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

Ингибиторы янус-киназы не повысиил риск рака при лечении ревматоидного артрита Ингибиторы янус-киназы не повысиил риск рака при лечении ревматоидного артрита

Ученые выяснили, что терапия артрита ингибиторами янус-киназы не провоцирует рак

N+1
Оба нано: история двух создателей батарей для электрокаров — с началом в одно время и очень разными концами Оба нано: история двух создателей батарей для электрокаров — с началом в одно время и очень разными концами

Два проекта запустились в один год, в одной и той же сфере — кто будет успешнее

VC.RU
Астероидные кольца, сила гравитации и сжатие звездного облака: откуда взялась Луна Астероидные кольца, сила гравитации и сжатие звездного облака: откуда взялась Луна

Почему ни одна из гипотез не может объяснить, как на самом деле «родилась» Луна

Maxim
Геометрия движения: что такое развал-схождение и зачем за этим следить Геометрия движения: что такое развал-схождение и зачем за этим следить

Автомобиль — средство передвижения, в котором важен каждый параметр

Вокруг света
5 ключей к разумному оптимизму 5 ключей к разумному оптимизму

Как видеть в жизни хорошее, не вступая в противоречие со здравым смыслом

Psychologies
Для чего древние цивилизации использовали календари? 5 невероятных фактов о времени Для чего древние цивилизации использовали календари? 5 невероятных фактов о времени

Факты, связанные со временем, которые вы точно не знали

ТехИнсайдер
Почему одни люди склонны слышать Почему одни люди склонны слышать

Что делает людей предрасположенными к "паранормальному" опыту слуховых явлений

ТехИнсайдер
Война дала и отобрала все: каким был «несравненный партизан» Нестор Махно Война дала и отобрала все: каким был «несравненный партизан» Нестор Махно

Смыслом жизни Нестора Махно была война

Вокруг света
Шутки Кубрика и исповедь рэп-легенды: 5 самых интересных фильмов Beat Film Festival Шутки Кубрика и исповедь рэп-легенды: 5 самых интересных фильмов Beat Film Festival

Интервью Джейн Биркин, гонки на лодках Венеции и звезды подростковой драмы 90-х

Forbes
Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло Маленькая, но горная птичка: зачем ученые переселили колибри и что из этого вышло

Крылатые аборигены Нового Света не вынесут перемен

Вокруг света
Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

РБК
Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов

Археолог-любитель обнаружил фрагмент меча эпохи викингов

N+1
Дети научат искусственный интеллект учиться Дети научат искусственный интеллект учиться

Дети часто обучаются на единственном примере. ИИ пока такое обучение недоступно

ТехИнсайдер
Топ‑10 худших нарядов вечера Топ‑10 худших нарядов вечера

Темой нынешнего бала института костюма Met Gala стал «Позолоченный гламур»

ЖАРА Magazine
Ваша честь! С помощью этого фэшн-трюка адвокат Деппа влюбила в себя весь мир Ваша честь! С помощью этого фэшн-трюка адвокат Деппа влюбила в себя весь мир

Разбирательство между Деппом и Херд запомнится нам надолго

VOICE
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
Уходим на каникулы: 5 признаков, что вам пора в отпуск Уходим на каникулы: 5 признаков, что вам пора в отпуск

Как понять, что действительно пора в отпуск?

Psychologies
Защитные реакции психики: почему в момент ссоры мы плачем или молчим Защитные реакции психики: почему в момент ссоры мы плачем или молчим

Происхождение защитных механизмов, как они включаются и работают внутри нас

VOICE
«Заботиться о себе надо комплексно»: специалисты — о лечении кожи и волос «Заботиться о себе надо комплексно»: специалисты — о лечении кожи и волос

Специалисты красоты все чаще работают в команде с людьми смежных специальностей

РБК
«Чудо дыхания. Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье». Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье «Чудо дыхания. Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье». Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье

Большинство из нас никогда не задумывались о том, как мы дышим

N+1
«Булочка», «плюшечка» и прочие сладости: как влияют на детей их семейные прозвища «Булочка», «плюшечка» и прочие сладости: как влияют на детей их семейные прозвища

Что скрывается за милыми эпитетами и как это может повлиять на жизнь ребенка?

Psychologies
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
Солнечная вспышка ускорила почти все электроны в объеме высвобождения магнитной энергии Солнечная вспышка ускорила почти все электроны в объеме высвобождения магнитной энергии

Проанализировали наблюдения солнечной вспышки, которая произошла в 2017 году

N+1
«Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан «Божественная босоножка»: жизнь и трагедия Айседоры Дункан

Ее жизнь — как будто сценарий бразильского сериала

Вокруг света
Молот для суперконтинента Молот для суперконтинента

Почему суперконтитент Пангея каждый раз раскалывался?

Наука
«Fashionopolis: Цена быстрой моды и будущее одежды». Какой урон наносит планете бездумное потребление «Fashionopolis: Цена быстрой моды и будущее одежды». Какой урон наносит планете бездумное потребление

Фрагмент книги «Fashionopolis: Цена быстрой моды и будущее одежды»

N+1
Миссия — впечатлить: 5 самых важных правил поведения на первом свидании Миссия — впечатлить: 5 самых важных правил поведения на первом свидании

Первое свидание — дело ответственное. Ведь от него зависит, будет ли второе

VOICE
Китайская домохозяйка 10 лет писала в Википедии фейковые статьи о России: что это было? Китайская домохозяйка 10 лет писала в Википедии фейковые статьи о России: что это было?

Миллионы китайцев верили в существование серебряного рудника Кашин в России

Psychologies
«Я могла бы быть плюс 32 кг»: Ляйсан Утяшева раскрыла секрет борьбы с лишним весом «Я могла бы быть плюс 32 кг»: Ляйсан Утяшева раскрыла секрет борьбы с лишним весом

Ляйсан Утяшева призналась, что склонна к полноте

VOICE
Как перерабатывают нефть в XXI веке Как перерабатывают нефть в XXI веке

Представить себе сегодняшний мир без нефти невозможно

ТехИнсайдер
Открыть в приложении