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星震學

十二月 26, 2023

星震學（英語：Asteroseismology，來自古希臘文 ἀστήρ，astēr，恆星、σεισμός, seismos，振動、-λογία, -logia，研究。或稱為stellar seismology[1][2]）是藉由分析恆星震動频谱研究恆星內部結構的學問。在恆星上不同的振動模式會有不同的穿透深度。天文學家利用多普勒效應觀測天體的震動，研究天體的震動可以了解無法被直接觀測到的天體內部結構，例如氦的豐度以及對流區的深度；其原理就像地震學家通過研究地震波來了解地球和其他行星[2]。

恆星內部不同振動模式的震波穿透不同深度。

星震學是用來研究恆星內部結構的工具。振動頻率可以提供震波來源和通過區域的物質密度。恆星光譜可以讓天文學家分析恆星組成，因此光譜學和星震學結合可以得知恆星內部結構。星震學可以將恆星的光小幅變化成聲波[3]。

振動 编辑

星震學家提出在恆星內的振動是因為熱能轉換為脈動的動能而引起。這個過程和任一種熱機是類似的，熱在高溫振動相被吸收，並且在低溫處釋放。在恆星內最主要的機制是在某些恆星中淨輻射能在表面層轉換成脈動能。脈動的結果經常是假設在小規模脈動且孤立球對稱狀態下研究。在聯星系統中，恆星潮汐力對於恆星振動也會有明顯影響。星震學的一個應用是在中子星的研究。中子星內部結構無法被直接觀測，但也許可以透過中子星震盪（英语：Neutron-star oscillation）的研究來推論[來源請求]。

震波形式 编辑

在類太陽恆星中的震波可以分為三個不同形式[4]：

  • p-模式：聲或壓力模式[2]，由恆星的內部壓力驅動；其動力狀態由區域性聲速決定。
  • g-模式：重力波模式，由浮力驅動[5]。
  • f-模式: 表面重力模式，在恆星表面類似波浪的狀態[6]。

在類太陽恆星中，例如南門二，p-模式是最明顯的狀態，而g-模式只侷限在內部的對流區。然而，在白矮星上只能觀測到g-模式[5]。

太陽震動 编辑

日震學（Helioseismology 或 Solar seismology）與星震學密切相關，不過是專門研究太陽內的震波。太陽內的振動是被太陽外層的對流運動激發，而將相關知識應用到觀測類太陽恆星振動就是星震學的範疇。

相關太空任務 编辑

有數個至今仍使用中的太空探測器其任務相當重要的一部分就是星震學：

紅巨星與星震學 编辑

紅巨星是類太陽恆星在核心的氫耗盡使氫核融合停止後的演化晚期狀態。恆星的外層半徑將膨脹到原來的200倍，並且核心收縮。然而，演化過程中有兩個不同的步驟。第一個步驟是核融合會在核心以外的區域發生，但核心的氦不發生核反應；稍後核心溫度將會高到足以引發氦融合反應。先前這兩個階段無法從恆星光譜中直接判斷，並且演化過程的細節無法完全了解。克卜勒太空望遠鏡對相對距離較近的數百顆紅巨星進行星震學觀測[9]，並且將紅巨星區分為兩個形式。氫外層核融合進行終的紅巨星其g-模式振動週期大多是50秒，如果是核心氦融合進行中的則是100到300秒。以上是在角動量守恆的條件下假設紅巨星膨脹的外層和收縮的內層將使核心自轉速度增加，外層轉速降低的狀況下。星震學的研究結果顯示核心的自轉速度至少是外層的10倍以上[10]。更進一步的星震學觀測可以協助了解恆星演化過程中一些不明之處。

參考資料 编辑

  1. ^ Ghosh, Pallab. Team records 'music' from stars. BBC News. 23 October 2008 [2008-10-24]. （原始内容于2021-03-24）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Guenther, David. Solar and Stellar Seismology. Saint Mary's University. [2008-10-24]. （原始内容于2020-12-23）. 
  3. ^ Palmer, Jason. Exoplanet Kepler 37b is tiniest yet - smaller than Mercury. BBC News. 20 February 2013 [2013-02-20]. （原始内容于2018-04-21）. 
  4. ^ Unno W, Osaki Y, Ando H, Saio H, Shibahashi H. Nonradial Oscillations of Stars 2nd. Tokyo, Japan: University of Tokyo Press. 1989. 
  5. ^ 5.0 5.1 Christensen-Dalsgaard, Jørgen. Chapter 1. Lecture Notes on Stellar Oscillations (PDF) 5th. June 2003: 3 [2008-10-24]. [永久失效連結]
  6. ^ Christensen-Dalsgaard, Jørgen. Chapter 2. Lecture Notes on Stellar Oscillations (PDF) 5th. June 2003: 23 [2008-10-24]. [永久失效連結]
  7. ^ Metcalfe, T. S.; et al. A Precise Asteroseismic Age and Radius for the Evolved Sun-like Star KIC 11026764. The Astrophysical Journal. 2010-10-25, 723 (2): 1583. Bibcode:2010ApJ...723.1583M. arXiv:1010.4329  . doi:10.1088/0004-637X/723/2/1583. 
  8. ^ . NASA. 2010-10-26 [3 November 2010]. （原始内容存档于2013-02-25）. 
  9. ^ Bedding TR, Mosser B, Huber D, Montalbaan J; et al. Gravity modes as a way to distinguish between hydrogen- and helium-burning red giant stars. Nature. Mar 2011, 471 (7340): 608–611 [2013-05-16]. Bibcode:2011Natur.471..608B. PMID 21455175. arXiv:1103.5805  . doi:10.1038/nature09935. （原始内容于2017-11-10）. 
  10. ^ Beck, Paul G.; Montalban, Josefina; Kallinger, Thomas; De Ridder, Joris; et al. Fast core rotation in red-giant stars revealed by gravity-dominated mixed modes. Nature. Jan 2012, 481 (7379): 55–57 [2013-05-16]. Bibcode:2012Natur.481...55B. PMID 22158105. arXiv:1112.2825  . doi:10.1038/nature10612. （原始内容于2017-11-19）. 

外部連結 编辑

  • Asteroseismology.org （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • Kepler Asteroseismic Science Operations Center (KASOC) （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • Stellar Oscillations Network Group (SONG) （页面存档备份，存于互联网档案馆）

十二月 26, 2023
星震學, 英語, asteroseismology, 來自古希臘文, ἀστήρ, astēr, 恆星, σεισμός, seismos, 振動, λογία, logia, 研究, 或稱為stellar, seismology, 是藉由分析恆星震動频谱研究恆星內部結構的學問, 在恆星上不同的振動模式會有不同的穿透深度, 天文學家利用多普勒效應觀測天體的震動, 研究天體的震動可以了解無法被直接觀測到的天體內部結構, 例如氦的豐度以及對流區的深度, 其原理就像地震學家通過研究地震波來了解地球和其他行星, 恆星內部不. 星震學 英語 Asteroseismology 來自古希臘文 ἀsthr aster 恆星 seismos seismos 振動 logia logia 研究 或稱為stellar seismology 1 2 是藉由分析恆星震動频谱研究恆星內部結構的學問 在恆星上不同的振動模式會有不同的穿透深度 天文學家利用多普勒效應觀測天體的震動 研究天體的震動可以了解無法被直接觀測到的天體內部結構 例如氦的豐度以及對流區的深度 其原理就像地震學家通過研究地震波來了解地球和其他行星 2 恆星內部不同振動模式的震波穿透不同深度 星震學是用來研究恆星內部結構的工具 振動頻率可以提供震波來源和通過區域的物質密度 恆星光譜可以讓天文學家分析恆星組成 因此光譜學和星震學結合可以得知恆星內部結構 星震學可以將恆星的光小幅變化成聲波 3 目录 1 振動 2 震波形式 3 太陽震動 4 相關太空任務 5 紅巨星與星震學 6 參考資料 7 外部連結振動 编辑星震學家提出在恆星內的振動是因為熱能轉換為脈動的動能而引起 這個過程和任一種熱機是類似的 熱在高溫振動相被吸收 並且在低溫處釋放 在恆星內最主要的機制是在某些恆星中淨輻射能在表面層轉換成脈動能 脈動的結果經常是假設在小規模脈動且孤立球對稱狀態下研究 在聯星系統中 恆星潮汐力對於恆星振動也會有明顯影響 星震學的一個應用是在中子星的研究 中子星內部結構無法被直接觀測 但也許可以透過中子星震盪 英语 Neutron star oscillation 的研究來推論 來源請求 震波形式 编辑在類太陽恆星中的震波可以分為三個不同形式 4 p 模式 聲或壓力模式 2 由恆星的內部壓力驅動 其動力狀態由區域性聲速決定 g 模式 重力波模式 由浮力驅動 5 f 模式 表面重力模式 在恆星表面類似波浪的狀態 6 在類太陽恆星中 例如南門二 p 模式是最明顯的狀態 而g 模式只侷限在內部的對流區 然而 在白矮星上只能觀測到g 模式 5 太陽震動 编辑日震學 Helioseismology 或 Solar seismology 與星震學密切相關 不過是專門研究太陽內的震波 太陽內的振動是被太陽外層的對流運動激發 而將相關知識應用到觀測類太陽恆星振動就是星震學的範疇 相關太空任務 编辑有數個至今仍使用中的太空探測器其任務相當重要的一部分就是星震學 恒星微变和振荡望远镜 英语 MOST satellite Microvariability and Oscillations of STars telescope MOST 加拿大太空局於2003年發射的太空望遠鏡 第一個致力於星震學的太空探測器 對流旋轉和行星橫越任務 法國國家太空研究中心主導 歐洲太空總署參與的太陽系外行星搜尋與星震學太空望遠鏡 發射於2006年 廣角紅外線探測器 英语 Wide Field Infrared Explorer Wide Field Infrared Explorer WIRE 美國國家航空暨太空總署於1999年發射的紅外線望遠鏡 該望遠鏡未正確入軌 現進行星震學研究 太陽和太陽風層探測器 歐洲太空總署 美國國家航空暨太空總署於1995年發射的太陽探測器 克卜勒太空望遠鏡 美國國家航空暨太空總署於2009年發射的搜尋太陽系外行星的太空望遠鏡 目前該望遠鏡已經對視野中超過一千顆恆星進行星震學研究 其中包含一顆被仔細研究的次巨星 KIC 11026764 7 8 紅巨星與星震學 编辑紅巨星是類太陽恆星在核心的氫耗盡使氫核融合停止後的演化晚期狀態 恆星的外層半徑將膨脹到原來的200倍 並且核心收縮 然而 演化過程中有兩個不同的步驟 第一個步驟是核融合會在核心以外的區域發生 但核心的氦不發生核反應 稍後核心溫度將會高到足以引發氦融合反應 先前這兩個階段無法從恆星光譜中直接判斷 並且演化過程的細節無法完全了解 克卜勒太空望遠鏡對相對距離較近的數百顆紅巨星進行星震學觀測 9 並且將紅巨星區分為兩個形式 氫外層核融合進行終的紅巨星其g 模式振動週期大多是50秒 如果是核心氦融合進行中的則是100到300秒 以上是在角動量守恆的條件下假設紅巨星膨脹的外層和收縮的內層將使核心自轉速度增加 外層轉速降低的狀況下 星震學的研究結果顯示核心的自轉速度至少是外層的10倍以上 10 更進一步的星震學觀測可以協助了解恆星演化過程中一些不明之處 參考資料 编辑 Ghosh Pallab Team records music from stars BBC News 23 October 2008 2008 10 24 原始内容存档于2021 03 24 2 0 2 1 2 2 Guenther David Solar and Stellar Seismology Saint Mary s University 2008 10 24 原始内容存档于2020 12 23 Palmer Jason Exoplanet Kepler 37b is tiniest yet smaller than Mercury BBC News 20 February 2013 2013 02 20 原始内容存档于2018 04 21 Unno W Osaki Y Ando H Saio H Shibahashi H Nonradial Oscillations of Stars 2nd Tokyo Japan University of Tokyo Press 1989 5 0 5 1 Christensen Dalsgaard Jorgen Chapter 1 Lecture Notes on Stellar Oscillations PDF 5th June 2003 3 2008 10 24 永久失效連結 Christensen Dalsgaard Jorgen Chapter 2 Lecture Notes on Stellar Oscillations PDF 5th June 2003 23 2008 10 24 永久失效連結 Metcalfe T S et al A Precise Asteroseismic Age and Radius for the Evolved Sun like Star KIC 11026764 The Astrophysical Journal 2010 10 25 723 2 1583 Bibcode 2010ApJ 723 1583M arXiv 1010 4329 nbsp doi 10 1088 0004 637X 723 2 1583 引文使用过时参数coauthors 帮助 Graphics for 2010 Oct 26 webcast Images from the Kepler Asteroseismology Science Consortium KASC webcast of 2010 Oct 26 NASA 2010 10 26 3 November 2010 原始内容存档于2013 02 25 Bedding TR Mosser B Huber D Montalbaan J et al Gravity modes as a way to distinguish between hydrogen and helium burning red giant stars Nature Mar 2011 471 7340 608 611 2013 05 16 Bibcode 2011Natur 471 608B PMID 21455175 arXiv 1103 5805 nbsp doi 10 1038 nature09935 原始内容存档于2017 11 10 引文格式1维护 显式使用等标签 link Beck Paul G Montalban Josefina Kallinger Thomas De Ridder Joris et al Fast core rotation in red giant stars revealed by gravity dominated mixed modes Nature Jan 2012 481 7379 55 57 2013 05 16 Bibcode 2012Natur 481 55B PMID 22158105 arXiv 1112 2825 nbsp doi 10 1038 nature10612 原始内容存档于2017 11 19 引文格式1维护 显式使用等标签 link 外部連結 编辑Asteroseismology org 页面存档备份 存于互联网档案馆 Kepler Asteroseismic Science Operations Center KASOC 页面存档备份 存于互联网档案馆 Stellar Oscillations Network Group SONG 页面存档备份 存于互联网档案馆 European Helio and Asteroseismology Network HELAS 取自 https zh wikipedia org w index php title 星震學 amp oldid 72688464, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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