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

«История Сопротивления во Франции: 1940-1944» «История Сопротивления во Франции: 1940-1944»

Как немцы выслеживали участников подполья во время Сопротивления во Франции

N+1
Очень московское собрание: как коллекция братьев Морозовых долго возвращалась домой Очень московское собрание: как коллекция братьев Морозовых долго возвращалась домой

Многолетняя эпопея по объединению собрания братьев Морозовых

Forbes
«Социальные науки как колдовство» «Социальные науки как колдовство»

Можно ли за цифрами спрятать несостоятельность научной мысли

N+1
Готовим автомобиль к жаркой погоде. 8 советов экспертов Готовим автомобиль к жаркой погоде. 8 советов экспертов

Что стоит взять с собой в дорогу в солнечную погоду?

РБК
Любите чай с молоком? Что это о вас говорит Любите чай с молоком? Что это о вас говорит

Способ заваривать и пить чай многое может рассказать о вашем характере

ТехИнсайдер
Каким был Юрий Шатунов. Краткая биография звезды 80-х Каким был Юрий Шатунов. Краткая биография звезды 80-х

Как развивалась карьера Юры Шатунова

СНОБ
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
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
Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям Надвигается жара: 5 вещей, которые нужно знать водителям

Как палящее солнце влияет на водителей и чего стоит опасаться в жару

РБК
Семь марионеток Семь марионеток

Каким было правительство марионеточной «Финляндской Демократической Республики»

Дилетант
Клады железного века указали на проблемы финикийцев из-за падения Ассирии Клады железного века указали на проблемы финикийцев из-за падения Ассирии

Ученые определили происхождение серебра в кладах времен позднего железного века

N+1
Новые модные породы собак, которые скоро появятся на улицах всех городов Новые модные породы собак, которые скоро появятся на улицах всех городов

За последние годы появилось множество интересных друзей человека

Maxim
Мастер современной научной фантастики, которого рекомендовал сам Билл Гейтс: 5 лучших книг Кима Стэнли Робинсона Мастер современной научной фантастики, которого рекомендовал сам Билл Гейтс: 5 лучших книг Кима Стэнли Робинсона

Произведения фантаста Кима Стэнли Робинсона, на которые стоит обратить внимание

ТехИнсайдер
Палеоантропологи обнаружили в Колыбели человечества 15 зубов парантропов Палеоантропологи обнаружили в Колыбели человечества 15 зубов парантропов

Палеоантропологи исследовали зубы, обнаруженные в комплексе пещер Дримолен

N+1
«Спенсер»: кинокартина о принцессе Диане и ее пути к свободе «Спенсер»: кинокартина о принцессе Диане и ее пути к свободе

Кинолента описывает личный кризис и смятение принцессы Дианы

Psychologies
«Я не понимаю, почему они мне не поверили»: Херд дала первое интервью после проигрыша Деппу в суде «Я не понимаю, почему они мне не поверили»: Херд дала первое интервью после проигрыша Деппу в суде

Эмбер Херд нарушила молчание после решения суда

VOICE
«Улыбайтесь и машите руками»: Кейт Миддлтон тренирует детей перед выходом в свет «Улыбайтесь и машите руками»: Кейт Миддлтон тренирует детей перед выходом в свет

Наследники герцогов Кембриджских очаровали поданных

VOICE
Почему вообще не хочется отношений с противоположным полом: 5 причин Почему вообще не хочется отношений с противоположным полом: 5 причин

Если вам не хочется отношений, это нормально

Psychologies
Метафора пубертата: как мультфильм «Я краснею» помогает девочкам принимать свое тело Метафора пубертата: как мультфильм «Я краснею» помогает девочкам принимать свое тело

Мультфильм про красную панду оказался революционным для мира анимации

Forbes
«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
Почему одни люди склонны слышать Почему одни люди склонны слышать

Что делает людей предрасположенными к "паранормальному" опыту слуховых явлений

ТехИнсайдер
Ягодная история Ягодная история

Топ-7 самых полезных ягод, которые помогут укрепить иммунитет

Лиза
Один в поле воин Один в поле воин

Мирный книжный воин — про издательскую студию «Поле» и выпуск книг

Seasons of life
Максим Винарский Максим Винарский

Биолог Максим Винарский выпустил книгу о последнем общем предке всех организмов

Собака.ru
5 растительных продуктов с высоким содержанием белка 5 растительных продуктов с высоким содержанием белка

Какие растительные продукты содержат много белка?

ТехИнсайдер
Ужас, комедия и драма: как сериал «Очень странные дела» стал феноменом поп-культуры Ужас, комедия и драма: как сериал «Очень странные дела» стал феноменом поп-культуры

Почему миллионы людей сходят с ума от сериала про детей?

Forbes
7 признаков хорошего доктора 7 признаков хорошего доктора

Как понять, что врач нам подходит

Psychologies
Аналитики назвали самые дорогие города для проживания экспатов Аналитики назвали самые дорогие города для проживания экспатов

Самыми дорогими городами для проживания стали Гонконг, Нью-Йорк и Женева

Forbes
Что делать в случае укуса клеща Что делать в случае укуса клеща

Как избежать опасной встречи с клещом и что делать, если он все-таки укусил

РБК
Как выглядит самая уродливая собака в мире Как выглядит самая уродливая собака в мире

В Калифорнии выбрали живое воплощение понедельников

Maxim
Открыть в приложении