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

Камбоджийские рыбаки поймали шесть вымирающих гигантских сомов меньше чем за неделю Камбоджийские рыбаки поймали шесть вымирающих гигантских сомов меньше чем за неделю

Рыбаки из Камбоджи менее чем за неделю поймали шесть гигантских шильбовых сомов

N+1
Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов Археолог-любитель нашел второй фрагмент редкого меча эпохи викингов

Археолог-любитель обнаружил фрагмент меча эпохи викингов

N+1
Астероид с вероятностью 1,2% может столкнуться с Землей в 2032 году Астероид с вероятностью 1,2% может столкнуться с Землей в 2032 году

Ученые NASA заметили астероид, который может врезаться в Землю в 2032 году

ТехИнсайдер
Внутренний критик: как он рождается в нас и как направить его в конструктивное русло Внутренний критик: как он рождается в нас и как направить его в конструктивное русло

Вряд ли есть человек, который не сталкивался со своим внутренним критиком

Psychologies
Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему

8 фильмов южнокорейского режиссера, от легких комедий до мощных триллеров

Maxim
Грунт астероида Рюгу оказался схож по составу с углистыми хондритами Грунт астероида Рюгу оказался схож по составу с углистыми хондритами

Результаты анализа образцов грунта астероида Рюгу

N+1
Чтение выходного дня: фрагмент детской и крайне познавательной книги о мигрантах Чтение выходного дня: фрагмент детской и крайне познавательной книги о мигрантах

Книга для детей рассказывает истории мигрантов в художественной форме

Правила жизни
Потрясающие времена Потрясающие времена

Startup Village – это мероприятие для общения предпринимателей с инвесторами

ТехИнсайдер
Меньше мяса? Это просто Меньше мяса? Это просто

Как безопасно для здоровья исключить мясо из рациона

Новый очаг
Лошади из мавзолея Цинь Шихаунди оказались высокими взрослыми самцами Лошади из мавзолея Цинь Шихаунди оказались высокими взрослыми самцами

Для погребального ритуала первого императора Цинь отбирались высокие жеребцы

N+1
Почему нас пугает человекоподобный робот: что такое эффект «зловещей долины»? Почему нас пугает человекоподобный робот: что такое эффект «зловещей долины»?

Вы когда-нибудь чувствовали странную тревогу, глядя на человекоподобных роботов?

Psychologies
Максим Винарский Максим Винарский

Биолог Максим Винарский выпустил книгу о последнем общем предке всех организмов

Собака.ru
5 биографий музыкантов, которые стоит прочесть 5 биографий музыкантов, которые стоит прочесть

Самая полная биография Цоя и еще четыре интересные книги о великих музыкантах

СНОБ
Самые преданные породы кошек: они будут обожать вас Самые преданные породы кошек: они будут обожать вас

Генетика может накладывать отпечаток на поведение питомца

ТехИнсайдер
На курьих ножках и у чёрта в решете: как строили деревянные дома на Руси На курьих ножках и у чёрта в решете: как строили деревянные дома на Руси

Одним из самых уважаемых занятий в прошлом считалось плотницкое дело

Вокруг света
Три корзины с недоношенными младенцами. Как начиналась неонатальная терапия Три корзины с недоношенными младенцами. Как начиналась неонатальная терапия

История инкубаторов для младенцев

ТехИнсайдер
6 великих задач, которые до сих пор не решены в гражданской авиации 6 великих задач, которые до сих пор не решены в гражданской авиации

С обычным пассажирским самолетом человек все еще разобраться до конца не может

Maxim
Охотница на королей: как Диана де Пуатье завладела сердцем французского монарха Охотница на королей: как Диана де Пуатье завладела сердцем французского монарха

Диана де Пуатье почти тринадцать лет была некоронованной королевой Франции

Вокруг света
«Поговорите открыто о своих чувствах на работе» «Поговорите открыто о своих чувствах на работе»

Александр Барсуков — о десяти способах защитить сотрудников от выгорания

РБК
Есть ли у людей чувство магнетизма и можно ли его развить? Есть ли у людей чувство магнетизма и можно ли его развить?

Можем ли мы чувствовать север и юг, как перелетные птицы?

ТехИнсайдер
Как совершенствовался легендарный спорткар: история версий Porsche 911 Как совершенствовался легендарный спорткар: история версий Porsche 911

Почему Porsche 911 является эксклюзивным спорткаром?

ТехИнсайдер
Слайд-шоу Слайд-шоу

Объединенный исследовательский центр, машина для доставки и спортивный катер

ТехИнсайдер
Как сломать сценарий отношений, который заставляет нас страдать? Как сломать сценарий отношений, который заставляет нас страдать?

Как побороть зависимость от определенного типа отношений

Psychologies
Повторить пройденное: как киноиндустрия 1990-х влияет на вкусы россиян сегодня Повторить пройденное: как киноиндустрия 1990-х влияет на вкусы россиян сегодня

По каким законам жил российский кинорынок в 1990-х

Forbes
Неудобные вопросы гинекологу Неудобные вопросы гинекологу

Самые распространенные проблемы, которые волнуют женщин

Лиза
Как быстро и без следа убрать прыщ Как быстро и без следа убрать прыщ

Что делать, если нужно быстро убрать некстати вскочивший на лице прыщик?

VOICE
Орхан Памук в пяти с половиной книгах Орхан Памук в пяти с половиной книгах

Шесть показательных произведений Орхана Памука

Правила жизни
8 травяных чаев, которые тебя взбодрят 8 травяных чаев, которые тебя взбодрят

Начинать утро с кофе – классика жанра. Но не всем его можно пить

Лиза
Нездешняя рыба Нездешняя рыба

Рыбаки все чаще вытаскивают из российских водоемов диковинных, невиданных рыб

Вокруг света
Как устроен Первый Университетский лицей им. Лобачевского Как устроен Первый Университетский лицей им. Лобачевского

Как появилась идея образовательного центра для талантливых детей из регионов

РБК
Открыть в приложении