宇宙中的脉动红巨星，居然可以发出声音，正为我们合奏交响乐

　　相信很多人都听过交响乐演奏，大提琴、小提琴、长笛、圆号、双簧管、定音鼓等等各种乐器，通过一定的编排和演奏调配后，给我们奉上了一场场优美动听的听觉盛宴。如果说，在宇宙空间中，恒星也会发生声音你肯定会觉得惊讶，而在地球上能够接收到不同恒星所发出的声音，就像共同演奏交响乐一样，你一定会更加觉得不可思议。不过，在天文学家眼里，从恒星中发出的这些声音，同样也是动人的音符。
　　恒星的声音
　　大家知道，任何物体只要在空气或者其它介质中发生振动，就会产生声波。声波的传递方向与能量的传递方向一致，不过它在介质中的运动，并非是直线，而是边向传播方向行进，边垂直于运动方向作简谐运动，所以严格意义上来说，声波是一种纵波。它在上下运动的过程中，不同的振幅决定着声音的强弱，振动得越厉害，振幅越大，声音听起来就越强。
　　当声波穿过任何物体时，无论是声源是吉他弦还是小提琴，抑或是恒星的内部，都能产生反射和相互作用，在此过程中会造成声波强度的变化，有的增加，有的削弱，而有的还会抵消，最终在通过物体时，会形成驻波的有序运动形式，转化为我们最终能够听到的稳定音调。
　　恒星内部同样可以发出声音，因为在恒星的表面之下，随时发生着高热度等离子气体的上升、逐渐冷却、随后再下沉、再上升这样反反复复的过程，就如同放在炉子上烧开的水一样。在此过程中，恒星表面气体的持续运动，就会产生由压力变化所导致的波，其原理和声波的形成是一样的，这些压力变化波之间相互作用，最终形成稳定的气体振荡，于是声音就产生了。
　　如果我们能够靠近恒星的表面，自然是能够听得到这种声音的，只不过我们根本无法到达那些高热的区域，而声音无不可能穿透星际物质非常稀薄的宇宙空间，所以，在地球上我们不能直接收听到这些声音，要不我们的周围该是多么的嘈杂呀。科学家自然有办法破译这些声音
　　恒星表面气体物质的快速、频繁振荡产生的声波，一个周期可以持续好几分钟，在高强度声波的影响下，恒星会产生微弱的亮度变化，拿太阳来说，由这种气体振荡所引发的亮度变化，在最暗的时候与最亮时相比，相差只有百万分之几的级别。而质量和太阳差不多、但体积和温度要低很多的红巨星，表面气体的脉动振荡周期要长得多，所以引发的亮度变化，要比太阳要高几百倍。
　　这种亮度的差异，即使是从红巨星产生的，我们用肉眼和一般的望远镜也很难识别和衡量。但是科学家们自然有办法，可以利用卫星来精确测量，而研究恒星表面气体振荡的课题，后来随着内容的不断丰富，逐渐拓展为星震学。
　　早在1960年，人类就首次观测到了太阳内部的振荡。后来，法国行星凌日太空望远镜在20062013年运行期间，在宇宙中好几千颗恒星中观测到了类似太阳的振荡现象。20092018年间，美国NASA利用开普勒望远镜，对更广阔的太空进行了观测，发现了数以万计的振荡红巨星。
　　近期，美国NASA又利用凌日系外行星勘测卫星（TESS），将符合这一特征的红巨星数据，拓展到十几万颗。虽然TESS主要寻找太阳系以外的系外行星，但是它对恒星亮度的敏感测量，使其成为研究恒星振荡的理想选择。十几万颗脉动红巨星的观测结果，使得在地球上观察的话，几乎能够遍布整个天空。而来自这些红巨星内部自带节奏的声波，为科学家谱写银河系附近星空的交响乐，提供了开场和弦。
　　科学家谱写交响乐的真正意义
　　当然，科学家们对红巨星振荡的观测研究，并非是为了给合真正的交响乐，那是音乐家和音乐爱好者的事。
　　我们知道，大提琴和小提琴之间，长号和短号之间，由于物理构造的差异，使它们发生了自己独特的声音。同样，在天文学家看来，观察到的每个恒星的振荡也会不一样，原因在于每颗恒星的质量大小、内部结构、组分、磁场等方面的差异。通过星震学，科学家们可以给研究恒星的基本特性、内部组成及结构等提供辅助的手段，同时研究的精度也是其它方式所无法比拟的。
　　其中利用TESS等勘测卫星对恒星进行振荡测量，最直接和最迅速的成果就是精确地确定这些恒星的质量和体积大小，而且由于TESS的广泛观测覆盖范围，使得科学家可以在几乎全部天空中，均匀地进行这项研究任务。
　　为什么科学家这么热衷选择红巨星呢？原因也很简单，当质量与太阳相似的恒星演化为红巨星时，它们就会发生膨胀，其直径会膨胀到原来的数十倍、数百倍甚至更多。膨胀后的恒星外层气体，将以周期更长、振幅更大的方式进行脉动，这就意味着可以在更暗的宇宙空间中、以及更多的恒星团系统中发现这些振荡。
　　根据公开的结果，TESS使用其4台摄像机，一次性监视大片天空的时间在一个月左右，而在现在为期两年的任务中，TESS的观测范围已经覆盖了75的天空，每台摄像机每隔半个小时捕捉一次图像，从去年7月份开始，拍摄的时间间隔进一步缩短，每隔10分钟就捕捉一次。
　　目前，通过TESS传回的图像，科学家们已经绘制出了2400万颗恒星的光变曲线图，最终确定了大约2万颗振荡的红巨星。经过神经网络处理训练以后，计算机已经成功识别出近1。6万个脉动红巨星所发生的声音。可见，这个红巨星合唱团的阵容是多么强大呀。
　　在确定了这些红巨星的数量，科学家们还将利用欧航局的盖亚卫星数据，确定了这些恒星与地球的距离，然后推导出这些恒星的质量。结果印证了质量越大的恒星演化得越快的结论，而且在相对较年轻的时候，这些大质量恒星就已经演化为了恒星巨人红巨星。
　　在盖亚卫星的帮助下，几乎覆盖整个天空的红巨星所发出的振荡声音，已经被TESS成功破译了。在地球的上空，这些红巨星们，正在演奏一场空中交响音乐会，门票已经攥在我们手中了，你们有兴趣去聆听吗？