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星震学:研究天上的“地震”, 了解恒星的“内心”
编辑: admin 来源: 未知 时间: 2020/9/14 14:16:16

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  说起星震学或者恒星震动,很多人可能会感觉到陌生。

即使在天文学专业中,星震学也并不是一个很流行的方向。

我们不妨从“地震”开始讲起。

目前,地理学家对地球内部结构知之甚少,毕竟以当前科技,人类还不能钻入地球深处去直接研究地球内部。 但是,地震这个让人闻风丧胆的家伙,却能够让科学家一窥地球内部的秘密。 地震会产生地震波,这是一种在地球内部震荡和传播的波。 这些地震波穿过不同物质时会有不同的表现。

比如说,地震波在不同深度有着不同的传播速度,而横波无法在液体中传播。

由此,人们绘制出了地球内部的大体轮廓,即地壳—地幔—地核的分层结构。

  星星上有“地震”,太阳也不例外  天文学家研究恒星时也遇到了地理学家同样的难题。 英国著名天文学家爱丁顿于1926年出版的《恒星内部结构》中就提出了著名的问题,大意为:“我们望远镜的视线能穿过数十亿光年的空间,但无法穿透恒星炽热的表面,我们如何才能知道恒星内部结构呢”现在我们有了答案:天文学家可以通过观测在恒星内部传播的震动波,并结合基本物理知识,来推算恒星内部环境。

这种和地震学如出一辙的研究方法就被称作“星震学”。   恒星有着几种震动模式。

恒星震动一般是指全球的长时间的震动,而不像地震一样在一个很小范围并很短时间内发生。

每种震动模式都有自己的震动周期,也会让恒星的亮度发生变化。 天文学家通过长时间监测恒星亮度,即可知道恒星是否在震动,以什么模式在震动,从而开展进一步的研究。   很多恒星都在发生着震动,比如说太阳,研究太阳震动的学科也叫做日震学。 太阳表面的震动模式数以千计,而一些振幅最强的模式,其周期在五分钟左右,这就是著名的“五分钟震荡”。

天文学家利用太阳的震动了解了太阳的内部与演化的信息。   太阳震动主要有两种模式,压力模式和重力模式。

压力模式主要发生在太阳比较浅的区域内,并在太阳内部不同深度传播。

天文学家通过研究在不同深度传播的震动波,发现太阳在不同深度和不同纬度处的自转是不同的。 这被称作较差自转,对太阳磁场和活动具有决定性作用。

天文学家还利用日震学确定了太阳的年龄,并发现其与最老的陨石年龄相当。

而重力模式目前还处在预言之中,并无广泛接受的观测证据。 原因是重力模式发生在太阳内部,很难在表面观测到。   地球上“看不清”,到太空去看“地震”  为了更好地分辨恒星震动的模式和频率,星震学要求人们长时间不间断地监测某颗恒星的亮度。

然而,这对于地面观测基本是不可能的,因为地面上总会有阴天下雨、昼夜交替等现象干扰观测。 并且,随着太阳运动,一般的恒星总有大半年的时间无法观测,因为它们会在白天出现。   而2009年发射的开普勒空间望远镜解决了这些问题。

开普勒卫星的主要科学目标是寻找系外行星。 它会同时不间断地观测10万颗恒星的亮度,并寻找它们亮度忽然变暗的信号——这是行星通过恒星前方时遮挡了一部分光的结果。 空间观测也避开了大气层和太阳月球的干扰,从而大幅提高了数据质量。

  让人惊喜的是,开普勒卫星的观测数据正好也符合星震学的研究要求。 目前开普勒卫星已经“退休”,它一共收集了长达4年几乎不间断的恒星亮度数据。

这极大推动了星震学的研究工作。

这些年星震学收获颇丰,如开普勒卫星观测了约一万五千颗和太阳震动相似的恒星,从而让科学家能精确地测量恒星的质量、半径、年龄等参数,进而精确推断其系外行星的参数。

还记得在太阳上看不到的重力模式吗人们在比太阳稍微热一点的恒星上发现了重力模式,由此研究了恒星内核上边缘的物理性质和自转速度。   正如地震使地理学家了解地球内部构造一样,恒星震动让天文学家能推算遥远恒星的内部性质。 天文学家从而能精确地确定恒星的质量、半径、自转和演化阶段等参数,也能进一步地发展恒星物理的知识。

随着如开普勒太空望远镜等一系列空间望远镜的升空,星震学迎来了其发展的黄金时代,更多关于恒星的秘密等着人们去揭开。

编辑:罗予岐。

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