайник налита вода — холодное и разреженное вещество. Она тоже нагревается и затем вскипает. Кипящий чайник от еще не закипевшего очень просто отличить в том числе и на слух — он порождает низкочастотный шум. С Солнцем происходит примерно то же самое. Его внешние слои, доступные земному наблюдателю, конечно, не совсем кипят, но тоже отдают вовне тепловую энергию. Перенос тепла в них происходит за счет конвекции, вместе со струями поднимающегося вещества. И эта конвекция внешних слоев Солнца тоже порождает звуковые волны.

Бурление воды в чайнике прекрасно слышно благодаря сравнительно высокой плотности воздуха, который хорошо проводит звук. В космосе же среда куда более разрежена, поэтому в буквальном смысле услышать Солнце нельзя, не говоря уже о других звездах. Но всмотревшись в его поверхность, мы можем этот звук увидеть.

Рассмотреть гул Солнца

Исследования в области астросейсмологии начались с гелиосейсмологии, то есть с изучения ближайшей к нам звезды. В начале 60-х годов прошлого века группа астрофизиков из Калифорнийского технологического института под началом Роберта Лейтона разглядела на Солнце конвекцию внешних слоев. Они увидели, как пузыри плазмы диаметром около 10 тысяч километров поднимаются и опускаются на его поверхности со скоростью около 500 метров в секунду и периодом в 296 секунд. Это были уже ставшие знаменитыми пятиминутные колебания Солнца. Как раз они порождают волны, которые распространяются внутрь Солнца. И, что важно, распространяются не прямолинейно, а так же, как сейсмические волны в толще Земли — преломляясь, поворачивая и выходя на поверхность уже в другой точке. Это так называемы p-волны или волны давления (pressure waves). Они — звучат.

Сейсмические волны внутри Земли. Эпицентр – источник волн, как правило землетрясение, произошедшее неглубоко под поверхностью. Далее акустические волны — продольные (волны давления, p-волны) и поперечные (сейсмические, s-волны) — распространяются через недры Земли по криволинейным траекториям. Скорость распространение сейсмических волн зависит от свойств недр Земли на пути распространения. Поэтому, восстановив этот путь по задержке в приходе волны в разные точки на поверхности Земли, можно получить информацию о структуре планеты. British Geological Survey / UK Research and Innovation

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

CAR-NK-терапия из донорских стволовых клеток помогла пациентке с системной склеродермией CAR-NK-терапия из донорских стволовых клеток помогла пациентке с системной склеродермией

Исследователи сообщили об успешном лечении тяжелой системной склеродермии

N+1
Египетский археометаллург воссоздал древний метод полого бронзового литья Египетский археометаллург воссоздал древний метод полого бронзового литья

Египтяне использовали известково-восковую смесь для защиты бронзы

N+1
Ученые выяснили, что большинство травоядных животных ест не только траву Ученые выяснили, что большинство травоядных животных ест не только траву

Традиционная классификация травоядных не отражает реальную картину их рационов

ТехИнсайдер
Хотите разозлить самца мыши? Вам нужен банан Хотите разозлить самца мыши? Вам нужен банан

Ученые выяснили, почему запах тропического фрукта заставляет грызунов нервничать

Вокруг света
Нехимические зависимости: что это такое, как их распознать и победить Нехимические зависимости: что это такое, как их распознать и победить

Вы просыпаетесь и сразу тянетесь к телефону?

Maxim
Сделано в Британии: 10 отличных английских сериалов, которые вы полюбили или пропустили Сделано в Британии: 10 отличных английских сериалов, которые вы полюбили или пропустили

Не Шерлоком едины: британские сериалы на любой вкус

Правила жизни
«Я ставлю вопрос: как быть отсюда?» «Я ставлю вопрос: как быть отсюда?»

Оксана Тимофеева о том, как любить родину

Weekend
Тихие убийцы: 5 самых ядовитых грибов на свете Тихие убийцы: 5 самых ядовитых грибов на свете

Самые токсичные представители загадочного царства грибов

Вокруг света
«Живите долго!»: простые советы долгожителей «Живите долго!»: простые советы долгожителей

Как встать на путь к долголетию?

Psychologies
Возьму – пригодится! Возьму – пригодится!

Советы психолога, как перестать покупать ненужные вещи

Лиза
Отрывок из бестселлера The New York Times «Последнее, что он сказал мне» Лоры Дейв Отрывок из бестселлера The New York Times «Последнее, что он сказал мне» Лоры Дейв

Фрагмент из «Последнее, что он сказал мне» — истории, которая вас шокирует

СНОБ
Островной инстинкт: трагедии и триумфы королевы Виктории Островной инстинкт: трагедии и триумфы королевы Виктории

Первый день правления королевы Виктории стал для нее настоящим испытанием

Вокруг света
Будь в моменте. Учись радоваться жизни прямо сейчас Будь в моменте. Учись радоваться жизни прямо сейчас

Что такое синдром отложенной жизни

Лиза
Мировой кубок Мировой кубок

Как создали чемпионат мира по футболу

Вокруг света
Зоологи не нашли различий в средней скорости старения холоднокровных и теплокровных тетрапод Зоологи не нашли различий в средней скорости старения холоднокровных и теплокровных тетрапод

Одни виды амфибий и рептилий стареют медленнее, чем птицы и млекопитающие

N+1
Семь причин боли в ногах Семь причин боли в ногах

Ноги болят просто от усталости. Но иногда это сигнал о неполадках в организме

Здоровье
Свой чужой: почему муж не встает на мою сторону в конфликтах с другими Свой чужой: почему муж не встает на мою сторону в конфликтах с другими

Что делать, если партнер не принимает вашу сторону?

Psychologies
Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка Последний умер в зоопарке в 1936-м: в Австралии готовятся «воскресить» сумчатого волка

Истребленный вид может снова населить Зеленый континент

Вокруг света
9 серьезных катастроф, случившихся по вине конструкторов: самые страшные события в истории 9 серьезных катастроф, случившихся по вине конструкторов: самые страшные события в истории

Человечество ошибается – и делает это отнюдь не редко

ТехИнсайдер
Каким был принц Филипп: 9 фактов из биографии супруга королевы Елизаветы Каким был принц Филипп: 9 фактов из биографии супруга королевы Елизаветы

О яркой жизни супруга королевы Великобритании

РБК
5 самых ядовитых грибов в мире: не смейте даже прикасаться к ним 5 самых ядовитых грибов в мире: не смейте даже прикасаться к ним

Собирая грибы в лесу, важно быть начеку

ТехИнсайдер
Властитель «страны грез»: жизнь и таинственная смерть баварского короля Людвига II Властитель «страны грез»: жизнь и таинственная смерть баварского короля Людвига II

Память о Людвиге II не умрет до тех пор, пока в горах будут стоять его замки

Вокруг света
Ресторатор Борис Зарьков: «Дальше очень просто – жизнь продолжается. Вы находитесь “здесь”» Ресторатор Борис Зарьков: «Дальше очень просто – жизнь продолжается. Вы находитесь “здесь”»

Ресторатор Борис Зарьков – пат в шахматах, уход Michelin и «голые короли

СНОБ
Как выбрать форму ногтей: советы мастера по маникюру Как выбрать форму ногтей: советы мастера по маникюру

Разбираемся в разновидностях форм ногтей и сочетаниях с цветом и длиной

РБК
Магическое 3 августа: почему каждый год Энн Хэтэуэй откладывает все ради личного ритуала Магическое 3 августа: почему каждый год Энн Хэтэуэй откладывает все ради личного ритуала

Что же делает Энн Хэтэуэй 21 год подряд?

VOICE
Денис Чернов Денис Чернов

Ведущий (и первый!) режиссер культовых «Смешариков» показал премьеру года

Собака.ru
Как забыть прошлое и жить настоящим: советы психолога Как забыть прошлое и жить настоящим: советы психолога

Как отпустить прошлое и начать жить настоящим?

Psychologies
Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов

Отрывок из монографии «Коллекции Ивана и Михаила Морозовых»

Forbes
Алмазы под давлением Алмазы под давлением

Экономист Александр Аузан о будущем креативных индустрий

СНОБ
Умер Юрий Шатунов: почему «Ласковый май» стал символом эпохи? Умер Юрий Шатунов: почему «Ласковый май» стал символом эпохи?

Почему «Ласковый май» оказался таким значимым проектом в нашей поп-культуре?

Psychologies
Открыть в приложении