1-qism. Astroseysmologiya nima va u nega kerak?
Astroseysmologiya, astrofizika va gelioseysmologiya kabi sohalar nimani o'rganadi? Yulduzlar tovush chiqaradimi? Maqolada batafsil o'qing.
Oʻrta
10 min
02.04.2023
Fizika va astronomiya

Fred Kavli har ikki yilda astrofizika, nanotexnologiya va nevrologiya sohasidagi yutuqlarga million dollar miqdorida mukofot berishni buyurib, bu qarorga quyidagicha qoʻshimcha qiladi: “biri eng kattasi, ikkinchisi eng kichigi, uchinchisi eng qiyini bilan shugʻullanadi”. Bu yil ushbu uchlikdagi “eng katta” ilm obyektlari — yulduzlar bilan ifodalanadi. Shuning uchun astronomlar tabiati, tuzilishi va rivojlanishi jihatidan Quyoshga oʻxshash obyektlarni yulduzlar deb ataydi. Moskva davlat universitetining astrofizik olimi Anton Biryukov laureatlar nimani oʻrgangani va eng muhimi, buni qanday amalga oshirgani haqida gapirib beradi.

Astrofizika boʻyicha mukofot Konni Arts (Lyoven katolik universiteti, Belgiya), Yorgen Kristensen Dalsgor (Orxus universiteti, Daniya) va Rojer Ulrixga (Los-Anjelesdagi Kaliforniya universiteti, AQSh) “geliotexnika va astroseysmologiya sohasidagi kashshofligi va tadqiqotlari uchun” berildi. Oʻtgan asrning 70-yillaridan boshlab, bu olimlar yulduzlar, ularning xususiyatlari va ichki tuzilishiga yangicha nazar tashlagan astrofizikaning oʻsha paytdagi yosh sohasiga hal qiluvchi hissa qoʻshdi. Eshitishimga qaraganda, bunday xabarlar bilan oʻrtoqlashgan maʼqul.

1926-yilda ingliz astrofizigi Artur Eddington yulduzlarning ichki tuzilishiga bagʻishlangan hozirgi klassik monografiyani nashr etdi. U shunday boshlanadi: “Aftidan, Quyosh va boshqa yulduzlarning ichki tuzilishini koinotning boshqa mintaqalariga qaraganda ilmiy jihatdan kamroq tadqiq qilish mumkin. Bizning teleskoplarimiz fazoning tubiga nazar tashlashga qodir boʻlsa-da, ammo materiyaning qalin qatlami ostida nima yashiringanligi boʻyicha qanday ishonchli maʼlumotga ega boʻlishimiz mumkin? Qaysi uskuna yulduz yuzasi ostiga kirib, uning ichki qismidagi holatni oʻrganishi mumkin?”

Astrofizika — tom maʼnoda yulduzlar tabiati haqidagi fan boʻlib, u obyektlarning ichki tuzilishini anglamasdan turib toʻliq boʻla olmaydi. Eddington nazariy jihatdangina emas, balki buni amaliy jihatdan ham tasdiqladi.

Biz 2022-yilda ham Quyoshning ichki qismini oʻlchaydigan zondni yuborishdan hanuz yiroqmiz. Biroq Yerning chuqur qismlariga ham kirib borish oson ish emas. Geofiziklar bir asrdan koʻproq vaqt davomida Yerning tuzilishini, uning ichki qismida elastik tebranishlar toʻlqinlari qanday tarqalishini oʻrganmoqda. Seysmologiya fani mana shunday holatda vujudga kelgan. Astrofiziklar bu gʻoyani oʻz hamkasblaridan oʻrganib oldi va oʻtgan asrning 60-yillaridan boshlab, ular yulduzlar ichki qismidagi tebranishlar qanday tarqalishini oʻlchashni boshladi. Shunday qilib, dastlab gelioseysmologiya (Quyoshni oʻrganish), soʻngra astroseysmologiya (boshqa yulduzlarni ham oʻrganish) fanlari paydo bo‘ldi.

Shunday qilib, Eddingtonga kerak boʻlgan instrument hosil boʻldi.


Yulduzlar tovushi

Yer seysmologiyasi bilan qanchadir miqdorda tanish boʻlgan odamda bu usul qanday qilib va nima uchun yulduzlarda ishlashi mumkin degan savol tugʻiladi. Axir biz Quyosh va boshqa yulduzlar yuzasiga seysmik datchiklarni oʻrnatmaymiz-ku!

Haqiqatan ham shunday. Ammo yulduzlarga singib ketadigan tovushni odatda anʼanaviy teleskoplar yordamida anglab olish mumkin, yaʼni yulduzning yuzasida tovush toʻlqinlari yaratadigan oʻzgarishlarni koʻrishning imkoni bor.

Umuman olganda, fazoda ogʻir sukunat hukm suradi degan daʼvo notoʻgʻri. Haqiqatda esa “dadil toʻlqinlar” har qanday moddiy muhitda mavjud. Jumladan, yulduzlararo va sayyoralararo muhitlarda ham. Ular, albatta, kam, lekin umuman boʻsh ham emas. Tovush toʻlqinlari juda zich yulduzlarning ichki qismida bundan ham koʻproq tarqaladi. Shunday qilib, Quyoshning oʻrtacha zichligi suvning zichligidan 1,4 baravar koʻp. Shuning uchun unda tovush juda yaxshi tarqaladi. Delfin va kitlar axir aldamasa kerak?


Tovush qayerdan keladi?

Buni tushunish uchun yulduzni issiq pechka ustidagi choynak sifatida tasavvur qilaylik. Plita, bu holda, yulduzning yadrosi boʻlib, unda termoyadro reaksiyalari sodir boʻladi va energiya hosil boʻladi. Bu energiya yulduzning yuqori qatlamlariga oʻtkaziladi, xuddi pechning issiqligi choynakning pastki qismini isitganidek. Choynak esa sovuq va suyuq modda — suv bilan toʻldirilgan. U ham qiziydi va keyin qaynaydi. Qaynayotgan choynakning qaynamaganidan tovushi orqali ajratish juda oson — u past chastotali tovushni hosil qiladi. Xuddi shu narsa Quyosh bilan sodir boʻladi. Uni Yer yuzidan turib kuzatish mumkin boʻlgan tashqi qatlamlari, albatta, toʻliq qaynamaydi, lekin ular issiqlik energiyasini ham beradi. Ulardagi issiqlik almashinuvi koʻtarilgan materiya oqimlari bilan birga konveksiya tufayli sodir boʻladi. Quyosh tashqi qatlamlarining bu konveksiyasi ham tovush toʻlqinlarini hosil qiladi.

Choynakdagi suvning qaynashi havoning nisbatan yuqori zichligi tufayli juda yaxshi eshitiladi, u esa tovushni yaxshi oʻtkazadi. Kosmosda atrof-muhit juda kam uchraydi, shuning uchun biz boshqa yulduzlarni hisobga olmaganda, Quyoshni tom maʼnoda eshita olmaymiz. Ammo uning yuzasiga nazar tashlasak, tovushlarni koʻrishimiz mumkin.


Quyoshdagi tovush va uning xususiyatlari

Astroseysmologiya sohasidagi tadqiqotlar gelioseysmologiyadan, yaʼni bizga eng yaqin yulduzni oʻrganishdan boshlandi. Oʻtgan asrning 60-yillari boshida Robert Leyton yetakchiligidagi Kaliforniya texnologiya instituti astrofiziklari guruhi Quyoshdagi tashqi qatlamlarning konveksiyasini koʻrishga muvaffaq boʻldi. Ular diametri taxminan 10 000 kilometr boʻlgan plazma pufakchalari uning yuzasida sekundiga 500 metr tezlikda va 296 soniya davomida harakatlanganini koʻrdi. Bular allaqachon mashhur Quyoshning besh daqiqalik tebranishi edi. Aynan shu Quyoshda tarqaladigan toʻlqinlarni yaratadi va, eng muhimi, ular toʻgʻri chiziq boʻylab tarqalmaydi, balki Yer qalinligidagi seysmik toʻlqinlar kabi sinishi, burilishi va boshqa nuqtada sirtga yetib borishi mumkin. Bular p-toʻlqinlari yoki bosim toʻlqinlari ( bosim toʻlqinlar ) deb atalib, oʻzidan ovoz chiqaradi.

Yer ichidagi seysmik toʻlqinlar. Episentr bu — toʻlqinlar manbai, odatda zilzila, yuzadan pastroqda sodir boʻladi. Bundan tashqari, akustik toʻlqinlar — boʻylama (bosim toʻlqinlari, p-toʻlqinlar) va koʻndalang (seysmik, s-toʻlqinlar) — egri chiziqli trayektoriyalar boʻylab, Yer ichida tarqaladi. Seysmik toʻlqinlarning tarqalish tezligi tarqalish yoʻli boʻylab, Yerning ichki qismining xususiyatlariga bogʻliq. Shuning uchun, bu yoʻlda toʻlqinning Yer yuzasi turli nuqtalariga yetib kelishi vaqtini tiklash orqali sayyora tuzilishi haqida maʼlumot olish mumkin. Britaniya geologik xizmati / Buyuk Britaniya tadqiqot va innovatsiyalar tashkiloti
Doimiy toʻlqin rejimlari: qisqa toʻlqinlar sirtga yaqinroq, uzun toʻlqinlar esa chuqur, yulduz yadrosiga boradi / ESA (Yevropa kosmik agentligi)

Bir necha turdagi elastik tebranishlar quyoshning ichki qismida tarqaladi va ular boshqacha harakat qiladi. Shunday qilib, sirt yaqinida turgan tovush toʻlqinlarining namunasi yaratiladi. Tebranishlar ichidan p-toʻlqinlarini koʻrish mumkin. Yulduzda turli xil chuqurliklarda sinov sharoitlarini oʻtkazishga imkon beruvchi bir nechta p-toʻlqin rejimlari paydo boʻladi. Quyoshdagi bosim toʻlqinlarining xarakterli chastotalari bir necha milligersga tengdir.

G-toʻlqinlari yulduzning markaziy qismida tarqaladi. Bular gravitatsiya toʻlqinlaridir va ularni gravitatsion toʻlqinlar bilan chalkashtirib yubormaslik kerak. Bu tovush emas, balki tosh otilgan suv yuzasining tebranishiga oʻxshash toʻlqinlardir. Ular past chastotaga ega (oʻnlab mikrogersga teng) va yulduzning ichki qismida — nur uzatish zonasida “qulflangan” boʻladi. Bular energiyani konveksiya emas, balki radiatsiya orqali uzatish uchun yetarlicha issiq boʻlgan qatlamlardir. Yulduzlarning ichki qismida g-toʻlqinlar tovush p-toʻlqinlarining tarqalishiga qoʻshimcha taʼsir koʻrsatadi.

P-toʻlqinlar yulduzning ichki qismiga qanday kirib boradi, ular qayerda aylanadi, qayerda yuzaga chiqadi, ular qanday turdagi tik turuvchi toʻlqinlarni hosil qiladi — bularning barchasi yulduz qalinligining oʻziga xos fizik xususiyatlariga bogʻliq. Avvalo, bu moddaning harorati, zichligi va agregatsiya holatiga ham bogʻliq. Rojer Ulrix Quyoshda kuzatilgan tebranishlarning xususiyatlarini uning ichki tuzilishi bilan bogʻlaydigan qatʼiy nazariyani ishlab chiqdi. U kuzatuvlar va fizikani bir-biriga bogʻladi. Aslida, shunga oʻxshash yondashuv seysmologiyada qoʻllaniladi. Farqi shundaki, Yerdagi seysmik toʻlqinlarning manbalari tabiiy zilzilalar yoki sun’iy zarbalardir. Xuddi shu usul bilan Oy va Marsning ichki qismlari ham allaqachon tekshirilgan.

Yer yuzasining turli nuqtalaridagi tebranishlarni, tovush toʻlqinining zilziladan turli oʻlchov nuqtalariga yetib kelish vaqtini taqqoslab, geologlar Yerning ichki tuzilishi haqida xulosa chiqarishi mumkin. Hech boʻlmaganda, ular turli xil chuqurlikdagi materiyaning zichligi haqida maʼlumot oladi.

Gelioseysmologiya ham xuddi shu usulga amal qiladi. Quyoshdan turli uzunlikdagi tovush toʻlqinlarining tasviri olinadi. Bu uzunlik tovush toʻlqinining bosib oʻtgan yoʻl uzunligiga koʻpaytmasidir. U esa Quyoshning kattaligi va bu toʻlqinlar yetib borgan chuqurligi bilan belgilanadi.

Quyoshdagi tik tovush toʻlqinlari garmoniklaridan biri. Turli xil ranglar maʼlum bir vaqtda Quyosh yuzasida “choʻkish” va “koʻtarilish”ni koʻrsatadi. Ular bir necha daqiqalik navbatlar bilan joylarni almashtiradi. Bu tepaliklarning balandligi (shuningdek, chuqurliklarning oʻlchami) juda kichik — atigi bir necha metrni tashkil etadi. Ammo tebranishlarning taʼsirini aniq oʻlchasa boʻladi. Warrickball / Wikimedia commons

Aslida, tik toʻlqinlarning koʻrinishi tebranishlarning faqat bitta garmonikasida koʻrsatilgan manzaraga qaraganda biroz murakkabroq. Aslida Quyosh biroz xiraroq koʻrinadi. Barcha tebranishlardagi har bir garmonik intensivlik uning chastotasiga bogʻliqligini hisobga olib, tarkibiy qismlarga ajratish va ularning spektrini yaratish mumkin.

Quyoshga oʻxshash yulduzning spektri. Gorizontal oʻqda tebranishlar chastotasi milligers, vertikal yoʻnalishda esa bu chastotada yulduzning yorqinligidagi oʻzgarishlar amplitudasiga bogʻliq boʻlib, oʻrtacha yorqinlikning milliondan bir qismiga teng. Ushbu spektrdagi individual choʻqqilar kuzatiladigan chastotalardir va bu choʻqqilar orasidagi masofalar astroseysmologlar tomonidan qayta ishlanadigan asosiy maʼlumotlar hisoblanadi. Rafayel A. Garsiya va Jeromi Ballot / Living Rewiews in Solar Physics nashri, 2019-yil

Aynan shu spektrning turi — alohida choʻqqilarning oʻrni va ular orasidagi masofa oxir-oqibat tadqiqotchilarga yulduzning ichki qismi qanday joylashgani, tovush toʻlqinlari tarqaladigan joy haqida maʼlumot beradi.

Quyosh yuzasiga yetib kelgan tovush toʻlqinlari uning asta-sekin yuqoriga va pastga siljishiga sabab boʻladi, katta ovoz chiqaradigan karnayning membranasiga oʻxshash narsa titraydi. Ushbu sirt harakatlari Doppler effekti yordamida kuzatiladi. Quyoshning turli qismlari spektridan foydalanib, kuzatuvchilar maʼlum kimyoviy elementlar oʻrnini oʻlchashi va ularning laboratoriya toʻlqin uzunliklariga nisbatini aniqlab, materiya harakati tezligini aniqlashi mumkin.


Maqolaning 2-qismini bu yerda o‘qing → sinaps.uz/maqola/13012


Muallif: Anton Biryukov. Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “Звезды волнуются раз. Что такое астросейсмология и зачем она нужна” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: nplus.ru

Matnda xato topdingizmi? Kerakli matnni belgilang va CTRL+ENTER tugmalarini bosing.

Eng so‘nggi maqolalarni o‘tkazib yubormang!
Telegram kanalamizni kuzatib boring!