Гелиосейсмология

ГЕЛИОСЕЙСМОЛОГИЯ (от гелио... и сейсмология), метод изучения строения Солнца, основанный на измерении и анализе частот его собственных акустических (звуковых) колебаний и волн. Колебания на Солнце с периодом около 5 минут впервые обнаружены в 1960 году Р. Лейтоном с сотрудниками на обсерватории Маунт-Вилсон (США) по измерениям лучевых скоростей структурных образований в солнечной атмосфере. Впоследствии обнаружилось, что эти колебания имеют акустическую природу и глобальный характер, т. е. распространяются по всему Солнцу со звуковой скоростью, сохраняя фазу, причём не только по поверхности, но и вглубь. В 1976 году сотрудниками Крымской астрофизической обсерватории и Бирмингемского университета почти одновременно были опубликованы результаты наблюдений глобальных пульсаций Солнца с периодом около 160 минут.

Акустические волны наблюдаются по измерениям яркости различных площадок на диске Солнца, а также по скоростям движения в них газа, измеряемым по смещениям спектральных линий (смотри Доплера эффект). Для обнаружения и изучения волн на Солнце при помощи специальных спектрофотометров проводятся длительные одновременные измерения полей вариации скорости и яркости. При наблюдении волн должны выполняться специальные условия: измерения вариации скорости должны иметь точность до сантиметров в секунду; необходимо выделять достаточно узкий участок спектра Солнца с минимальным искажением изображения.

Реклама

Гелиосейсмология Амплитуда колебаний яркости Солнца составляет около 10-5 от яркости фотосферы; периоды колебаний находятся в пределах от 3 до 15 минут. Наибольшей амплитудой (до 20 см/с в значении скорости) обладают колебания с периодами около 5 минут, вследствие чего весь диапазон называют пятиминутными колебаниями Солнца.

В гелиосейсмологии рассматриваются различные типы (моды) акустических волн, возникающих при изменениях давления. Условия их распространения в значительной степени определяются зависимостью температуры от глубины. Возмущения в сферическом теле Солнца описываются составляющими вдоль радиуса (радиальные моды) и вдоль поверхности сферы (горизонтальные моды). При слабом затухании волны, укладывающиеся целое число n раз по радиусу или l раз по большому кругу сферы, могут образовывать стоячие волны (моды собственных колебаний; рисунок). Число n узлов моды по радиусу называют её порядком, число l узлов вдоль сферического слоя определяет горизонтальное волновое число моды. Длина волны горизонтальных собственных мод Солнца λ = 2πRо/l (Rо - радиус Солнца). Для математического описания радиальных мод используют полиномы Лежандра, горизонтальных мод - сферические функции. Из наблюдений флуктуаций яркости или скорости в атмосфере Солнца получают зависимость периодов колебаний для мод различных порядков от длины волны горизонтальных мод. Модель Солнца уточняется путём сравнения графиков, построенных на основе наблюдательных данных и теоретических расчётов.

С помощью гелиосейсмологии достигнуты важные результаты в изучении Солнца. Измерена толщина конвективной зоны, которая оказалась равной 200 тысячам км, что уточнило представления о внутреннем строении Солнца. На основании анализа спектра собственных колебаний получены надёжные данные о химическом составе вещества в конвективной зоне и содержании гелия во внешних слоях Солнца. Эти данные позволили уточнить теорию звёздной эволюции. Изучен характер вращения в недрах Солнца: непосредственно под основанием конвективной зоны обнаружена область резкого изменения скорости вращения, открыто твердотельное вращение средней части Солнца, а также установлен закон изменения дифференциального вращения конвективной оболочки. Найдено изменение скорости вращения Солнца со временем. Получены данные об изменении параметров мод колебаний с фазой цикла солнечной активности. Методами локальной гелиосейсмологии выполнена томография активных областей на Солнце и определены глубины солнечных пятен.

Лит.: Воронцов С. В., Жарков И. Н. Гелиосейсмология // Итоги науки и техники. Сер. Астрономия. М., 1988. Т. 38; Кононович Э. В., Мороз В. И. Общий курс астрономии. М., 2004. Гл. 8.

Э. В. Кононович.