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

В гроте Мандрен обнаружили 48 обломков костей архаичных людей В гроте Мандрен обнаружили 48 обломков костей архаичных людей

Ученые проанализировали больше тысячи фрагментов костей из грота Мандрен

N+1
Что делать для сохранения ментального здоровья: советы и лайфхаки от психолога Что делать для сохранения ментального здоровья: советы и лайфхаки от психолога

Чувствуешь, что уже "не вывозишь"? Что же делать?

VOICE
Исследование показало, что подростки, которые рано ложатся спать, обладают более острым мозгом Исследование показало, что подростки, которые рано ложатся спать, обладают более острым мозгом

Подростки, которые ложатся спать раньше, как правило, обладают более острым умом

Inc.
Жук-плавунец: универсальный хищник и сексуальный маньяк Жук-плавунец: универсальный хищник и сексуальный маньяк

Он умеет летать по воздуху и передвигаться по суше, но все же его стихия — вода

Вокруг света
Древние и красивые: 5 важных археологических памятников Древние и красивые: 5 важных археологических памятников

Самые впечатляющие и ценнейшие археологические памятники

ТехИнсайдер
Что смотреть на Beat Film Festival Что смотреть на Beat Film Festival

Beat Film Festival — своеобразный путеводитель по мировому культурному ландшафту

Weekend
Как правильно спать в жару: 7 советов, чтобы не перегреться Как правильно спать в жару: 7 советов, чтобы не перегреться

Эти простые советы помогут вам комфортно спать даже в жару

ТехИнсайдер
Цифровое обогащение Цифровое обогащение

Горное дело – ровесник цивилизации. На помощь традициям приходят компьютеры и ИИ

ТехИнсайдер
Генрих Остерман: как немецкий дуэлянт стал серым кардиналом Анны Оиоанновны Генрих Остерман: как немецкий дуэлянт стал серым кардиналом Анны Оиоанновны

Из-за какой-то драки, шестнадцатилетний студент стал первым министром России

ТехИнсайдер
Как вернуть форму намокшей соломенной шляпе в домашних условиях - это просто! Как вернуть форму намокшей соломенной шляпе в домашних условиях - это просто!

Лето - время соломенных шляп

VOICE
«Дух дурения»: как жили коренные народы Сибири и шаманы «Дух дурения»: как жили коренные народы Сибири и шаманы

Сибирская история полна страстей и самоотверженности. И знать ее необходимо

Вокруг света
Оригинальная история. В поисках утраченной семьи и гармонии в отношениях Оригинальная история. В поисках утраченной семьи и гармонии в отношениях

Насколько отношения с семьей формируют взрослого человека?

СНОБ
Дело «баронессы де Сталь» Дело «баронессы де Сталь»

Лидия де Шталь — советская шпионка и «бацилла большевизма»

Дилетант
В магическом трехслойном графене нашли два режима сверхпроводимости В магическом трехслойном графене нашли два режима сверхпроводимости

Физики исследовали сверхпроводимость в трехслойном графене

N+1
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
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
К сезону мини к сезону готова К сезону мини к сезону готова

Как сделать ноги стройными с помощью питания, упражнений и полезных привычек

Лиза
Белка и Стрелка отправились на орбиту не одни: 5 фактов об удивительном полете животных в космос Белка и Стрелка отправились на орбиту не одни: 5 фактов об удивительном полете животных в космос

Все секреты легендарного полета Белки и Стрелки

ТехИнсайдер
«Мама была ко мне равнодушна, и я говорю ей за это спасибо» «Мама была ко мне равнодушна, и я говорю ей за это спасибо»

Наша героиня благодарна тому, что ее мама занималась своей жизнью

Psychologies
Исследователи заподозрили существование собственного словаря у нейросети DALL-E 2 Исследователи заподозрили существование собственного словаря у нейросети DALL-E 2

Исследователи обнаружили у нейросети DALL-E 2 необычные особенности

N+1
Новая Москва Новая Москва

Мы давно хотели поговорить с главным архитектором столицы Сергеем Кузнецовым

ТехИнсайдер
$1 тысяча за отпуск и принудительные выходные. Как бороться с выгоранием сотрудников в кризис $1 тысяча за отпуск и принудительные выходные. Как бороться с выгоранием сотрудников в кризис

Как сохранить баланс между эффективностью и ментальным здоровьем сотрудников

Inc.
Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа Троллил Ди Каприо и сочинил песню: 10 удивительных фактов о ролях Джонни Деппа

Собрали 10 удивительных фактов о его работе — спорим, ты этого не знала!

VOICE
Ваша честь! С помощью этого фэшн-трюка адвокат Деппа влюбила в себя весь мир Ваша честь! С помощью этого фэшн-трюка адвокат Деппа влюбила в себя весь мир

Разбирательство между Деппом и Херд запомнится нам надолго

VOICE
Ешь, танцуй, люби Ешь, танцуй, люби

Какие вещи поддерживают и вдохновляют телеведущую Аврору

Новый очаг
Расправить крылья Расправить крылья

Учителя — о том, как вырастить «своих» в маленьком городе

Seasons of life
Директор московской «Ночлежки» Дарья Байбакова: «На чувстве вины далеко не уедешь» Директор московской «Ночлежки» Дарья Байбакова: «На чувстве вины далеко не уедешь»

Как социальный проект «Ночлежка» стал бизнесом

СНОБ
Физики охладили атомы индия до милликельвиновой температуры Физики охладили атомы индия до милликельвиновой температуры

Первое успешное пленение нейтральных атомов индия в магнитооптической ловушке

N+1
«Fashionopolis: Цена быстрой моды и будущее одежды». Какой урон наносит планете бездумное потребление «Fashionopolis: Цена быстрой моды и будущее одежды». Какой урон наносит планете бездумное потребление

Фрагмент книги «Fashionopolis: Цена быстрой моды и будущее одежды»

N+1
Напечатали за 10 минут: врачи впервые пересадили пациенту 3D-ухо Напечатали за 10 минут: врачи впервые пересадили пациенту 3D-ухо

Медики необычным способом помогли пациентке с микротией

Вокруг света
Открыть в приложении