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

Робособаку научили карабкаться по стенам враспор Робособаку научили карабкаться по стенам враспор

Как инженеры научили робособаку научили эффективно двигаться по вертикали

N+1
Что делать, если вы случайно прикоснулись к борщевику? 5 вопросов о токсичном растении Что делать, если вы случайно прикоснулись к борщевику? 5 вопросов о токсичном растении

Как бороться с борщевиком на даче и может ли растение быть полезным

ТехИнсайдер
Эта привычка может повысить риск развития деменции на 43% Эта привычка может повысить риск развития деменции на 43%

Употребление большого количества сахара может повысить риск развития деменции

ТехИнсайдер
Битва челюстей: названа причина вымирания крупнейшего морского хищника всех времен Битва челюстей: названа причина вымирания крупнейшего морского хищника всех времен

Гроза доисторических морей Otodus megalodon проиграл битву за пищевые ресурсы

Вокруг света
Не боги горшки обжигают: за что мы благодарны Михаилу Горшеневу из «Короля и Шута» Не боги горшки обжигают: за что мы благодарны Михаилу Горшеневу из «Короля и Шута»

Семь вещей, за которые стоит поблагодарить Михаила Горшенева

Правила жизни
Улыбайся, малыш! Улыбайся, малыш!

Как предотвратить появление кариеса у детей

Лиза
Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук

Как развиваются акустические системы?

ТехИнсайдер
Астрономы уличили скопление Гиады в сближении с Солнечной системой в прошлом Астрономы уличили скопление Гиады в сближении с Солнечной системой в прошлом

Звездное скопление Гиады миллион лет назад было в два раза ближе к Солнцу

N+1
Белый дым из выхлопной трубы: почему появляется и что с этим делать Белый дым из выхлопной трубы: почему появляется и что с этим делать

В зависимости от цвета дым может указывать на различные проблемы с автомобилем

РБК
5 полезных девайсов для тех, кто планирует автопутешествие 5 полезных девайсов для тех, кто планирует автопутешествие

Какие еще гаджеты будут полезны для самостоятельных автомобильных поездок?

CHIP
Как формируются привычки и почему с возрастом сложно переучиваться? Как формируются привычки и почему с возрастом сложно переучиваться?

Как формируются привычки, можно ли ими управлять

СНОБ
Яснотка пугающая и беззащитная Яснотка пугающая и беззащитная

Яснотка — красивая и опасная

Наука и жизнь
Как вернуть форму намокшей соломенной шляпе в домашних условиях - это просто! Как вернуть форму намокшей соломенной шляпе в домашних условиях - это просто!

Лето - время соломенных шляп

VOICE
«Дорого заплатила за опыт»: как Василиса Волкова ушла из банка и стала ресторатором «Дорого заплатила за опыт»: как Василиса Волкова ушла из банка и стала ресторатором

Основательница S.I.D.R Group о том, как меняется гастрономический маркетинг

Forbes
Потрясающие времена Потрясающие времена

Startup Village – это мероприятие для общения предпринимателей с инвесторами

ТехИнсайдер
Как настроить диету для улучшения сна: 6 советов Как настроить диету для улучшения сна: 6 советов

Ряд продуктов способен оказывать благотворное воздействие на сон

Вокруг света
Танатофобия: что такое страх смерти и как с ним бороться Танатофобия: что такое страх смерти и как с ним бороться

Почему у некоторых людей любое упоминание смерти вызывает панику и тревожность?

РБК
10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога 10 мифов о вредном и полезном загаре: советы врача-дерматовенеролога

Развенчиваем самые популярные мифы о загаре и защитных средствах от солнца

Psychologies
Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе

3июня 1924 года в санатории под Веной умер Франц Кафка

Правила жизни
Обезболить нельзя терпеть Обезболить нельзя терпеть

Всегда ли, стремясь поскорее заглушить боль, мы помним о безопасности?

Здоровье
Забытая точка на карте: 9 городов-призраков и заброшенных поселков России Забытая точка на карте: 9 городов-призраков и заброшенных поселков России

Заброшенные города и покинутые села России

Forbes
Как сегодня лечат рак — отрывок из книги профессора Азры Раза Как сегодня лечат рак — отрывок из книги профессора Азры Раза

Отрывок из первой главы книги профессора Азры Раза «Первая клетка»

СНОБ
Секретный арсенал инспекторов ГИБДД: что нужно знать Секретный арсенал инспекторов ГИБДД: что нужно знать

Миникамеры на одежде, беспилотные дроны и другие гаджеты инспекторов ДПС

РБК
Раздражение после бритья: от чего возникает и как избежать Раздражение после бритья: от чего возникает и как избежать

Раздражение после бритья — распространенная проблема

РБК
Порноместь: что делать, если вас шантажируют публикацией интимных фотографий Порноместь: что делать, если вас шантажируют публикацией интимных фотографий

«Слив» интимных материалов — не та проблема, от которой можно легко отмахнуться

Psychologies
Что не смогла предсказать Ванга: история любви ясновидящей Что не смогла предсказать Ванга: история любви ясновидящей

В жизни Ванги было трое мужчин, но отношения с ними не сделали ее счастливой

VOICE
Как остановить выпадение волос Как остановить выпадение волос

Выпадение волос — проблема, с которой можно столкнуться в любом возрасте

Maxim
Уходя оставляйте свет: история “Прометея”, или Как в СССР появились светомузыка и медиаарт Уходя оставляйте свет: история “Прометея”, или Как в СССР появились светомузыка и медиаарт

История не самого очевидного, но важного для последующего искусства явления

Правила жизни
Африканские автомобили, о которых вы скорее всего не слышали Африканские автомобили, о которых вы скорее всего не слышали

Мало кто знает, что в Африке тоже есть автомобилестроение

ТехИнсайдер
Интервью музыкантов «4 позиции Бруно» — первое за шесть лет Интервью музыкантов «4 позиции Бруно» — первое за шесть лет

«4 позиции Бруно» — о новом альбоме, вдохновении и надругательстве над музыкой

СНОБ
Открыть в приложении