Солнцетрясения прольют свет на жизнь звезд

В обзорной статье, принятой к публикации журналом Astronomische Nachrichten (ее препринт уже доступен в электронной базе arXiv.org), исследователь из университета Орхуса (Дания) Джордан Кристенсен-Дальсгаард рассказал о перспективах и еще нерешенных проблемах астросейсмологии.

Чему трястись на Солнце?

На первый взгляд землетрясение на звезде является абсурдом, по крайней мере если говорить об обычной звезде вроде Солнца. Никакой твердой поверхности нет, соответственно нет плит коры, нечему внезапно сдвигаться с места— чему там трястись? И в привычном виде, с разрушениями построек, трещинами и оползнями землетрясений на Солнце и других звездах, конечно, не бывает.

Но зато бывают колебания и волны, которые распространяются в разные стороны от места своего возникновения в плазменной оболочке светила. Поведение этих волн на удивление схоже с поведением волн, возникающих при подземных толчках,— они бегут по поверхности, уходят в глубину небесного тела и отражаются там от более плотных слоев. Солнце, равно как и любую звезду, можно представить в виде плотного шара желе со сложной внутренней структурой, выявить которую помогает именно анализ колебаний.

Сейсмология, наука о землетрясениях, оказалась полезна и астрофизикам. Развитие астрономической техники позволило ученым наблюдать сначала за «солнцетрясениями», а потом и получить информацию о колебаниях других звезд.

Как это увидеть?

Наблюдать землетрясение на Солнце сравнительно просто, хотя и здесь не обошлось без некоторых тонкостей: просто смотреть на поверхность и ждать, пока в поле зрения появится волна, бесполезно, так как даже в лучшие телескопы эти колебания засечь не удастся.

Для обнаружения смещения солнечного вещества используется метод так называемой допплерометрии, основанный на том, что испускаемое или отражаемое движущимся объектом излучение меняет свою частоту. Свет от участков, сдвигающихся к наблюдателю, становится чуть более синим, а от тех мест, которые удаляются,— слегка краснеет; чувствительная аппаратура засекает эти изменения и позволяет сделать выводы о скорости объекта.

Приборы на борту спутника SOHO, специализированной космической обсерватории для наблюдения Солнца, занимаются именно анализом потоков плазмы на поверхности светила. Этот совместный проект NASA и Европейского космического агентства уже помог астрономам уточнить свои представления о течениях плазмы и внутри Солнца, которые и создают «солнцетрясения» вкупе с рядом других явлений.
как быть, если до интересующего нас объекта многие световые годы? Наблюдение за другими звездами, на котором в своем обзоре сосредоточился датский ученый, лишь сравнительно недавно позволило заняться изучением колебаний других светил.

Аппарат WIRE, который вообще-то не предназначался для астросейсмологических исследований изначально (но из-за поломки утратил способность вести наблюдения галактик в инфракрасном диапазоне), космическая обсерватория CoRoT, наконец в прошлом году запущенный « Кеплер»— все эти инструменты позволили заняться изучением далеких звезд на новом, ранее недоступном уровне. Принцип, используемый астрономами, при этом не поменялся— анализ спектров, направленный на выявление изменений скорости поверхности.

 Что можно узнать?

Переход от наблюдений Солнца к наблюдениям за другими звездами примерно равносилен ситуации, когда биологи или геологи смогли бы вести работу не только в каком-то одном регионе, но и по всей планете, исследуя не только фауну и минералы Подмосковья, но и все многообразие природы Земли.

Красные гиганты, белые карлики, звезды на разных стадиях своей эволюции, в двойных и тройных системах, переменные звезды— каждый из этих классов существенно отличается от нашей звезды.

Как ведет себя сжатое вещество белых карликов, один наперсток которого тяжелее товарного вагона? Что находится внутри карликов класса B, в которых идут термоядерные реакции с образованием в том числе и тяжелых элементов?

Изучение колебаний поверхности может дать ответы на эти вопросы.
Из прикладных аспектов астросейсмологии стоит отметить возможность точнее прогнозировать магнитные бури (что сейчас делается все же с не абсолютной точностью), ну а интересующимся внеземной жизнью стоит вспомнить про то, что вероятность существования оной напрямую связана с характеристиками звезды, в частности— с ее стабильностью. Вблизи звезд, которые могут резко менять свою яркость, жизни будет намного неуютнее.

Проблемы

По мнению Кристенсен-Дальсгаарда, на пути к раскрытию тайн звезд методами астросейсмологии есть несколько препятствий. И все их можно описать одним предложением— «астрономам пока не хватает удачных моделей звезд».

Математические модели, созданные для Солнца, в ряде случаев недостаточно хорошо согласовывались с опытными данными, причем анализ этих несоответствий указал на пробелы в знаниях об атмосфере Солнца. Кроме того, специалистам по астрофизике предстоит доработать и модели, описывающие так называемые конвективные ячейки— области с циклическим переносом вещества и энергии от внутренних слоев к поверхности. Для этого потребуется уже не столько изучение звезд, сколько разработка теорий, описывающих течения жидкостей и газов, так вполне «земная» гидро- и аэродинамика поможет астрономам.

Именно совершенствование моделей Кристенсен-Дальсгаард считает наиболее важной задачей, равно как и оптимизацию методов обработки данных. По его словам, запуск телескопа «Кеплер» означает появление океана информации, который надо только суметь правильно обработать и интерпретировать. «Обычно обзорные статьи завершают пожеланием получить больше опытных данных,— пишет исследователь в завершающей части своей работы,— но сейчас у нас и так есть вся информация, которой только можно пожелать».