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

«Путеводитель по Средневековью: Мир глазами ученых, шпионов, купцов и паломников» «Путеводитель по Средневековью: Мир глазами ученых, шпионов, купцов и паломников»

Каково было совершать паломничество на борту галеи

N+1
Когда школа превращается в тюрьму: в прокат выходит бельгийская драма «Невидимый мир» Когда школа превращается в тюрьму: в прокат выходит бельгийская драма «Невидимый мир»

Лаура Вандель впервые показывает школьный буллинг глазами совсем маленьких детей

Forbes
Экологи усомнились в существовании «эскалатора вымирания» Экологи усомнились в существовании «эскалатора вымирания»

Экологи проверили правдоподобность популярной гипотезы об эскалаторе вымирания

N+1
Актрисы и демоницы: пять книг, которые мы будем читать этим летом Актрисы и демоницы: пять книг, которые мы будем читать этим летом

Несколько интересных художественных новиков

Forbes
Пища для глаз: что такое визуальный голод и как фотографии еды воздействуют на мозг Пища для глаз: что такое визуальный голод и как фотографии еды воздействуют на мозг

Как наш мозг реагирует на виртуальное питание

Forbes
Движение вверх Движение вверх

Мастопексия — «интеллигентная» операция по подтяжке груди

Собака.ru
Держим дистанцию Держим дистанцию

Как сохранить отношения на расстоянии

Лиза
Топ-5 летних проблем с ногами Топ-5 летних проблем с ногами

Какие несовершенства мешают нам носить сандалии и как с ними бороться?

Лиза
Как перерабатывают нефть в XXI веке Как перерабатывают нефть в XXI веке

Представить себе сегодняшний мир без нефти невозможно

ТехИнсайдер
Чем полезна жимолость: 7 фактов Чем полезна жимолость: 7 фактов

В чем именно польза жимолости

РБК
Разговорная речь заставила выбрать между умными словами и сложными предложениями Разговорная речь заставила выбрать между умными словами и сложными предложениями

Оказалось, что чем проще используемые в речи слова, тем сложнее грамматика

N+1
«Все мне должны»: что не так с этой установкой «Все мне должны»: что не так с этой установкой

Почему мы думаем, что нам все должны и причем тут личные границы?

Psychologies
На отдых На отдых

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

Караван историй
Изобретение советских физиков может обеспечить энергией весь мир на миллионы лет Изобретение советских физиков может обеспечить энергией весь мир на миллионы лет

Неисчерпаемая энергия у нас прямо под ногами, только непонятно, как ее достать

ТехИнсайдер
«Зависимость как от наркотиков»: сериалы представляют угрозу для психики? «Зависимость как от наркотиков»: сериалы представляют угрозу для психики?

Почему нас так затягивают сериалы?

Psychologies
Пальмы больше не нужны: зачем ехать на Северный полюс и в Антарктиду Пальмы больше не нужны: зачем ехать на Северный полюс и в Антарктиду

Арктический туризм набирает популярность у российских путешественников

Вокруг света
Опять вляпался: 10 популярных пятен и как их вывести раз и навсегда Опять вляпался: 10 популярных пятен и как их вывести раз и навсегда

На каждое пятно найдется свой антипятин. Изучаем!

ТехИнсайдер
Ольга Еремина: Есть ли жизнь после санкций? Ольга Еремина: Есть ли жизнь после санкций?

Кейсы стран, сумевших перестроиться вопреки ограничениям и запретам

РБК
7 необычных локаций Санкт-Петербурга для тех, кто хорошо знает город на Неве 7 необычных локаций Санкт-Петербурга для тех, кто хорошо знает город на Неве

В Петербурге столько достопримечательностей, что можно ходить по нему бесконечно

Вокруг света
«Сколково»: инновации, бизнес, государство «Сколково»: инновации, бизнес, государство

Инновации, бизнес, государство – три вершины, в центре которых – фонд «Сколково»

ТехИнсайдер
У меня в глазу спектрометр: инструкция по разложению света невооруженным взглядом. У меня в глазу спектрометр: инструкция по разложению света невооруженным взглядом.

Мы все носим с собой спектрометры

N+1
Цифровые дальтоники: как видят мир люди, которые не различают цифры Цифровые дальтоники: как видят мир люди, которые не различают цифры

Тройки, семерки и девятки выглядят иначе для “цифровых дальтоников”

ТехИнсайдер
Обратная эволюция: почему некоторые животные уходят с суши обратно в океан Обратная эволюция: почему некоторые животные уходят с суши обратно в океан

Как выглядели сухопутные предки китов и тюленей? Зачем они вернулись в воду?

ТехИнсайдер
Под метановыми облаками: астрономы объяснили, почему Уран и Нептун разного цвета Под метановыми облаками: астрономы объяснили, почему Уран и Нептун разного цвета

Почему похожие планеты выглядят для наблюдателя по-разному?

Вокруг света
Не сломать биомашину: как менеджерам и предпринимателям перестать выгорать Не сломать биомашину: как менеджерам и предпринимателям перестать выгорать

Как выработанные привычки помогают не выгорать

Forbes
Самые ревнивые звездные девушки Голливуда: Джоли, Кардашьян, Кунис и другие Самые ревнивые звездные девушки Голливуда: Джоли, Кардашьян, Кунис и другие

Иногда ревность становится настоящей проблемой для звездных влюбленных пар

VOICE
Простой способ менять других людей, не вызывая у них боль, гнев и раздражение Простой способ менять других людей, не вызывая у них боль, гнев и раздражение

У каждого из нас возникает потребность заставить других людей изменить поведение

Forbes
Зеленые модники. 7 стильных растений для дома Зеленые модники. 7 стильных растений для дома

Какие растения сейчас на пике популярности?

Лиза
На диетах не сижу На диетах не сижу

Как похудеть без строгого рациона

Лиза
Как Максим Как Максим

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

ТехИнсайдер
Открыть в приложении