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

Найденная рыбаками на дне Тайваньского пролива древняя челюсть принадлежала денисовцу Найденная рыбаками на дне Тайваньского пролива древняя челюсть принадлежала денисовцу

Кусок нижней челюсти архаичного человека Penghu-1 принадлежал денисовцу

N+1
В четырех стенах: российские ученые проследили связь между изоляцией и ростом иммунитета В четырех стенах: российские ученые проследили связь между изоляцией и ростом иммунитета

Организмы испытуемых ответили на стресс и снижение физической активности

Вокруг света
Как работает Межвселенский насос – удивительный источник энергии, придуманный Айзеком Азимовым Как работает Межвселенский насос – удивительный источник энергии, придуманный Айзеком Азимовым

Как работает насос между вселенными и как Азимов изобрел его

ТехИнсайдер
Мужской разврат как ошибка эксперимента Мужской разврат как ошибка эксперимента

«Принцип Бейтмана» и другие ошибки великих генетиков

СНОБ
50 лет исследований показали: эти 4 ошибки разрушают брак 50 лет исследований показали: эти 4 ошибки разрушают брак

Четыре стратегии общения, которые могут привести к расставаниям и разводам

Inc.
Осознанное потребление в погоне за новыми моделями устройств: как работают сервисы аренды и лизинга гаджетов Осознанное потребление в погоне за новыми моделями устройств: как работают сервисы аренды и лизинга гаджетов

Насколько выгодно пользоваться сервисами аренды и лизинга гаджетов?

ТехИнсайдер
«Щас спою»: почему перерисовывали волка в мультфильме «Жил-был пес» «Щас спою»: почему перерисовывали волка в мультфильме «Жил-был пес»

Волк из знаменитого мультфильма «Жил-был пес» должен был выглядеть иначе

VOICE
Кубик в кубе Кубик в кубе

Даже если вы не видели Ольгу Кравцову и Руслана Габидуллина, вы любите их голоса

Собака.ru
Анна Старшенбаум: «Я люблю жизнь. Мне очень многое в ней нравится» Анна Старшенбаум: «Я люблю жизнь. Мне очень многое в ней нравится»

Анну Старшенбаум называют «ангелом с детским взглядом»

Здоровье
Дело Бейлиса и миф об иудейском заговоре в России начала XX века. Отрывок из книги Дело Бейлиса и миф об иудейском заговоре в России начала XX века. Отрывок из книги

Отрывок из истории, которая стала символом пугающей силы лжи

СНОБ
Как забыть прошлое и жить настоящим: советы психолога Как забыть прошлое и жить настоящим: советы психолога

Как отпустить прошлое и начать жить настоящим?

Psychologies
Как произошло самое крупное ограбление банка в истории Российской империи Как произошло самое крупное ограбление банка в истории Российской империи

О самом крупном ограблении банка в Российской империи

СНОБ
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
Виртуальный позитроний сыграл важную роль в позитрон-молекулярной связи Виртуальный позитроний сыграл важную роль в позитрон-молекулярной связи

Теория, описывающая связанную систему, состоящую из позитрона и молекулы

N+1
Сын стал дочерью, в любви полный штиль: трагедия и одиночество богатейшего человека Земли Илона Маска Сын стал дочерью, в любви полный штиль: трагедия и одиночество богатейшего человека Земли Илона Маска

За званием самого богатого человека в мире скрывается много проблем

VOICE
Деликатес из льна, турецкие мотивы и пир горой за 700 рублей: чем кормят туристов в Дагестане Деликатес из льна, турецкие мотивы и пир горой за 700 рублей: чем кормят туристов в Дагестане

Южная республика готова удивить даже искушенных гастротуристов

Вокруг света
8 вещей, о которых вы пожалеете после 30 лет 8 вещей, о которых вы пожалеете после 30 лет

Как не потратить свою жизнь на сожаления

Psychologies
Летний режим Летний режим

Техника летней безопасности

Лиза
Как Максим Как Максим

После событий в Беслане фотография "Русского танка" обошла весь мир

ТехИнсайдер
Городские корни Городские корни

По соседству с москвичами и гостями столицы проживают миллионы растений

ТехИнсайдер
Как математика может спасти вашу жизнь: уравнение парашюта Как математика может спасти вашу жизнь: уравнение парашюта

Вы в падающем самолете. Без паники! Из сари вашей соседки можно сделать парашют

Вокруг света
Физики превратили пару кристаллов времени в искусственный кубит Физики превратили пару кристаллов времени в искусственный кубит

Кристаллы времени превратили в искусственный кубит с эффектом обратной связи

N+1
Считавшегося вымершим рака из американской пещеры переоткрыли спустя 30 лет Считавшегося вымершим рака из американской пещеры переоткрыли спустя 30 лет

Американские зоологи переоткрыли рака Orconectes sheltae

N+1
«Разговоры о прошлом сами по себе не могут нас исцелить»: главный миф о психотерапии «Разговоры о прошлом сами по себе не могут нас исцелить»: главный миф о психотерапии

Как работает психотерапия?

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
Найти фриланс в IT за три месяца Найти фриланс в IT за три месяца

Как зарабатывать больше денег в кризис

СНОБ
5 самых необычных криптовалют, о которых ты (пока) не слышал 5 самых необычных криптовалют, о которых ты (пока) не слышал

Не одним биткоином живы!

Maxim
Изотопы азота указали на высокое положение мегалодона в цепи питания Изотопы азота указали на высокое положение мегалодона в цепи питания

Трофический уровень мегалодона был выше, чем у любых других акул

N+1
Живущие в неволе черепахи отказались стареть Живущие в неволе черепахи отказались стареть

Скорость старения многих видов черепах при содержании в неволе равна нулю

N+1
Как гены влияют на наш вкус? Как гены влияют на наш вкус?

Как гены и микробы в кишечнике влияют на наши вкусовые предпочтения?

Новый очаг
Открыть в приложении