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

Фотокатализ помог получить нитрилы электрохимически Фотокатализ помог получить нитрилы электрохимически

Разработан метод введения цианогруппы в бензильное положение молекул

N+1
Александра Ребенок: «Хотелось бросить самой себе вызов, сделать то, чего никогда не делала» Александра Ребенок: «Хотелось бросить самой себе вызов, сделать то, чего никогда не делала»

Долгое время моя нестандартность казалась мне главным недостатком

Караван историй
Свет мой зеркальце скажи: что видят животные, когда смотрят на свое отражение в зеркале? Свет мой зеркальце скажи: что видят животные, когда смотрят на свое отражение в зеркале?

Что видят животные в зеркале?

TechInsider
«Делай что хочешь»: каким должен быть мир, чтобы в нем могли жить слепоглухие люди «Делай что хочешь»: каким должен быть мир, чтобы в нем могли жить слепоглухие люди

С какими препятствиями в жизни сталкиваются люди с двойным сенсорным нарушением

Forbes
Как заводить друзей, когда ты уже взрослый Как заводить друзей, когда ты уже взрослый

После 30 лет новые друзья — это либо роскошь, либо вовсе не друзья

Maxim
Корпорации вынуждены меняться: как обстоят дела с гендерными квотами в Европе и США Корпорации вынуждены меняться: как обстоят дела с гендерными квотами в Европе и США

Как работает квотирование в странах, которые его уже ввели?

Forbes
Великий недогерой Великий недогерой

Ксения Рождественская о французском актере Жане-Луи Трентиньяне

Weekend
«Зеленый роутер»: ученые из Москвы и Тель-Авива раздали Wi-Fi через кактус «Зеленый роутер»: ученые из Москвы и Тель-Авива раздали Wi-Fi через кактус

Новые «зеленые» возможности в области беспроводной связи

Вокруг света
Археологи разобрались в хронологии испанского памятника с палеолитическим искусством Археологи разобрались в хронологии испанского памятника с палеолитическим искусством

Ученые получили 62 радиоизотопные датировки материалов из пещеры Ардалес

N+1
Как изменится мир, которым будут управлять разумные машины? Как изменится мир, которым будут управлять разумные машины?

Каким будет новое человеческое будущее?

Вокруг света
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

TechInsider
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
Как понять, что человеку нужна психологическая помощь: признаки депрессии и других ментальных расстройств Как понять, что человеку нужна психологическая помощь: признаки депрессии и других ментальных расстройств

Когда нужно обращаться к специалисту, а не пускать ситуацию на самотек

TechInsider
Сигнал SOS или норма: всё о выделениях при беременности Сигнал SOS или норма: всё о выделениях при беременности

Какими могут быть выделения во время беременности

VOICE
Технологический стартап из будущего Технологический стартап из будущего

Как в Москве делают «всепогодные» солнечные батареи

СНОБ
3 проверенных способа начать делать то, что не хочется 3 проверенных способа начать делать то, что не хочется

Вам очень не хочется приступать к важному делу?

Psychologies
Ученые секвенировали геном жителя древнеримских Помпей. Он оказался неместным Ученые секвенировали геном жителя древнеримских Помпей. Он оказался неместным

Метод дробовика помог изучить останки жителя древнеримских Помпей

Вокруг света
Эко-логично Эко-логично

Как сделать дом безопасным для природы и удобным для вас

Новый Очаг
В мире животных В мире животных

Наблюдение за братьями нашими меньшими расширяет кругозор ребенка

Лиза
Кто такие зомби Кто такие зомби

Эволюция от послушных рабов к агрессивной нежити

Вокруг света
Вопрос дня: всем ли нужно быть лидером? Вопрос дня: всем ли нужно быть лидером?

«Сноб» спросил участников клуба: всем ли нужно быть лидером?

СНОБ
Место для созерцания: как создать японский сад на своем дачном участке Место для созерцания: как создать японский сад на своем дачном участке

Сажать сакуру для японского сада вовсе не обязательно

Вокруг света
У динозавров не было вшей: кем на самом деле оказались «паразиты» Мелового периода У динозавров не было вшей: кем на самом деле оказались «паразиты» Мелового периода

Палеонтологи разобрались в крошечных насекомых, живших 100 миллионов лет назад

Вокруг света
«По примеру богов»: как Генрих Семирадский делал росписи для храма Христа Спасителя «По примеру богов»: как Генрих Семирадский делал росписи для храма Христа Спасителя

Как создавались части монументальной композиции «Тайная Вечеря»

Forbes
Дорога в облака Дорога в облака

Как новые технологии сохраняют работоспособность и безопасность данных

Цифровой океан
Грузовые корабли, ракеты и танки: 10 неожиданных вещей, созданных автомобильными брендами Грузовые корабли, ракеты и танки: 10 неожиданных вещей, созданных автомобильными брендами

Десять примеров неожиданной продукции от мастеров автопрома

TechInsider
Негативные мысли: найти и обезвредить Негативные мысли: найти и обезвредить

Как найти причины проблем в прошлом и научиться заменять токсичные мысли

Psychologies
Древние люди проломили черепа гигантским броненосцам Древние люди проломили черепа гигантским броненосцам

Древние люди нападали на гигантских броненосцев

N+1
Топ‑10 худших нарядов вечера Топ‑10 худших нарядов вечера

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

ЖАРА Magazine
Сюзанна: «Я решила, что популярность останется со мной навсегда. Но ошибалась» Сюзанна: «Я решила, что популярность останется со мной навсегда. Но ошибалась»

Очень честно и по-философски — так мы охарактеризовали это интервью с Сюзанной

ЖАРА Magazine
Открыть в приложении