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

«Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах» «Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах»

Зачем превращать одни клетки в другие

N+1
Фильтр с песком очистил воду от нанопластика Фильтр с песком очистил воду от нанопластика

С помощью фильтрации через песок из воды можно удалить до 99,5% пластика

N+1
В древнем левантийском поселении изготавливали пурпур на протяжении 500 лет В древнем левантийском поселении изготавливали пурпур на протяжении 500 лет

В Тель-Шикмоне примерно 500 лет находился крупный центр по производству пурпура

N+1
Один выпал с 9 этажа и прожил 25 лет, а другой протянул почти полвека: 10 котов-долгожителей Один выпал с 9 этажа и прожил 25 лет, а другой протянул почти полвека: 10 котов-долгожителей

Давайте вместе позавидуем котам долгожителям и возьмем с них пример

ТехИнсайдер
Почему не стоит оставлять открытыми алюминиевые банки в холодильнике Почему не стоит оставлять открытыми алюминиевые банки в холодильнике

Безопасно ли есть из железных банок, которые были оставлены открытыми?

ТехИнсайдер
«Недостаточно хорош»: как побороть сомнения в себе «Недостаточно хорош»: как побороть сомнения в себе

Как повысить самооценку

Psychologies
«Главное — ликбез»: Аскар Ильясов о сериале «Нулевой пациент» и казахстанском кино «Главное — ликбез»: Аскар Ильясов о сериале «Нулевой пациент» и казахстанском кино

Аскар Ильясов — о том, чем отличаются российское и казахстанское кино

Forbes
Был ли Наполеон низкого роста? Откуда взялся миф о «коротышке-завоевателе» Был ли Наполеон низкого роста? Откуда взялся миф о «коротышке-завоевателе»

Почему все думают, что Наполеон был низкого роста?

ТехИнсайдер
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
Бавары похоронили убитого в бою мужчину ничком. Но вместе с ценными вещами Бавары похоронили убитого в бою мужчину ничком. Но вместе с ценными вещами

Антропологи исследовали кости убитого в VII–VIII веке индивида

N+1
Как изменить голос в Дискорде: 4 бесплатные и простые программы на любой вкус Как изменить голос в Дискорде: 4 бесплатные и простые программы на любой вкус

4 бесплатные программы, которые помогут изменить голос в Discord

CHIP
10 красивых античных имен для девочки 10 красивых античных имен для девочки

Подборка оригинальных имен с историей родом из древнего мира

Вокруг света
СССР vs США: что показал эксперимент по сравнению образования 1958 года СССР vs США: что показал эксперимент по сравнению образования 1958 года

Много лет назад журналисты выяснили, где образование лучше: в США или в СССР

VOICE
В янтаре из Мьянмы возрастом 99 миллионов лет нашли четыре вида клопов-землекопов В янтаре из Мьянмы возрастом 99 миллионов лет нашли четыре вида клопов-землекопов

В бирманском янтаре нашли четыре новых вида земляных щитников

N+1
Токсичен в больших дозах: ученые нашли у популярного БАДа способность влиять на раковые клетки Токсичен в больших дозах: ученые нашли у популярного БАДа способность влиять на раковые клетки

Это открытие может перевернуть представление о лечении пациентов с онкологией

Вокруг света
Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа

Собрали 10 удивительных фактов о его работе — спорим, ты этого не знала!

VOICE
Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K Как выглядит и живет девушка с бюстом размера K

Многие девушки мечтают о большой груди, но жить с ней не так-то просто

VOICE
Изобретение советских физиков может обеспечить энергией весь мир на миллионы лет Изобретение советских физиков может обеспечить энергией весь мир на миллионы лет

Неисчерпаемая энергия у нас прямо под ногами, только непонятно, как ее достать

ТехИнсайдер
Синдром беспокойных ног: что делать, если все время хочется двигать ногами Синдром беспокойных ног: что делать, если все время хочется двигать ногами

Что такое синдром беспокойных ног и почему ярче всего он проявляется вечером

ТехИнсайдер
Число жизненного пути: как рассчитать свою совместимость с мужчиной Число жизненного пути: как рассчитать свою совместимость с мужчиной

Что такое совместимость по числам жизненного пути?

VOICE
Татьяна Кочнова Татьяна Кочнова

Дизайнер Татьяна Кочнова совершила переворот в свадебной моде

Собака.ru
К сезону мини к сезону готова К сезону мини к сезону готова

Как сделать ноги стройными с помощью питания, упражнений и полезных привычек

Лиза
Бари Алибасов: «Моя жизнь — сплошная провокация» Бари Алибасов: «Моя жизнь — сплошная провокация»

Выступая перед публикой, я играю роль, а с моей сутью знакомы лишь близкие люди

Караван историй
Как сериал «В ритме жизни» рассказывает о вечной борьбе женщины со своим телом Как сериал «В ритме жизни» рассказывает о вечной борьбе женщины со своим телом

Сериал «В ритме жизни» — о самых драматичных отношениях в жизни каждой женщины

Forbes
Почему мужчины и женщины не могут быть просто друзьями? Почему мужчины и женщины не могут быть просто друзьями?

Возможны ли близкие, но платонические отношения между мужчиной и женщиной?

Psychologies
Физики смоделировали лавину из фруктов на прилавке Физики смоделировали лавину из фруктов на прилавке

Физики исследовали образование лавин в монослое сфер в наклоненном лотке

N+1
«Дом — это не только деревяшки, но еще и память». Как житель Петербурга восстанавливает деревню и пытается спасти древний народ от вымирания «Дом — это не только деревяшки, но еще и память». Как житель Петербурга восстанавливает деревню и пытается спасти древний народ от вымирания

Как путешественники спасают древний народ от вымирания

СНОБ
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
Эффективность дисперсантов для устранения разливов нефти снизилась за четыре дня Эффективность дисперсантов для устранения разливов нефти снизилась за четыре дня

Главной причиной увеличения вязкости нефти оказалось фотоокисление пленки

N+1
Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

РБК
Открыть в приложении