相信很多人都聽過交響樂演奏，大提琴、小提琴、長笛、圓號、雙簧管、定音鼓等等各種樂器，透過一定的編排和演奏調配後，給我們奉上了一場場優美動聽的聽覺盛宴。如果說，在宇宙空間中，恆星也會發生聲音你肯定會覺得驚訝，而在地球上能夠“接收”到不同恆星所發出的聲音，就像共同演奏交響樂一樣，你一定會更加覺得不可思議。不過，在天文學家眼裡，從恆星中發出的這些“聲音”，同樣也是動人的“音符”。

恆星的“聲音”

大家知道，任何物體只要在空氣或者其它介質中發生振動，就會產生聲波。聲波的傳遞方向與能量的傳遞方向一致，不過它在介質中的運動，並非是直線，而是邊向傳播方向行進，邊垂直於運動方向作“簡諧運動”，所以嚴格意義上來說，聲波是一種縱波。它在上下運動的過程中，不同的振幅決定著聲音的強弱，振動得越厲害，振幅越大，聲音聽起來就越強。

當聲波穿過任何物體時，無論是聲源是吉他弦還是小提琴，抑或是恆星的內部，都能產生反射和相互作用，在此過程中會造成聲波強度的變化，有的增加，有的削弱，而有的還會抵消，最終在透過物體時，會形成“駐波”的有序運動形式，轉化為我們最終能夠聽到的穩定音調。

恆星內部同樣可以發出聲音，因為在恆星的表面之下，隨時發生著高熱度等離子氣體的上升、逐漸冷卻、隨後再下沉、再上升這樣反反覆覆的過程，就如同放在爐子上燒開的水一樣。在此過程中，恆星表面氣體的持續運動，就會產生由壓力變化所導致的波，其原理和聲波的形成是一樣的，這些壓力變化波之間相互作用，最終形成穩定的氣體振盪，於是聲音就產生了。

如果我們能夠靠近恆星的表面，自然是能夠聽得到這種聲音的，只不過我們根本無法到達那些高熱的區域，而聲音無不可能穿透星際物質非常稀薄的宇宙空間，所以，在地球上我們不能直接收聽到這些聲音，要不我們的周圍該是多麼的嘈雜呀。

科學家自然有辦法破譯這些聲音

恆星表面氣體物質的快速、頻繁振盪產生的聲波，一個週期可以持續好幾分鐘，在高強度聲波的影響下，恆星會產生微弱的亮度變化，拿太陽來說，由這種氣體振盪所引發的亮度變化，在最暗的時候與最亮時相比，相差只有百萬分之幾的級別。而質量和太陽差不多、但體積和溫度要低很多的紅巨星，表面氣體的脈動振盪週期要長得多，所以引發的亮度變化，要比太陽要高几百倍。

這種亮度的差異，即使是從紅巨星產生的，我們用肉眼和一般的望遠鏡也很難識別和衡量。但是科學家們自然有辦法，可以利用衛星來精確測量，而研究恆星表面氣體振盪的課題，後來隨著內容的不斷豐富，逐漸拓展為“星震學”。

早在1960年，人類就首次觀測到了太陽內部的振盪。後來，法國行星凌日太空望遠鏡在2006-2013年執行期間，在宇宙中好幾千顆恆星中觀測到了類似太陽的振盪現象。2009-2018年間，美國NASA利用開普勒望遠鏡，對更廣闊的太空進行了觀測，發現了數以萬計的振盪紅巨星。

近期，美國NASA又利用凌日系外行星勘測衛星 (TESS)，將符合這一特徵的紅巨星資料，拓展到十幾萬顆。雖然TESS 主要尋找太陽系以外的系外行星，但是它對恆星亮度的敏感測量，使其成為研究恆星振盪的理想選擇。十幾萬顆脈動紅巨星的觀測結果，使得在地球上觀察的話，幾乎能夠遍佈整個天空。而來自這些紅巨星內部自帶節奏的聲波，為科學家譜寫銀河系附近星空的“交響樂”，提供了開場和絃。

科學家譜寫“交響樂”的真正意義

當然，科學家們對紅巨星振盪的觀測研究，並非是為了給合真正的交響樂，那是音樂家和音樂愛好者的事。

我們知道，大提琴和小提琴之間，長號和短號之間，由於物理構造的差異，使它們發生了自己獨特的聲音。同樣，在天文學家看來，觀察到的每個恆星的振盪也會不一樣，原因在於每顆恆星的質量大小、內部結構、組分、磁場等方面的差異。透過“星震學”，科學家們可以給研究恆星的基本特性、內部組成及結構等提供輔助的手段，同時研究的精度也是其它方式所無法比擬的。

其中利用TESS等勘測衛星對恆星進行振盪測量，最直接和最迅速的成果就是精確地確定這些恆星的質量和體積大小，而且由於TESS 的廣泛觀測覆蓋範圍，使得科學家可以在幾乎全部天空中，均勻地進行這項研究任務。

為什麼科學家這麼熱衷選擇紅巨星呢？原因也很簡單，當質量與太陽相似的恆星演化為紅巨星時，它們就會發生膨脹，其直徑會膨脹到原來的數十倍、數百倍甚至更多。膨脹後的恆星外層氣體，將以週期更長、振幅更大的方式進行脈動，這就意味著可以在更暗的宇宙空間中、以及更多的恆星團系統中發現這些振盪。

根據公開的結果，TESS 使用其4臺攝像機，一次性監視大片天空的時間在一個月左右，而在現在為期兩年的任務中，TESS的觀測範圍已經覆蓋了75%的天空，每臺攝像機每隔半個小時捕捉一次影象，從去年7月份開始，拍攝的時間間隔進一步縮短，每隔10分鐘就捕捉一次。

目前，透過TESS傳回的影象，科學家們已經繪製出了2400萬顆恆星的光變曲線圖，最終確定了大約2萬顆振盪的紅巨星。經過神經網路處理訓練以後，計算機已經成功識別出近1.6萬個脈動紅巨星所發生的“聲音”。可見，這個紅巨星“合唱團”的陣容是多麼強大呀。

在確定了這些紅巨星的數量，科學家們還將利用歐航局的蓋亞衛星資料，確定了這些恆星與地球的距離，然後推匯出這些恆星的質量。結果印證了質量越大的恆星演化得越快的結論，而且在相對較“年輕”的時候，這些大質量恆星就已經演化為了恆星巨人－紅巨星。

在蓋亞衛星的幫助下，幾乎覆蓋整個天空的紅巨星所發出的振盪聲音，已經被TESS成功破譯了。在地球的上空，這些紅巨星們，正在演奏一場空中“交響音樂會”，門票已經攥在我們手中了，你們有興趣去聆聽嗎？