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

Тысячи сомиков-шмелей вскарабкались по водопадам Тысячи сомиков-шмелей вскарабкались по водопадам

Почему южноамериканские сомики-шмели необычно ведут себя у водопадов

N+1
Как первая леди Бетти Форд боролась с сексизмом, стигматизацией рака и алкоголизмом Как первая леди Бетти Форд боролась с сексизмом, стигматизацией рака и алкоголизмом

Рассказываем о судьбе женщины, которая поменяла правила игры в Белом доме

Forbes
Микропластик привел к загрязнению воды метилртутью Микропластик привел к загрязнению воды метилртутью

Микропластик в воде перевел метилртуть в токсичную форму

N+1
Вопрос психологу: как пережить расставание? Вопрос психологу: как пережить расставание?

Как пережить расставание с наименьшими потерями? Как отпустить человека?

Правила жизни
«Тест на старика»: а вы сможете его пройти? «Тест на старика»: а вы сможете его пройти?

Если у вас есть пять минут, предлагаем испытать свои силы в тесте на старика

Maxim
Наталья Андреева. Кровные друзья Наталья Андреева. Кровные друзья

Наталья Андреева — о своем друге Валерии Гаркалине

Коллекция. Караван историй
Оранжевая луна Сатурна Оранжевая луна Сатурна

Мир, где оранжевый туман размывает очертания смуглых гор цвета горького шоколада

Наука и жизнь
Навыки выживания: что делать, если вы заблудились в лесу Навыки выживания: что делать, если вы заблудились в лесу

Советы эксперта, которые могут спасти вам жизнь

Вокруг света
Польза клубники: 5 главных фактов и советы врачей Польза клубники: 5 главных фактов и советы врачей

Клубника — вкусная и полезная ягода, из которой можно сделать домашнюю косметику

РБК
5 советов, которые помогут выспаться, даже если вы мало спите 5 советов, которые помогут выспаться, даже если вы мало спите

Качество сна не менее важно, чем его количество

ТехИнсайдер
Искусство после Сребреницы Искусство после Сребреницы

Как сербские художники переживали войну

Weekend
Как сделать яркий макияж: тренды, идеи и советы эксперта Как сделать яркий макияж: тренды, идеи и советы эксперта

Яркий макияж популярен, но важно уметь расставлять акценты

РБК
Денис Чернов Денис Чернов

Ведущий (и первый!) режиссер культовых «Смешариков» показал премьеру года

Собака.ru
На природе и в огороде На природе и в огороде

Как научиться замечать и использовать на кухне то, что растет под ногами

Новый очаг
Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов Друг Врубеля и кумир Дягилева: как собирал свою коллекцию меценат Михаил Морозов

Отрывок из монографии «Коллекции Ивана и Михаила Морозовых»

Forbes
Сибирский КОТ, или Прототип термоядерного реактора нового поколения Сибирский КОТ, или Прототип термоядерного реактора нового поколения

Как на промышленных предприятиях воспитывают сибирского КОТа

Наука
«Дети его просто обожали»: история советского маньяка Анатолия Сливко «Дети его просто обожали»: история советского маньяка Анатолия Сливко

20 лет все были уверены, что перед ними — образцовый советский гражданин

VOICE
Что не смогла предсказать Ванга: история любви ясновидящей Что не смогла предсказать Ванга: история любви ясновидящей

В жизни Ванги было трое мужчин, но отношения с ними не сделали ее счастливой

VOICE
Природа цифровой зависимости: почему мы не расстаемся с «онлайном» и как с этим быть Природа цифровой зависимости: почему мы не расстаемся с «онлайном» и как с этим быть

Почему техника стала источником новой зависимости и как этим управлять

ТехИнсайдер
«Меня изнасиловали!»: принц Эндрю столкнулся с новыми обвинениями жертвы друга-педофила «Меня изнасиловали!»: принц Эндрю столкнулся с новыми обвинениями жертвы друга-педофила

Сын британской королевы еще больше погряз в громком сексуальном скандале

VOICE
Одна вокруг света: горный картофель и сезон дождей Одна вокруг света: горный картофель и сезон дождей

174-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: северные Анды

Forbes
Виктор Франкл: в чем смысл нашей жизни и зачем в ней страдания Виктор Франкл: в чем смысл нашей жизни и зачем в ней страдания

В чем же смысл жизни?

Вокруг света
Как справиться с гневом: 6 способов людей с высоким эмоциональным интеллектом Как справиться с гневом: 6 способов людей с высоким эмоциональным интеллектом

Как высокий эмоциональный интеллект спасает нас в конфликтных ситуациях?

Psychologies
Каждому ребенку по отдельной жилплощади: строим шалаш своими руками Каждому ребенку по отдельной жилплощади: строим шалаш своими руками

Сегодня мы соорудим шалаш за час, чтобы детвора заселилась в этот же день

ТехИнсайдер
Колеса для отпуска: где выгодно арендовать автомобиль на неделю-две Колеса для отпуска: где выгодно арендовать автомобиль на неделю-две

Задумавшись об автомобиле на отпуск, сперва мы вспомнили про сервис подписки

Maxim
Как поменять работу после 40 лет Как поменять работу после 40 лет

Как преодолеть страх и безболезненно сменить род деятельности в зрелом возрасте

Maxim
Железная река Сибири: как Транссибирская магистраль изменила Россию Железная река Сибири: как Транссибирская магистраль изменила Россию

Постройка Транссибирской магистрали была подвигом

Вокруг света
Как ведьмы стали женщинами Как ведьмы стали женщинами

Как в ведьмах видели угрозу государству, церкви и капитализму

Weekend
Робот-младенец и лысая Одри Хепберн: 5 человекообразных роботов Робот-младенец и лысая Одри Хепберн: 5 человекообразных роботов

Современные роботы могут быть очень похожими на людей

РБК
Как я сходил на тест-драйв беспилотного автомобиля СберАвтоТеха Как я сходил на тест-драйв беспилотного автомобиля СберАвтоТеха

Каким получился беспилотный автомобиль от Сбера?

N+1
Открыть в приложении