Читать статья по математике: "Сейсмология Солнца" Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

Сейсмология Солнца.

С. В. Воронцов, доктор физико-математических наук. Институт физики Земли РАН.

Природа колебаний

Колебания на Солнце в начале 60-х годов обнаружили американские астрономы Р. Лейтон, Р. Нойс и Дж. Саймон. Они наблюдали цуги квазипериодических колебаний в солнечной фотосфере с периодом около пяти минут. Природа этих колебаний долгое время оставалась неясной. И все же датой рождения гелиосейсмологии можно считать 1975 г., когда блестящие наблюдения немецкого астронома Ф.-Л. Дебнера убедительно показали: загадочные пятиминутные колебания представляют собой наложение огромного числа различных мод резонансных акустических колебаний Солнца. Они проявляются не только на поверхности, но и глубоко в недрах, вплоть до области термоядерных реакций в ядре. Такие колебания несут богатейшую информацию о внутреннем строении Солнца. Их спектр уникален, подобно звучанию музыкального инструмента, индивидуальность которого единственна и неповторима. Глобальные акустические колебания — это упругие резонансные колебания Солнца, являющиеся звуковыми волнами, захваченными в его недрах. Источником энергии служит акустический шум, генерируемый турбулентной конвекцией в оболочке Солнца. При таком шумовом (стохастическом) возбуждении звуковые волны излучаются в широком диапазоне частот и по всем направлениям. Распространяясь по различным траекториям в недрах, волны многократно отражаются от поверхности. Траектория волны может оказаться замкнутой — и тогда в результате интерференции образуется стоячая волна, это одна из мод акустических колебаний. Сложение бегущих волн в стоячую аналогично ее возникновению в обычной струне на определенных дискретных (резонансных) частотах.

Спектр колебаний струны состоит из основного тона, первого и второго обертона и т. д. (номер обертона определяется числом узлов в распределении амплитуды по длине струны). Солнечные же колебания могут иметь не только разное число узлов по радиусу Солнца (его называют радиальным номером обертона n), но и различное распределение амплитуд по поверхности. При колебаниях в каждой моде отдельные участки поверхности Солнца движутся в противофазе и разделены узловыми линиями, на которых амплитуда колебаний равна нулю. Полное число таких линий по поверхности Солнца называют степенью колебаний I. (В строгом математическом описании распределение амплитуд по поверхности определяется сферической гармоникой степени I.) Простейший тип колебаний — это радиальные с I=0, при которых поверхность Солнца периодически расширяется и сжимается, не меняя своей сферической формы. Колебания с I=1 называют дипольными. Наглядно представить их можно, если потрясти сваренное всмятку яйцо: оболочка и ядро будут двигаться в противоположных направлениях, совершая колебания относительно общего центра масс. Колебания с I=2 называют квадрупольными, они поочередно деформируют поверхность Солнца в вытянутый и сплюснутый эллипсоид. Колебания более высоких степеней имеют и более сложную форму (диапазон солнечных колебаний весьма широк — до l~2000).

Регистрируют солнечные осцилляции, как правило, путем измерения доплеровских скоростей на поверхности Солнца. Выбирают одну из узких линий поглощения в его оптическом спектре. При движении вещества'!

Похожие работы