ГЕЛИОСЕЙСМОЛО́ГИЯ

Схематическое изображение реально наблюдаемой на Солнце акустической моды частоты 3 мГц (период 5,55 мин) с l=20 и n=15.

ГЕЛИОСЕЙСМОЛО́ГИЯ (от ге­лио... и сейсмо­ло­гия­), ме­тод изу­че­ния строе­ния Солн­ца, ос­но­ван­ный на из­ме­ре­нии и ана­лизе час­тот его соб­ст­вен­ных аку­стич. (зву­ко­вых) ко­ле­ба­ний и волн. Ко­ле­ба­ния на Солн­це с пе­рио­дом ок. 5 мин впер­вые об­на­ру­же­ны в 1960 Р. Лей­то­ном с со­труд­ни­ка­ми на об­сер­ва­то­рии Ма­унт-Вил­сон (США) по из­ме­ре­ни­ям лу­че­вых ско­ро­стей струк­тур­ных об­ра­зо­ва­ний в сол­неч­ной ат­мо­сфе­ре. Впо­след­ст­вии об­на­ру­жи­лось, что эти ко­ле­ба­ния име­ют аку­стич. 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 со­труд­ни­ка­ми Крым­ской ас­т­ро­фи­зич. об­сер­ва­то­рии и Бир­мин­гем­ско­го ун-та поч­ти од­но­вре­мен­но бы­ли опуб­ли­ко­ва­ны ре­зуль­та­ты на­блю­де­ний гло­баль­ных пуль­са­ций Солн­ца с пе­рио­дом ок. 160 ми­нут.

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

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

В Г. рас­смат­ри­ва­ют­ся разл. ти­пы (мо­ды) аку­стич. волн, воз­ни­каю­щих при из­ме­не­ни­ях дав­ле­ния. Ус­ло­вия их рас­про­стра­не­ния в зна­чит. сте­пе­ни оп­ре­де­ля­ют­ся за­ви­си­мо­стью темп-ры от глу­би­ны. Воз­му­ще­ния в сфе­рич. те­ле Солн­ца опи­сы­ва­ют­ся со­став­ляю­щи­ми вдоль ра­диу­са (ра­ди­аль­ные мо­ды) и вдоль по­верх­но­сти сфе­ры (го­ри­зон­таль­ные мо­ды). При сла­бом за­ту­ха­нии во́л­ны, ук­ла­ды­ваю­щие­ся це­лое чис­ло n раз по ра­диу­су или l раз по боль­шо­му кру­гу сфе­ры, мо­гут об­ра­зо­вы­вать стоя­чие вол­ны (мо­ды соб­ст­вен­ных ко­ле­ба­ний; рис.). Чис­ло n уз­лов мо­ды по ра­диу­су на­зы­ва­ют её по­ряд­ком, чис­ло l уз­лов вдоль сфе­рич. слоя оп­ре­де­ля­ет го­ри­зон­таль­ное вол­но­вое чис­ло мо­ды. Дли­на вол­ны го­ри­зон­таль­ных соб­ст­вен­ных мод Солн­ца λ=2πRs /l (R_☉ – ра­ди­ус Солн­ца). Для ма­те­ма­тич. опи­са­ния ра­ди­аль­ных мод ис­поль­зу­ют по­ли­но­мы Ле­жан­д­ра, го­ри­зон­таль­ных мод – сфе­рич. функ­ции. Из на­блю­де­ний флук­туа­ций яр­ко­сти или ско­ро­сти в ат­мо­сфе­ре Солн­ца по­лу­ча­ют за­ви­си­мость пе­рио­дов ко­ле­ба­ний для мод разл. по­ряд­ков от дли­ны вол­ны го­ри­зон­таль­ных мод. Мо­дель Солн­ца уточ­ня­ет­ся пу­тём срав­не­ния гра­фи­ков, по­стро­ен­ных на ос­но­ве на­блю­да­тель­ных дан­ных и тео­ре­тич. рас­чё­тов.

С по­мо­щью Г. дос­тиг­ну­ты важ­ные ре­зуль­та­ты в изу­че­нии Солн­ца. Из­ме­ре­на тол­щи­на кон­век­тив­ной зо­ны, ко­то­рая ока­за­лась рав­ной 200 тыс. км, что уточ­ни­ло пред­став­ле­ния о внутр. строе­нии Солн­ца. На ос­но­ва­нии ана­ли­за спек­тра соб­ст­вен­ных ко­ле­ба­ний по­лу­че­ны на­дёж­ные дан­ные о хи­мич. 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 ср. 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 Г. вы­пол­не­на то­мо­гра­фия ак­тив­ных об­лас­тей на Солн­це и оп­ре­де­ле­ны глу­би­ны сол­неч­ных пя­тен.