Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №03 за 2010 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 8 страниц)
Лишние люди
Торговля на бирже – это не только работа, но и игра, причем азартнейшая. Проигрыш для брокера, притом что в большинстве случаев он оперирует не своими деньгами, а теперь уже часто и перепоручает игру программе, – настоящая трагедия. Фото: PAOLO PELLEGRIN/MAGNUM PHOTOS/AGENCY.PHOTOGRAPHER.RU
Нью-Йоркская фондовая биржа (New York Stock Exchange, NYSE), открывшаяся в 1792 году на узенькой и неказистой Уолл-стрит, два века почти не менялась. Торги проходили на ограниченном пространстве биржевого зала (на местном жаргоне – «в яме»), куда допускались лишь аккредитованные брокеры. Причем каждую сделку между ними должен был заверить сотрудник биржи – маклер, поставив свою подпись под контрактом.
Соответственно, желавшие купить или продать акции должны были действовать через посредников – брокеров. Эти старающиеся перекричать друг друга и отчаянно жестикулирующие персонажи могли показаться неискушенному человеку эксцентричными чудаками. Но все они к 30 годам становились миллионерами. Источник их доходов составляли не только весьма внушительные комиссионные, но и бесценная информация о том, что, когда и по какой цене собираются покупать или продавать крупные инвесторы.
Со временем брокеры обрастали штатом помощников, принимавших заказы и оформлявших сделки. Так возникли брокерские конторы, многие из которых со временем превратились в крупнейшие инвестиционные банки.
Рабочее место трейдера выглядит так, словно он управляет космической станцией. Можно придумать самый совершенный алгоритм игры, но если ваша техника (компьютеры, линии связи) не обеспечивает максимально возможной скорости обработки информации, поступающей с биржи, конкуренты вас обойдут . Фото: PAOLO PELLEGRIN/MAGNUM PHOTOS/AGENCY.PHOTOGRAPHER.RU
Информационные технологии разрушили монополию «акул с Уолл-стрит». В феврале 1971 года в США начала работать первая электронная биржа NASDAQ (ставшая прототипом Российской торговой системы – РТС), где заявки на покупку и продажу выставлялись через электронные коммуникационные сети. Но еще долгих 13 лет право выставлять заявки принадлежало исключительно брокерским компаниям и инвестиционным банкам. Лишь в 1984 году на NASDAQ появилась система исполнения малых ордеров (заявок), позволившая принять участие в торгах всем желающим.
К концу XX века оборот на электронной площадке превысил совокупный оборот всех прочих американских бирж. Постепенно все биржи перешли на электронную систему торгов, превратившись из элитных клубов в место дислокации биржевых серверов. Процесс этот не прошел безболезненно: пришлось преодолеть жесткое сопротивление «профессиональных участников рынка», утверждавших, что прямой доступ на рынок всех и каждого может привести к страшным потрясениям. Но песенка классических брокеров была спета. Биржи, действовавшие по старинке, лишались клиентов, которые уходили на «площадки», где можно было обойтись без дорогостоящих посредников. Маклеров сменили системные администраторы, а брокерам пришлось переквалифицироваться в трейдеров – людей, самостоятельно принимающих решения о покупке или продаже на собственные деньги или деньги клиентов. Впрочем, и над трейдерами нависла нешуточная угроза. На смену им идут «механические торговые системы». Это неблагозвучное название утвердилось за компьютерными роботами, которые самостоятельно принимают решения о покупке или продаже, сами выставляют заявки и отслеживают их исполнение. Преимущества роботов очевидны – они быстрее и точнее человека, и страх им неведом. Они не ошибутся, выставляя заявку, не проспят движений рынка. Вот только в новостях они разбираться пока не научились и биржевой крах от фиксации прибыли пока не отличают. Роботы послушно следуют за рынком, нередко многократно усиливая его колебания, но направление движения задают все еще люди.
Максим Матвейченков
Автоматизированная корысть
Роботу, который только еще создается, нельзя поручать торговлю на рынке, – это может обойтись слишком дорого. Поэтому робот отрабатывается на программе-симуляторе. Чтобы рыночная ситуация, которую она имитирует, соответствовала рельной, симулятор приходится снабжать огромными массивами исторических данных. Все это требует самой современной и мощной электроники и вычислительной техники. Фото: ВЛАДИМИР ПАПЕРНЫЙ Компьютерные программы, торгующие на мировых рынках, пока много чего не умеют – они неспособны делать долгосрочные экономические прогнозы и в соответствии с ними совершать сделки, не знают, как реагировать, например, на захват повстанцами нефтяного месторождения в Нигерии. Но в текущей игре на бирже они явно превосходят человека.
Финансовые роботы (black boxes) – компьютерные системы, специализирующиеся на биржевой игре, вошли в обиход в 1980-х годах, но широко стали применяться в 1990-х, поскольку к тому времени завершилась автоматизация рынков. Если до нее сопоставлением заказов, которые выставляли на бирже покупатели и продавцы, занимались люди (имевшие, кстати, достаточно возможностей сыграть против заказчиков, например, задержать на несколько секунд выполнение заказа, вынудить таким образом продавца снизить цену, купить товар по этой цене и тут же продать его покупателю по первоначальной, более высокой), то теперь заказы сопоставляет и выполняет машина.
Задача у робота та же, что и у брокера: купить подешевле, продать подороже. На мировом финансовом рынке работают тысячи роботов, сотни из которых вполне успешны. На них приходится значительная часть торгового оборота, а в отдельные периоды они полностью доминируют на рынке, особенно в ситуации больших ценовых скачков, требующих мгновенной реакции, для человека недостижимой.
Лучше сорок раз по разу…
Весь поток заказов (quotes) – и на покупку, и на продажу, – а также ход их выполнения (trades) транслируются участникам рынка за небольшую плату по Интернету или прямым линиям. Этой информацией и оперирует робот. Его задача, опередив конкурентов, первым среагировать на выгодное предложение что-то купить или продать. Тут важны и скорость, и способность программы правильно оценить выгодность, которая зависит от множества факторов. Выигрыш в цене редко бывает больше одного цента (трудно поверить, но в XXI веке биржевые цены по старинке квантуются в центах – дробные его доли не допускаются, и если кто-то поставит такой заказ, компьютер биржи его автоматически округлит), но когда сделок много и они объемные, результат может быть внушительным. Вообще, по закону больших чисел гораздо рациональнее 10 000 раз сыграть по центу, чем один раз по 100 долларов – согласно Гауссовой теории ошибок такая стратегия в 100 раз уменьшает ожидаемый проигрыш. Теория, правда, иногда подводит, но, как правило, работает, особенно если вести игру сразу на многих финансовых инструментах и на разных рынках мира, что по силам только роботам.
Двуногие кванты
Но роботов, как я говорил, тысячи, а выигрывают лишь сотни. Почему? Потому что они, предсказывая флуктуации цен, статистически, то есть по результатам множества операций, оказываются правы в более чем 50% случаев. Чтобы создать такого робота, нужны светлые головы, причем не Сороса или Баффета, а российского математика или физика. С чувством законной гордости сообщаю, что выпускники МФТИ, мехматов Москвы, Петербурга и Киева лидируют в этой торговой революции. И не потому что способнее, например, англосаксов, а потому что физико-математическое образование в столицах бывшего СССР было совершенно уникальным. Берусь это утверждать, поскольку преподавал и в России, и на Западе – ряд лет занимал должность профессора теоретической физики Принстонского университета, одного из лучших в мире. Создателей роботов называют квантами – отчасти по названию должности – quantitative analyst (количественный аналитик), отчасти потому, что без квантовой физики в этой области далеко не уедешь. Точнее, нужна не квантовая физика, а опыт теоретического анализа флуктуаций, который неизбежно приобретают те, кто ею занимается. Кванты, как правило, не появляются на сцене и работают под руководством американских менеджеров, но торгуют роботы, созданные ими.
Например, среди сотрудников самого успешного фонда «Ренессанс», широко использующего роботов, несколько десятков выпускников мехмата МГУ и Физтеха, в их числе и мои бывшие студенты. Не надо думать, что это рабочие лошадки, на которых ездят американские толстосумы – ребята зарабатывают миллионы и десятки миллионов долларов в год! Бывает, правда, подкатит тоска, что продаешь науку желтому дьяволу, но с этим приходится мириться. Многие для очистки совести спонсируют науку, например дают деньги на проведение конференций.
Хватай или предсказывай
Как же работают кванты? Про то, как говорится, сидельцы не сказывают. Не могу сказать и я, поскольку сам занимаюсь тем же. Но плюньте в глаза тому, кто будет вам рассказывать о теориях эффективного рынка или случайного блуждания цен акций. Эти теории сегодня неприменимы хотя бы потому, что электронные рынки и Интернет обеспечивают мгновенную обратную связь цен с потоком заказов. Проще говоря, каждый профессиональный биржевой игрок видит, что делают все остальные и как его собственные заказы влияют на рынок. Благодаря этому обстоятельству возможны значительные движения цен, обусловленные не экономическим состоянием компаний, а динамикой потока заказов. Ведь компании выпускают отчеты раз в три месяца, газеты и ТВ публикуют пресс-релизы несколько раз в день, но в короткие промежутки между этими экономическими новостями, ответственными за медленные движения цен, идет интенсивная игра роботов и живых брокеров, на которую экономические факторы не влияют.
Эта сложная многомерная система подчиняется своим статистическим законам, поиском которых занимаются кванты, анализируя терабайты архивных данных. Результаты их работы, естественно, нигде не публикуются, каждый фонд хранит свои секреты за семью печатями, как когда-то государства хранили атомные. Но по числу исследователей и вложенным средствам эта новая секретная область может дать сто очков вперед Атомному проекту.
Грубо стратегии, которые используют роботы, играющие на бирже, можно разделить на два класса. Первый – так называемый арбитраж (arbitrage). Здесь задача состоит в том, чтобы первым обнаружить и схватить заказ, который кто-то на любой площадке поставил по заниженной (в случае продажи) или завышенной (в случае покупки) цене. Такая цена может быть результатом ошибки или плохого технологического оснащения заказчика, из-за чего тот, в отличие от твоего робота, в данный момент не видит цен на тех или иных площадках. Тут счет идет на миллисекунды, а теперь уже и на микросекунды, поэтому приходится до предела укорачивать линии связи. Профессионалы подключают свои торгующие компьютеры прямо к внутренней электронной сети биржи или на худой конец ставят их в том же здании, дабы максимально укоротить провода. Обычные, даже самые быстрые компьютеры здесь тоже не годятся – слишком много времени уходит на выполнение программы. Использовать приходится специальные машины, в которых алгоритм робота зашит в чипе и выполняется, как говорят специалисты, не программно, а аппаратно.
Стратегия простого арбитража не требует владения какими-то изощренными методами высшей математики или искусственного интеллекта, но чтобы выжать максимум из электроники, надо уметь виртуозно программировать.
Вторая стратегия – статистический арбитраж. В нем главное – предсказание флуктуаций рынка. Робот оценивает статистическое ожидание цены акции в ближайшем будущем (скажем, через пять минут) и, если в данный момент она стоит дешевле, быстро ее покупает, а если дороже – продает (оценивая стоимость, робот, конечно же, учитывает комиссионные, которые берет себе биржа за постановку и выполнение заказа, обычно это десятые, иногда сотые доли цента за акцию).
Но рынок – многомерная система, и цена – только верхушка айсберга. Она зависит не только от экономических факторов, но и от своей предыстории, истории всего потока заказов, включая нереализованные. К примеру, робот должен учитывать, что крупные пенсионные фонды обычно покупают и продают большие портфели акций, что приводит к значительному изменению цены. И когда такой мастодонт, двигаясь по своему списку на покупку, приближается к букве «C» (очень упрощенная схема), надо срочно покупать акции Coca-Cola, поскольку фонд их через несколько минут начнет приобретать, цена поднимется и твой робот, прежде чем она упадет, успеет их продать с профитом.
Чтобы предсказывать лучше других (а тут несколько процентов превышения над общим уровнем может обернуться миллионами долларов прибыли в месяц), нужно уметь правильно оценивать сигналы рынка, находить такие индикаторы, которые позволяют наиболее адекватно описывать его динамику, выводить закономерности. Все это невозможно без профессионального знания математики (прежде всего статистики), кибернетики и физики. Плюс к тому необходимо постоянно адаптироваться к эволюции рынка – твой робот не имеет шансов на успех, если не будет самообучаться, а это уже область искусственного интеллекта.
Рабочая лошадка
В чистом виде данные стратегии применяют редко, обычно роботы используют в разных пропорциях сразу обе и, надо сказать, используют весьма успешно. Если по части долгосрочных прогнозов роботы пока уступают финансовым аналитикам, во всяком случае звездам, к которым я причисляю, например, Сороса или Баффета (но никак не многочисленных лауреатов Нобелевской премии по экономике с их теориями эффективного рынка), которые своими предсказаниями зачастую двигают рынок в свою пользу, то по всем другим направлениям они аналитиков значительно потеснили. Даже упомянутые звезды, которые принимают решения исходя из долгосрочных экономических прогнозов, так или иначе используют роботов просто для того, чтобы эффективно проводить конкретные операции. Если Баффет задумает надолго вложиться в акции какой-то компании и начнет открыто скупать их в больших объемах, цена на них к радости роботов, которые только и ждут таких событий, немедленно взлетит, и Баффет потеряет на таком движении рынка миллионы.
Чтобы этого не случилось, обычно поручают какому-то агенту незаметно покупать по 100 акций, не показывая всего огромного заказа. Этот агент, скорее всего, задействует робота, который будет следить за флуктуациями цены и покупать на нижней границе флуктуаций. Создать алгоритм поиска такой границы и отслеживания ее эволюции – задача для хорошего кванта.
Разговор о стратегиях хочется завершить перефразированной строчкой из «Анны Карениной» Льва Толстого: все несчастные роботы устроены одинаково, каждый успешный устроен по-своему.
Один в поле не воин
Широкое распространение роботов, на мой взгляд, сделало совершенно бесперспективной всякую индивидуальную активность на бирже, которая с появлением Интернета умножилась взрывным образом. Одиночка на рынке сегодня выглядит как пешеход, выскочивший на хайвей – от первых нескольких машин он, возможно, и увернется (то есть проведет несколько удачных операций), но в конце концов обязательно будет сбит. Примитивная экстраполяция ценовых графиков и предсказания, основанные на маятниковом характере изменения цены, – вот практически весь нехитрый арсенал средств, которым он располагает. Но ровно ими же пользуются уже не тысячи, а миллионы любителей – вероятность в такой ситуации долго оставаться в плюсе ничтожно мала. Немногого стоят и торговые стратегии, описанием которых наводнен Интернет. Либо это откровенное надувательство, либо выигрыш, который они в лучшем случае могут дать, съедается самой стоимостью торговли на электронном рынке (комиссионными за постановку и прохождение заказов), а также задержками постановки и прохождения заказов, обусловленными обычно несовершенными сетями и алгоритмами индивидуальных инвесторов. Ведь инфраструктура профессиональной биржевой игры и торговых роботов – специальные быстрые линии к рынкам, банки архивных данных и система их пополнения, быстрые алгоритмы постановки заказов и анализа потока данных – все это стоит огромных денег, неподъемных для индивидуала. Да и вообще убежден, самая лучшая стратегия, которую в состоянии придумать нормальный человек со среднего качества техническим образованием, может быть эффективна лишь короткое время, пока другие нормальные люди не додумаются до того же сами или не догадаются по твоим действиям на рынке, как она работает.
Играй честно!
Нравится нам или нет, но роботы стали неотъемлемой частью финансового мира. Их часто обвиняют в том, что они раскачивают рынок, и чуть ли не делают ответственными за нынешний кризис. Но это похоже на то, как в средневековой Европе евреев обвиняли в эпидемии чумы – тогда людям надо было мыть руки после уборной, а сегодня банкам не выдавать заведомо рискованные кредиты. И статистический, и прямой арбитраж стабилизируют рынок, уменьшая его флуктуации. Другое дело – роботы, специально созданные, чтобы его раскачивать. Например, они часто используют тактику, которая состоит в серии мгновенных ударов по цене, заставляющих продавца обнаружить свои намерения. Но действия такого рода осуждаются финансовым сообществом. Здесь нет четких критериев, но все понимают разницу между честной и нечестной игрой. Опережать, предсказывать – честно, а провоцировать – нет.
Думаю, в ближайшие два года мы станем свидетелями настоящего бума в области финансовых роботов. Хотя бы потому, что ими вплотную займется Китай, где уже сегодня около 100 миллионов человек играют на рынке, пока, правда, внутреннем. Финансовые рынки Индии, Бразилии тоже растут с фантастической скоростью. Не знаю, как сейчас обстоят дела на моей родине, в России, – не следил, но и там бум неизбежен – с русскими-то мозгами и русским фатализмом!
Александр Мигдал
Звездная дрожь
Грануляция на Солнце. Яркие пятна – восходящие потоки газа в солнечной фотосфере, темные «щели» между ними – нисходящие. Фото: DDBJORN ENGVOLD ET. AL., ROYAL SWEDISH ACADEMY OF SCIENCES
Астрофизика достигла впечатляющих успехов в объяснении жизни и смерти звезд. Однако продолжаются проверка и уточнение теории звездной эволюции. Самое многообещающее научное направление в этой области – астросейсмология. Она исследует внутреннее строение звезд по дрожанию газа на поверхности этих гигантских плазменных шаров, иногда довольно сильному, но чаще едва уловимому.
Теорию звездной эволюции можно считать вершиной развития современной астрофизики. Опираясь на предположение о термоядерном источнике энергии звезд, она уверенно описывает тончайшие нюансы их судеб. И все же червь сомнения точит некоторых исследователей. Ведь мы видим только тонкий поверхностный слой звезды, и никто никогда непосредственно не наблюдал, как в сердце звезды водород превращается в гелий.
Шанс заглянуть в звездные недра дала возникшая в 1960-х годах нейтринная астрономия. Благодаря высочайшей проникающей способности рождающиеся в термоядерных реакциях нейтрино беспрепятственно покидают солнечное ядро, неся информацию о протекающих там процессах. Открывался путь подтверждения термоядерной гипотезы прямыми наблюдениями. Однако регистрируемый поток нейтрино оказался в несколько раз ниже, чем предсказывала «стандартная» модель Солнца. На решение «проблемы солнечных нейтрино» ушло больше 30 лет. И только в начале XXI века было экспериментально доказано, что на пути к Земле нейтрино постоянно перескакивают между тремя состояниями, а первые нейтринные телескопы регистрировали только одно из них. Проблема успешно разрешилась, но получилось так, что вместо уточнения представлений об источниках звездной энергии, нейтринные телескопы уточнили свойства самих нейтрино.
Все это лишь усилило желание астрономов проникнуть в тайну звездных недр. Тем более что там помимо термоядерных реакций идут и другие интересные процессы, например вращение и конвективное перемешивание огромных масс вещества. Эти глубинные движения тесно связаны с генерацией магнитного поля, которое на Солнце служит главным источником поверхностной активности: вспышек, протуберанцев, корональных выбросов, непосредственно затрагивающих наши земные интересы. Но как проникнуть внутрь раскаленного плазменного шара и узнать, что происходит пусть даже не в ядре, а хотя бы на относительно небольшой глубине?
Дыхание цефеид
На первый взгляд эта задача кажется неразрешимой. Между тем методику исследования недоступных недр ученые применяют уже более столетия. Правда, ученые эти не астрономы, а геологи. Они наблюдают за сейсмическими волнами – колебаниями, которые распространяются в теле нашей планеты после естественных или искусственных встрясок. Скорость волн зависит от параметров среды. Систематически наблюдая за ними, можно построить карту распределения различных пород в земных недрах, которые, несмотря на относительную близость, столь же недоступны для непосредственного исследования, как и недра Солнца. Но раз уж твердая Земля буквально шевелится у нас под ногами, не может ли что-то подобное происходить с плазменными шарами – звездами?
В 1894 году российский астроном Аристарх Белопольский изучал знаменитую звезду дельту Цефея, ту самую, по которой назван целый класс переменных звезд – цефеид. Оказалось, что синхронно с изменениями блеска меняется и положение линий в спектре звезды. Этот сдвиг естественно было объяснить эффектом Доплера: когда источник излучения приближается к нам, линии в его спектре «съезжают» в синюю сторону, а когда удаляется – в красную. Белопольский предположил, что цефеиды – это двойные звезды, у которых переменность блеска связана с периодическими взаимными затмениями, а переменность скорости вдоль луча зрения – с орбитальным движением звезд пары. Однако физик Николай Умов, который был оппонентом Белопольского на защите его диссертации, тогда же высказал мысль, что на самом деле движется не вся звезда, а только ее внешние слои.
Колебания внутри Солнца. Черные линии – акустические волны сжатия и расширения газа (p-моды). Изменение параметров вещества с глубиной заставляет их многократно возвращаться к поверхности, отражаясь от нее. Серые линии – гравитационные колебания, волны поднятия и опускания газа в собственном гравитационном поле (g-моды). На поверхности они почти не проявляются
Догадка Умова блестяще подтвердилась благодаря исследованиям английского астрофизика Артура Эддингтона, а в 1958 году советский физик Сергей Жевакин построил теорию пульсации цефеид. Они действительно «дышат»: расширяются и сжимаются со скоростями, достигающими десятков километров в секунду. Так что дельту Цефея можно считать самым первым объектом, исследованным методами астросейсмологии. Самым первым, но не самым интересным. Дело в том, что пульсации цефеидного типа охватывают лишь незначительную часть массы звезды и для детального ее изучения не годятся. Да и возникают они только в звездах с подходящими параметрами (температурой, плотностью, химическим составом), в которых из любого случайного возмущения развиваются устойчивые автоколебания. Но к чему приведет такое же случайное возмущение в звезде с «неподходящими» параметрами, не способной к пульсации цефеидного типа?
По такой звезде от места возмущения побежит во все стороны волна, часть которой уйдет вглубь звезды, часть пойдет наружу, отразится от поверхности звезды и снова устремится внутрь, пересечет звезду насквозь, опять отразится, смешается с волнами от других возмущений. А возмущений таких много: от конвективных течений, от вспышек на поверхности... В результате вся звезда гудит, подрагивает и становится желанным объектом для сейсмического исследования!
Моды солнечной ряби
На некоторое подрагивание спектральных линий Солнца еще в 1913 году обратил внимание канадский астроном Джон Пласкетт. Однако настоящая история сейсмических исследований дневного светила началась в 1962 году, когда выяснилось, что линии не просто подрагивают, а испытывают колебания с периодом около пяти минут и амплитудой, соответствующей разбросу скоростей в несколько сотен метров в секунду. То есть по поверхности Солнца постоянно гуляют волны высотой в десятки километров. Некоторое время им не придавали большого значения, считая локальным явлением, сопровождающим выход к поверхности конвективных потоков. Но к началу 1970-х годов появились детальные модели внутреннего строения Солнца, благодаря которым удалось увидеть (или услышать?) в этих колебаниях отзвуки глобальной вибрации солнечного вещества. Точнее, пятиминутные осцилляции оказались результатом сложения отдельных волн, или колебательных мод, полное число которых в спектре солнечных пульсаций составляет порядка 10 миллионов. Это акустические колебания, то есть обычные звуковые волны, представляющие собой уплотнения газовой среды. Амплитуды отдельных мод крайне малы, но, складываясь, они могут взаимно значительно усиливать друг друга.
Акустические пульсации разделяются на радиальные, при которых меняется объем Солнца, и нерадиальные, порождающие волны на его поверхности. Радиальные пульсации родственны колебаниям цефеид. Они вызываются волнами, которые уходят вертикально вниз, проходят через центр Солнца, доходят до другой его стороны, отражаются от нее, снова проходят через центр и так далее. Тонкость, однако, в том, что цефеиды (да и то не все) колеблются в так называемой фундаментальной моде, то есть раздуваются и сжимаются как целое, а «спокойные» звезды вроде Солнца при таких же пульсациях разделяются по радиусу на множество слоев, в которых сжатие и расширение чередуются: колебания происходят в обертонах.
Сложнее обстоит дело с нерадиальными пульсациями – тут уже речь идет о движении отдельных «пятен» на поверхности Солнца. Они связаны с волнами, которые ушли вниз не вертикально, а под углом. Из-за того что в недрах меняется скорость звука, такие волны, достигнув некоторой глубины, разворачиваются и возвращаются к поверхности звезды недалеко от исходной точки. Там волна снова отражается и описывает внутри Солнца очередную дугу. Чем сильнее исходная волна отклонилась от вертикали, тем меньше глубина ее погружения, чаще возвраты к поверхности и мельче вызываемая ею «рябь» на поверхности Солнца.
Непрерывно следя за этой рябью, можно построить спектр акустических колебаний Солнца и сравнить его с предсказаниями различных теоретических моделей внутреннего строения нашего светила. Причем неглубокие моды «прочесывают» приповерхностные слои, а радиальные и близкие к ним колебания несут информацию не только об условиях в ядре Солнца, но и о событиях на его противоположной стороне. Благодаря этому удается фиксировать активные области до того, как они выйдут из-за края солнечного лимба, а также следить за ними уже после того, как они скроются из виду.
Модель одной из миллионов нерадиальных мод колебаний на поверхности Солнца. Смещения преувеличены более чем в 1000 раз (справа, фото: MSFC/NASA)
Резонансное акустическое колебание внутри Солнца. Разными цветами показаны области газа, смещенные в разных направлениях (слева, фото: EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY)
Анатомия солнечного вихря
За последние 30 лет гелиосейсмологи смогли получить детальные сведения о распределении плотности, температуры и содержании гелия в солнечных недрах. Содержание гелия характеризует степень переработки водородного топлива солнечным термоядерным реактором. По нему можно оценить, что возраст нашего светила составляет 4,65 миллиарда лет. Это прекрасно согласуется с данными о возрасте Земли, которые получены совершенно независимым методом – по распаду радиоактивных элементов. Одним из первых результатов телескопических наблюдений, сделанных еще в XVII веке, стало определение скорости вращения Солнца по движению пятен на его поверхности. Экваториальные области делают оборот за 25 суток. С ростом широты период увеличивается, достигая у полюсов 38 суток. Но о том, как вращается Солнце внутри, до появления гелиосейсмологии можно было только догадываться. Теперь же все стало ясно: движение вещества в солнечных недрах сносит (икажает) проходящие по нему акустические волны, причем по-разному на различных расстояниях до центра. И в общей картине колебаний на поверхности Солнца появляются дополнительные частоты, по которым и определяется скорость вращения на глубине, куда проникает соответствующая мода.
Так, например, оказалось, что быстрее всего вращается вещество на глубине нескольких десятков тысяч километров под экватором. В конвективной зоне Солнца, где энергия выносится наверх за счет перемешивания газа, вращение носит сложный характер: с глубиной угловая скорость на экваторе убывает, а вблизи полюсов растет. Ядро Солнца вращается как твердое тело, то есть в нем угловая скорость от расстояния до центра уже не зависит. А на расстоянии в 500 тысяч километров от центра расположен узкий слой – тахоклин, исполняющий роль смазки между ядром и нижней границей конвективной зоны. Предполагается, что именно он отвечает за магнитную активность Солнца.
О вращении вещества в самом центре Солнца, в радиусе менее 200 тысяч километров, пока толком сказать нечего. Акустические моды здесь мало что могут подсказать, и потому большие надежды возлагаются на еще один вид колебаний – так называемые гравитационные моды. В них роль движущей силы играет не давление, как в акустических модах, а подъем и опускание вещества в поле тяготения ядра звезды. В отличие от акустических мод, сосредоточенных в основном у поверхности, гравитационные моды «играют» в центре. Именно в них зашифрованы тайны солнечного ядра. К сожалению, с приближением к поверхности они быстро затухают. На сегодня есть лишь одно наблюдение, в котором их как будто удалось зафиксировать, и из него следует, что внутреннее ядро Солнца вращается чуть ли не в пять раз быстрее внешнего ядра. Но эти результаты еще нуждаются в дополнительной проверке.
Модель магнитных полей в конвективной зоне, определяющих активность Солнца. В синих областях поле направлено на восток, в красных – на запад (слева, фото: HAO/UCAR) и модель конвекции у поверхности Солнца в области глубиной 20 и шириной 48 мегаметров. Красные линии – восходящие потоки, синие – нисходящие (справа, фото: CHRIS HENZE/NASA)
Спасибо экзопланетчикам
Солнце, при всей его важности для нас, – лишь одна звезда, одна точка на графике. Для общей проверки теории звездной эволюции этого явно недостаточно. Однако изучение колебаний других звезд – очень сложная задача. На Солнце максимальная амплитуда колебаний скорости в одной моде составляет 15–20 см/с. Измерить столь крохотные сдвиги линий можно пока лишь в спектрах ближайших (и потому ярких) звезд, да и то при использовании лучших спектрографов. Впрочем, иногда можно обойтись и без спектров. Пульсации звезды сопровождаются не только «пляской» спектральных линий, но и небольшими вариациями блеска. Главенствующую роль в астросейсмологии играют частоты пульсаций, и порой не так важно, по какому именно наблюдаемому параметру звезды они определены. Поэтому вместо трудоемкой спектроскопии в некоторых случаях можно проводить более экономичную фотометрию, то есть вместо измерения отдельных линий в спектре контролировать лишь общую яркость звезды. Правда, и это нелегкая задача, так как колебания блеска очень малы – 0,1% и меньше, а значит, нужны очень чувствительные приемники излучения.
