Granularea pe Soare. Locurile luminoase sunt fluxurile de gaze ascendente din fotosfera solară, iar "întăriturile" întunecate dintre ele coboară. Foto: DDBJORN ENGVOLD ET. AL. ACADEMIA DE ȘTIINȚE SWEDISH ROYAL
Astrofizica a obținut succes impresionant în explicarea vieții și a morții stelelor. Cu toate acestea, verificarea și perfecționarea teoriei evoluției stelare continuă. Cea mai promițătoare direcție științifică în acest domeniu este astroseismologia. Ea examinează structura internă a stelelor prin tremurul de gaz pe suprafața acestor bile de plasmă gigant, uneori destul de puternice, dar mai des abia perceptibile.
Teoria evoluției stelare poate fi considerată punctul culminant al dezvoltării astrofizicii moderne. Bazându-se pe ipoteza unei surse termonucleare de energie stea, ea descrie cu încredere nuanțele subtile ale destinului lor. Și totuși, viermele îndoielii accentuează câțiva cercetători. La urma urmei, vedem doar un strat subțire de suprafață al stelei și nimeni nu a observat niciodată direct cum în inima stelei se transformă hidrogenul în heliu.
Șansa de a privi în subsolul stelar a dat astronomia neutrinilor care a apărut în anii 1960. Datorită celei mai mari puteri penetrante, neutrinii născuți în reacții termonucleare părăsesc miezul solar nestingherit, purtând informații despre procesele care au loc acolo. Modul de confirmare a ipotezei termonucleare a fost deschis prin observații directe. Cu toate acestea, fluxul neutrin detectat a fost de câteva ori mai mic decât a prezis modelul "standard" al Soarelui. Soluția "problemei neutrinilor solare" a durat mai mult de 30 de ani. A fost doar la începutul secolului XXI a fost experimental dovedit că pe drumul spre Pământ neutrini sări în mod constant între cele trei state, iar primele telescoape ale neutrinilor înregistrate doar una dintre ele. Problema a fost rezolvată cu succes, dar sa dovedit că, în loc să clarifice concepte de surse de energie stelare, telescoape cu neutrino proprietăți ale neutrinilor înșiși specificate.
Toate acestea au întărit doar dorința astronomilor de a pătrunde în misterul subsolului stelar. În plus, pe lângă reacțiile termonucleare, există și alte procese interesante, de exemplu, rotația și amestecarea convectivă a unor mase uriașe de materie. Aceste mișcare profundă este strâns asociată cu generarea câmpului magnetic care Soarele este principala sursă de activitate de suprafață: rachete de semnalizare, proeminențelor, esapari coronale de masa, care afectează în mod direct interesele noastre pământești. Dar cum să ajungeți în interiorul bilei cu plasmă fierbinte și să aflați ce se întâmplă, chiar dacă nu la bază, dar cel puțin la o adâncime relativ superficială?
Respirația cefeilor
La prima vedere, această sarcină pare insolubilă. Între timp, oamenii de știință au folosit tehnica de a studia adâncimi inaccesibile pentru mai mult de un secol. Adevărat, oamenii de știință nu sunt astronomi, ci geologi. Observă undele seismice - oscilații care se răspândesc în corpul planetei noastre după vibrații naturale sau artificiale. Viteza undelor depinde de parametrii mediului. Prin observarea sistematică a acestora, este posibilă construirea unei hărți a distribuției diferitelor roci în interiorul terestru, care, în ciuda afinității lor relative, sunt la fel de inaccesibile cercetării directe ca subsolul Soarelui. Dar, din moment ce Pământul dur se mișcă literalmente sub picioarele noastre, nu se poate întâmpla așa ceva cu bilele de plasmă - stelele?
În 1894, astronomul rus Aristarh Belopolsky a studiat faimoasa stea a Deltei lui Cepheus, chiar cea care a numit întreaga clasă de stele variabile - cefeii. Sa dovedit că poziția liniilor din spectrul stelei se schimbă, de asemenea, în mod sincron cu modificările luminozității. Această schimbare a fost explicată în mod natural de efectul Doppler: când sursa de radiație se apropie de noi, liniile din spectrul său "merg" spre partea albastră și, atunci când sunt îndepărtate - în roșu. Belopolsky a sugerat că cefeii sunt stele duble a căror variabilitate de strălucire este asociată cu eclipsa periodică reciprocă, iar variabilitatea vitezei de-a lungul liniei de vedere este cu mișcarea orbitală a stelelor perechii. Cu toate acestea, fizicianul Nikolai Umov, care a fost adversarul lui Belopolsky în apărarea tezei sale, a exprimat atunci ideea că întreaga stea nu se mișca cu adevărat, ci doar straturile sale exterioare.
Oscilații în interiorul Soarelui. Linile neregulate sunt undele acustice de compresiune și extindere a gazului (modul p). Schimbarea parametrilor substanței cu adâncimea îi determină să se întoarcă de mai multe ori la suprafață, fiind reflectată din ea. Liniile gri sunt oscilații gravitaționale, valuri de ridicare și coborâre a gazului în propriul câmp gravitațional (g-mode). La suprafață aproape că nu se manifestă
Afirmația lui Umov a fost confirmată în mod strălucit de cercetarea astrofizicianului englez Arthur Eddington, iar în 1958 fizicianul sovietic Serghei Zhevakin a construit teoria pulsației cefeilor. Ei chiar "respiră": se extind și se contractă cu viteze care ajung la zeci de kilometri pe secundă. Deci delta lui Cepheus poate fi considerată primul obiect studiat de astroseismologie. Primul, dar nu cel mai interesant. Faptul că pulsațiile tipului cefeid acoperă doar o mică parte din masa stelei și nu sunt adecvate pentru o analiză detaliată a acesteia. Și ele apar doar în stele cu parametri adecvați (temperatură, densitate, compoziție chimică) în care oscilațiile stabile se dezvoltă din orice perturbare aleatorie. Dar ce va produce aceeași perturbare aleatorie într-o stea cu parametri "nepotriviți", care nu sunt capabili să pulseze un tip cefeid?
Conform unei astfel de stea de pe locul perturbației va rula în toate direcțiile, val, din care o parte va merge adânc în stele, o parte va merge la exterior, este reflectată de suprafața stelei si grabiti inapoi in interiorul, stea transversală prin intermediul și prin, din nou reflectate, amestecat cu valurile de alte tulburări. Și există mai multe tulburări de fluxuri convective de rachete de semnalizare de pe suprafata. Ca urmare, toate zumzet stele, shake-uri și devine un obiectiv dezirabil pentru studiul seismic!
Moda buzunare solare
Pentru o scuturare a liniilor spectrale ale soarelui în 1913, a atras atenția astronomul canadian John Plaskett. Dar adevărata poveste luminile seismice de zi a început în 1962, când a reieșit faptul că linia nu este doar un tic nervos, și se confruntă cu fluctuații cu o perioadă de aproximativ cinci minute și o amplitudine ce corespunde unei viteze de răspândire a câteva sute de metri pe secundă. Adică, suprafața Soarelui merge în mod constant valuri de înălțime de zeci de kilometri. Pentru un timp în care nu a acordat o mare importanță, având în vedere fenomen local, care însoțește ieșirea la suprafață a fluxului convectiv. Dar, de la începutul anilor 1970, au existat modele detaliate ale structurii interne a soarelui, ceea ce a făcut posibil pentru a vedea (sau auzi?) În aceste oscilații ecou vibrația globală a unui material solar. Mai precis, oscilații de cinci minute a apărut rezultat adăugarea undelor individuale, sau modurile de vibrație, în care numărul total de pulsațiilor spectrul solar este de aproximativ 10 milioane de euro. Acestea sunt oscilații acustice, adică valuri de sunet obișnuite, care sunt sigilii cu gaz mediu. Amplitudinile modurilor individuale sunt extrem de mici, dar adăugând în sus, ele pot consolida în mod substanțial reciproc.
Impulsurile acustice sunt împărțite în radial, în care volumul variază soare și valuri generatoare nonradial pe suprafața sa. Pulsările radiale sunt legate de oscilațiile cefeizilor. Acestea sunt cauzate de valuri care merg drept în jos, să treacă prin centrul soarelui, ajunge la cealaltă parte, sunt reflectate din nou, să treacă prin centrul și așa mai departe. Subtirimea, cu toate acestea, că Cepheid (și chiar și atunci nu toate) fluctua în așa-numitul mod fundamental, și anume, se umflă și contractul ca întreg, și stelele „liniștit“ ca soarele la aceeași pulsațiile sunt împărțite radial într-o multitudine de straturi, care compresie și expansiune alternativă: oscilațiile apar în tonuri de ton.
Situația este mai complicată cu pulsațiile non-radiale - aici vorbim de mișcarea unor "pete" individuale de pe suprafața Soarelui. Ele sunt asociate cu valuri care au coborât nu pe verticală, ci sub un unghi. Datorită faptului că în interiorul viteza sunetului variază, astfel de unde ajunge la o anumită adâncime, se desfășoară și pentru a reveni la suprafața de stele din apropierea punctului de plecare. Acolo valul se reflectă din nou și descrie un alt arc în interiorul soarelui. Cu cât mai puternică val inițial este deviat de la verticală, mai puțin adâncă adâncimea de scufundare sale, de multe ori revine la suprafață și mai mică provoacă „valuri“ de pe suprafața Soarelui.
Urmărind continuu această răsplată, puteți construi un spectru de oscilații acustice ale Soarelui și o puteți compara cu predicțiile diferitelor modele teoretice ale structurii interioare a luminării noastre. Modelele superficiale "împletesc" straturile de suprafață apropiate, iar oscilațiile radiale și apropiate acestora transmit informații nu numai despre condițiile din centrul Soarelui, ci și despre evenimentele de pe partea opusă. Datorită acestui fapt, este posibil să se stabilească regiunile active înainte de a ieși din spatele marginii membrelor solare și, de asemenea, să le monitorizeze după ce au dispărut din vedere.
Modelul uneia dintre multele milioane de moduri de oscilații non-radiale pe suprafața Soarelui. Deplasările sunt exagerate de peste 1000 de ori (dreapta, foto: MSFC / NASA)
Rezistență oscilantă acustică în interiorul Soarelui. Diferite culori arată regiunile gazului, deplasate în direcții diferite (stânga, fotografie: OBSERVATORUL EUROPEAN DE SUD)
Anatomia vortexului solar
De exemplu, sa constatat că substanța se rotește cel mai rapid la o adâncime de câteva zeci de mii de kilometri sub ecuator. În zona convectivă a Soarelui, unde energia este transportată în sus prin amestecarea gazului, rotația are un caracter complex: viteza unghiulară la ecuator scade cu adâncimea și crește în apropierea poliilor. Miezul Soarelui se rotește ca un corp solid, adică viteza unghiulară nu depinde de distanța până la centru. Și la o distanță de 500 de kilometri de centru este un strat îngust - tachoklin, care acționează ca un lubrifiant între miez și limita inferioară a zonei convective. Se presupune că el este responsabil pentru activitatea magnetică a Soarelui.
Rotația materiei chiar în centrul Soarelui, pe o rază de mai puțin de 200.000 de kilometri, nu are nimic de spus. Modurile acustice nu sugerează prea mult aici și, prin urmare, speranțe mari sunt plasate pe un alt tip de vibrație - așa-numitele moduri de gravitație. În ele, rolul forței motrice nu se joacă prin presiune, ca în modurile acustice, ci prin ridicarea și coborârea materiei în câmpul gravitațional al nucleului stelei. Spre deosebire de modurile acustice, concentrate în principal la suprafață, modul de gravitație "joacă" în centru. Este în ele faptul că secretele nucleului solar sunt criptate. Din nefericire, pe măsură ce se apropie de suprafață, se destramă rapid. Pentru astăzi există o singură observație în care acestea par să fi fost fixate și rezultă că miezul interior al Soarelui se rotește de aproape cinci ori mai repede decât miezul exterior. Dar aceste rezultate necesită încă o verificare suplimentară.
Model de câmpuri magnetice în zona convectivă, determinând activitatea Soarelui. În zonele albastre, câmpul este orientat către est, în zonele roșii spre vest (modelul de stânga, foto: HAO / UCAR) și modelul de convecție în apropierea suprafeței Soarelui la o adâncime de 20 și o lățime de 48 de megametri. Linii roșii - râuri în creștere, albastre - descendente (dreapta, foto: CHRIS HENZE / NASA)
Mulțumită exoplanetăților
Soarele, pentru toată importanța pe care o are pentru noi, este doar o stea, un punct pe diagramă. Pentru o verificare generală a teoriei evoluției stelare, acest lucru nu este suficient. Cu toate acestea, studierea oscilațiilor altor stele este o sarcină foarte dificilă. Pe Soare, amplitudinea maximă a oscilațiilor de viteză într-un mod este de 15-20 cm / s. Este posibil să se măsoare astfel de mișcări minime ale liniilor numai în spectrele celor mai apropiate (și, prin urmare, luminoase) stele și chiar și atunci când se utilizează cele mai bune spectrografe. Cu toate acestea, uneori puteți face fără spectre. Pulsările stelei sunt însoțite nu numai de "dansul" liniilor spectrale, ci și de variațiile mici ale luminozității. Rolul principal în astroseismologie este jucat de frecvențele de pulsație și uneori nu este atât de important pentru care parametru de stea sunt determinate să fie. Prin urmare, în loc de spectroscopie laborioasă, în unele cazuri este posibil să se efectueze o fotometrie mai economică, adică, în loc să se măsoare liniile individuale din spectru, să se controleze numai luminozitatea globală a stelei. Adevărat, nu este o sarcină ușoară, deoarece variațiile luminozității sunt foarte mici - 0,1% și mai puțin, ceea ce înseamnă că sunt necesare receptoare foarte sensibile de radiație.
Pentru stelele obișnuite ca soarele, cu ajutorul astroseismologiei, este posibil să se măsoare doar parametrii de bază - masa, raza, vârsta. Dar, în realitate, aceasta este, de asemenea, foarte mult, deoarece vorbim despre caracteristicile stelelor unice, care nu sunt incluse în sistemele duble de stele, din care, în trecut, nici o "măsură" nu putea fi îndepărtată prin nici un mijloc.
Observațiile astro-seismice nu se limitează la stele asemănătoare soarelui. Foarte interesante sunt promisiunile de a studia pulsațiile în fostele nuclee de stele - stelele centrale ale nebuloaselor planetare și ale piticelor albi. În aceste obiecte, subsolul nu poate fi localizat pur și simplu într-o stare solidă, dar chiar și într-o stare cristalină. Și aici astroseismologia deschide oportunități pentru a testa nu numai teoria evoluției stelare, ci și secțiunile fizice mai generale care descriu proprietățile materiei în stările extreme.
Cazul elementelor lipsă
În ciuda acestor probleme și, în unele privințe, datorită lor, astroseismologia este acum în creștere. Practic, nici o conferință astronomică majoră nu este completă fără o secțiune astro-seismologică. Astroseismologii au propriul jurnal științific (Comunicații în asteroseismologie), telescoapele lor spațiale, rețelele lor de observare la sol. În astroseismologie, natura cu adevărat globală a astronomiei moderne devine foarte clară. Pentru a determina în mod fiabil frecvențele oscilațiilor stelare, sunt necesare multe ore și chiar multe zile de observare, ceea ce este imposibil fără utilizarea consistentă a telescoapelor împrăștiate pe glob. Acum, astfel de observații se realizează cu ajutorul consorțiului Telescopul Întregul Pământ, care unește telescoapele "de uz comun" de două duzini de observatoare. În Rusia, telescoapele observatorului de la vârful Terskol (Caucazul) participă la lucrările sale. În cadrul unei campanii atent planificate, ori de câte ori este posibil, se efectuează observații ale aceluiași obiect, care sunt apoi "îmbinate" într-o serie de observații. În cadrul dezvoltării se planifică crearea unei rețele specializate de telescoape SONG, care va consta din opt instrumente, patru în fiecare emisferă. O rețea similară pentru observațiile solare (GONG) a fost deja creată și funcționează activ.
Antarctica este extrem de promițătoare, unde sunt cele mai bune condiții de pe Pământ pentru observații astronomice pe termen lung. Nu numai astroseismologii, ci și reprezentanții altor ramuri ale astronomiei au privit mult timp. În Europa, există un proiect de instalare a unui astroseismograf de 40 centimetri SIAMOIS la stația franco-italiană Concordia.
Deci, perspectivele helio- și astro-seismologiei sunt cele mai roz. În primul rând inspirat de nevoile practice legate de interesul în natura activității solare, al doilea - „un astfel de lucru simplu ca o stea“ dorința de a-și îndeplini visul de unul dintre fondatorii teoriei evoluției stelare, Arthur Eddington, și în cele din urmă să înțeleagă,
Trimiteți-le prietenilor: