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

Косатки снова начали носить на голове мертвых лососей Косатки снова начали носить на голове мертвых лососей

Зоологам так и не удалось выяснить, зачем косатки носят лососей на голове

N+1
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
Komatsu показала лунный экскаватор и подводный бульдозер Komatsu показала лунный экскаватор и подводный бульдозер

Подводный электрический робобульдозер и макет лунного беспилотного экскаватора

N+1
Археологи нашли под Анапой редкий перстень с кельтским воином со щитом Археологи нашли под Анапой редкий перстень с кельтским воином со щитом

Археологи представили результаты исследования двух редких металлических перстней

N+1
Как набрать мышечную массу согласно науке: секреты рельефного тела Как набрать мышечную массу согласно науке: секреты рельефного тела

Набор мышечной массы – это не просто про штангу и куриную грудку

ТехИнсайдер
Как приготовить на гриле разное мясо: курица, говядина, лосось Как приготовить на гриле разное мясо: курица, говядина, лосось

Правила приготовления мяса на гриле

ТехИнсайдер
Щедрость юга Щедрость юга

В Крыму и в Краснодарском крае в июне уже можно купаться и есть клубнику

Лиза
Anna Asti: «Нет человека без страхов. Я переживала, что обо мне забудут» Anna Asti: «Нет человека без страхов. Я переживала, что обо мне забудут»

Сольная карьера Anna Asti началась громко и многообещающе

ЖАРА Magazine
Создана первая квантовая плата: невероятный прорыв в области квантовых вычислений Создана первая квантовая плата: невероятный прорыв в области квантовых вычислений

Австралийские ученые создали первую в мире схему квантового компьютера

ТехИнсайдер
Болонская система прощается, но не уходит Болонская система прощается, но не уходит

Изменения в высшем образовании неизбежны

Эксперт
Тест-драйв БАЗ-6402: вся мощь тягача ЗРК С-400 «Триумф» Тест-драйв БАЗ-6402: вся мощь тягача ЗРК С-400 «Триумф»

Зенитно-ракетный комплекс С-400 «Триумф»: вся мощь

ТехИнсайдер
Современное китайское вооружение: качественные копии и впечатляющие оригиналы Современное китайское вооружение: качественные копии и впечатляющие оригиналы

Как обстоят дела с китайской военной техникой?

ТехИнсайдер
Как шариковая ручка покорила мир: история изобретения Как шариковая ручка покорила мир: история изобретения

Утром 29 октября 1945 года у дверей универмага Gimbels выстроилась очередь

ТехИнсайдер
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
На отдых На отдых

Море, горы и свежая рыба: топ-7 направлений для путешествия на несколько дней

Караван историй
Как распознать социопата: 6 признаков Как распознать социопата: 6 признаков

Они выглядят абсолютно так же, как и мы, ведут себя точно так же, как остальные

Psychologies
Четыре метрики: Алена Владимирская о том, как понять, что ваша карьера в зоне риска Четыре метрики: Алена Владимирская о том, как понять, что ваша карьера в зоне риска

Как провести карьерный аудит?

Forbes
Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук Видеть ушами: как работает акустика нового поколения, которая оживляет звук

Как развиваются акустические системы?

ТехИнсайдер
Как понять, что мужчина влюблен: 10 признаков Как понять, что мужчина влюблен: 10 признаков

Если мужчине нравится женщина, чем он себя выдает?

Psychologies
«Человеку нужен человек»: как режиссер Купер Рэфф переворачивает каноны жанра драмеди «Человеку нужен человек»: как режиссер Купер Рэфф переворачивает каноны жанра драмеди

Драма «В ритме ча-ча-ча» — второй полнометражный фильм Купера Рэффа

Forbes
Из плохишей в зефирки: звезды, которых слава из оторв сделала милашками Из плохишей в зефирки: звезды, которых слава из оторв сделала милашками

Популярность должна была разбаловать этих звезд, но они стали белыми и пушистыми

VOICE
400 лет спустя: управляемое ИИ судно повторило маршрут корабля пилигримов Mayflower 400 лет спустя: управляемое ИИ судно повторило маршрут корабля пилигримов Mayflower

Корабль Mayflower без экипажа на борту совершил свое историческое плавание

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
Водная Сахара: как человек превращает пустыни в оазисы Водная Сахара: как человек превращает пустыни в оазисы

Воды много, но всегда ее где-то мало. Бороться с этим пытались еще в древности

ТехИнсайдер
Революция дилетантов: как дерматолог и юрист устроили Кубинскую революцию Революция дилетантов: как дерматолог и юрист устроили Кубинскую революцию

Как маленькая компания интеллигентов изменила жизнь целой страны

Вокруг света
Сохранить до весны Сохранить до весны

Как производители овощей решают проблемы с поставками оборудования для хранилищ

Агроинвестор
Утро — доброе: 11 правил для хорошего начала дня Утро — доброе: 11 правил для хорошего начала дня

Лишь немногие способны спокойно собраться с утра и при этом все успеть

Psychologies
«Поделилась своими страхами»: Меган Маркл ошеломила девочек в Нидерландах «Поделилась своими страхами»: Меган Маркл ошеломила девочек в Нидерландах

Герцогиня Сассекская совершила тайный визит в подростковый центр

VOICE
Небоскреб для избранных Небоскреб для избранных

Уже с момента застройки этот дом считался самым престижным в столице

Караван историй
Как зарабатывает и на что тратит деньги Лионель Месси? Вы даже не представляете такие суммы Как зарабатывает и на что тратит деньги Лионель Месси? Вы даже не представляете такие суммы

В день рождения футболиста Лионеля Месси изучаем его личное досье

Maxim
Открыть в приложении