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

«Яды: между жизнью и смертью» «Яды: между жизнью и смертью»

Как появился первый пероральный антикоагулянт

N+1
Экспресс-тест: тиран ли ты? Экспресс-тест: тиран ли ты?

Сколько характерных признаков тирана ты обнаружишь у себя?

Maxim
Доказано: физическая активность на свежем воздухе полезнее, чем в помещении Доказано: физическая активность на свежем воздухе полезнее, чем в помещении

Как свежий воздух усиливает эффект от физической активности

ТехИнсайдер
Вулкан Синабунг в Индонезии: жуткие извержения, которые унесли десятки жизней Вулкан Синабунг в Индонезии: жуткие извержения, которые унесли десятки жизней

Небольшой вулкан Синабунг в Индонезии оказался необычайно опасным

ТехИнсайдер
Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом

О самых популярных брендах иностранной «беленькой»

Maxim
На что похожа наркомания у животных: зверский кайф На что похожа наркомания у животных: зверский кайф

Даже животные ищут и находят в природе разрушительные удовольствия

ТехИнсайдер
Трюковые самокаты: как выбрать подходящую модель Трюковые самокаты: как выбрать подходящую модель

Трюковой самокат — это особый вид, сделанный специально для выполнения трюков

ТехИнсайдер
Страшно интересно: как фильмы ужасов помогают нам справиться с трудностями Страшно интересно: как фильмы ужасов помогают нам справиться с трудностями

Что на самом деле стоит за желанием пощекотать себе нервы?

Psychologies
8 ошибок при выборе ноутбука, которые мы делаем особенно часто 8 ошибок при выборе ноутбука, которые мы делаем особенно часто

Почему не стоит гнаться за дискретными видеокартами и алюминиевыми корпусами?

CHIP
Фитнес есть, а результата нет Фитнес есть, а результата нет

Тренировки «не работают». Почему?

Лиза
О чем не сняли кино: настоящие приключения графа Калиостро в России О чем не сняли кино: настоящие приключения графа Калиостро в России

Дорог в жизни Алессандро Калиостро было великое множество

Вокруг света
Зверь из Хвасона: почему самый опасный маньяк Южной Кореи избежал наказания Зверь из Хвасона: почему самый опасный маньяк Южной Кореи избежал наказания

Иногда преступникам удается уйти от правосудия очень странными путями

VOICE
Вся власть доносам Вся власть доносам

Как донос стал частью российской государственности

Weekend
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
Предсказуемо яркая мегазвезда: Дженнифер Лопес в фильме «Половина» Предсказуемо яркая мегазвезда: Дженнифер Лопес в фильме «Половина»

Фильм о Дженнифер Лопес и пути, который она прошла за почти 30-летнюю карьеру

Forbes
Интервью с руководителем проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом» Интервью с руководителем проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом»

Как продвигается работа над квантовым компьютером?

СНОБ
Павел Чинарев Павел Чинарев

Актер Павел Чинарев — о современном театре, Собянине и фрилансе

Собака.ru
Вишенка против краба Вишенка против краба

История борьбы с нейробластомой

СНОБ
Пора смотреть корейское кино: 11 отличных азиатских фильмов, которые стоит увидеть всем Пора смотреть корейское кино: 11 отличных азиатских фильмов, которые стоит увидеть всем

11 киношедевров Южной Кореи

Правила жизни
Что с нами происходит, когда мы ссоримся? Что с нами происходит, когда мы ссоримся?

Почему некоторые пары постоянно ссорятся?

Psychologies
Плати смартфоном легко! Плати смартфоном легко!

Как работает система быстрых платежей?

VOICE
Как китайские госкомпании создают успешные автомобильные премиум-бренды и трансформируются в IT-сервисы Как китайские госкомпании создают успешные автомобильные премиум-бренды и трансформируются в IT-сервисы

В Поднебесной научились выпускать качественные и технически совершенные авто

Правила жизни
Как устроено образование в Аргентине: от детских садов до университетов Как устроено образование в Аргентине: от детских садов до университетов

В Аргентине детей отправляют в ясли уже в 1,5 месяца

Вокруг света
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
Жара, насекомые и другие опасности Жара, насекомые и другие опасности

Как обеспечить безопасность детей летом

СНОБ
Как нелепо сложилась судьба красавчика-фермера из культового клипа Aerosmith - такого никто не ожидал! Как нелепо сложилась судьба красавчика-фермера из культового клипа Aerosmith - такого никто не ожидал!

Дин Келли легкомысленно распорядился свалившейся на него быстрой известностью...

VOICE
Ягодная история Ягодная история

Топ-7 самых полезных ягод, которые помогут укрепить иммунитет

Лиза
Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых? Альпы зарастают деревьями. Почему это тревожит ученых?

За сорок лет склоны Альпийских гор стали зеленее на 77%, и это только начало

Вокруг света
«Тревога имеет смысл»: как его найти? «Тревога имеет смысл»: как его найти?

Предлагаем вам взгляд на тревогу с позиции экзистенциальных психологов

Psychologies
Путь самурая: почему легендарный инвестор Масаеси Сон верит в рост во время кризиса Путь самурая: почему легендарный инвестор Масаеси Сон верит в рост во время кризиса

Почему инвестор Масаеси Сон так верит в рост своих портфельных компаний?

Forbes
Открыть в приложении