Задачи окружного тура городской олимпиады. Звездные взаимоотношения

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОКРУЖНОГО ТУРА ГОРОДСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2005 ГОДА 9-10 класс

Сезоны года на Земле сменяются «в противофазе» (когда в северном полушарии лето, то в южном - зима). Допустим, что гипотетическая планета вращается вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, большая полуось которой также равна 1 а.е., и ось вращения перпендикулярна плоскости ее орбиты. Как происходит смена времен года? Как изменится климат по сравнению с климатом Земли?

На такой планете смена времен года будет проходить синхронно, а не в противофазе, как на Земле или Марсе.Вблизи апогелия на всей планете, в обоих полушариях, синхронно, будет условная зима, а вблизи перигелия - условное лето. «Условные», потому что в общепринятых понятиях на полюсах такой планеты будет вечная зима... Тогда сезоны, зависящие только от потока тепла, будут по всей планете определяться только ее положением на орбите, а значит, будут везде меняться синхронно. Климат на такой планете, несмотря на одинаковую большую полуось а=1 а.е., будет более резким, зимы будут более холодными и долгими по второму закону Кеплера (и путь длинее, и скорость меньше).

Когда Луна может подняться выше над горизонтом летом или зимой и почему? А когда Луна в Москве над горизонтом ниже? Летом или зимой и почему?

Двигаясь по эклиптике, Солнце отходит дальше всего от экватора в сторону северного полюса мира 22 июня. Это соответствует точке летнего солнцестояния  - знак Рака. В этот день Солнце имеет максимальное склонение около  =+23. В этот день в Москве (и в северном полушарии) Солнце выше всего над горизонтом. Можно подсчитать и высоту Солнца над горизонтом 22 июня по формуле высота светил в верхней кульминации

h = 90     = 57

Где широта Москвы  =56.

22 декабря Солнце ниже всего над горизонтом в Москве. День самый длинный. Точка зимнего солнцестояния  - знак Козерога - в ней Солнце имеет минимальное склонение   =  23. Высота Солнца над горизонтом около 11.

Как называются точки небесной сферы, в которой эклиптика пересекается небесным экватором? Каким датам это соответствует? Сколько часов длятся в это время ночь и день в Москве? В каких созвездиях находились эти точки 2000 лет тому назад и в каких созвездиях они находятся сейчас и почему?

Две точки небесной сферы, в которых эклиптика пересекает небесный экватор. Переходя из южного полушария в северное, Солнце проходит через точку весеннего равноденствия 20 или 21 марта, а обратно - через точку осеннего равноденствия 22 или 23 сентября. В эти дни по всей Земле Солнце перемещается по небу от восхода до заката почти ровно за 12 часов (без учета рефракции) и, следовательно, везде продолжительность дня и ночи одинакова. Через точку весеннего равноденствия (старые названия – «точка весны» или «начальная точка Овна», знак ) проходят нулевые меридианы в эклиптической и экваториальной системах координат. Около 2000 лет назад, во времена Гиппарха, эта точка располагалась в созвездии Овна. В результате прецессии она переместилась примерно на 20 o к западу и теперь находится в созвездии Рыб. Точка осеннего равноденствия раньше была в Весах (знак ), а теперь в Деве.

Две одинаковые по массе автоматические межпланетные станции (АМС) совершают мягкие посадки: первая – на Венеру, вторая – на Марс. На какой из планет – Земле, Венере или Марсе – эти АМС имеют наибольший вес? Ускорение свободного падения на Земле и Венере считать одинаковыми, а на Марсе g = 3,7 м/с 2 .

Наибольший вес будет на Земле. Вес АМС на Венере будет меньше, чем на Земле, из-за плотной атмосферы (закон Архимеда). На Марсе АМС будет иметь наименьший вес.

Две нейтронные звезды обращаются вокруг общего центра масс по круговой орбите с периодом 7 часов. На каком расстоянии они находятся, если их массы больше массы Солнца в 1,4 раз? Масса Солнца М  = 2·10 30 кг.

Звезды находятся на расстоянии 2R друг от друга. F грав. = G

С другой стороны, F =

= 310 6 м, меньше, чем размеры Земли.

ЗАДАЧИ ОКРУЖНОГО ТУРА ГОРОДСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2005 ГОДА 11 класс

Когда Луна поднимается максимально высоко над горизонтом летом или зимой и почему? А когда Луна в Москве над горизонтом ниже всего? Летом или зимой и почему?

Двигаясь по эклиптике, Солнце отходит дальше всего от экватора в сторону северного полюса мира 22 июня. Это соответствует точке летнего солнцестояния  - знак Рака. В этот день Солнце имеет максимальное склонение около  = + 23. В этот день в Москве (и в северном полушарии) Солнце выше всего над горизонтом. Можно подсчитать и высоту Солнца над горизонтом 22 июня по формуле высота светил в верхней кульминации

h = 90     = 57

Где широта Москвы   = 56.

22 декабря Солнце ниже всего над горизонтом в Москве. День самый длинный. Точка зимнего солнцестояния  - знак Козерога. В ней Солнце имеет минимальное склонение  =  23. Высота Солнца над горизонтом около 11.

Угол между плоскостью орбиты Луны и плоскостью эклиптики составляет 5°. Максимальная высота Луны над горизонтом в июне - 62. Минимальная высота Луны над горизонтом - 6.

2 января 2005 года Земля находилась в перигелии, на расстоянии 14,7 млн.км от Солнца. Когда (примерно) Земля будет в афелии? Сделать поясняющий чертеж. Почему точка афелия не совпадает с точкой летнего солнцестояния, а точка перигелия – с точкой зимнего солнцестояния?

Чертеж обязателен.

На какой планете Меркурии или Марсе тело в свободном падении пролетит дальше за 10 сек.? Масса Меркурия 0,055 М  , радиус 0,38 R  . Масса Марса 0,107 М  , радиус 0,53 R  .

При свободном падении тело проходит путь, равный
, где g – ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения находим по формуле

Подставляя значения массы и радиусов, получим, что g Меркурия =g Марса = 3,8 м/с 2 , следовательно тело в свободном падении на обоих планетах пролетит одно и то же расстояние без учета трения атмосферы.

Межпланетный аппарат обращается вокруг Земли по низкой круговой орбите,
лежащей в плоскости эклиптики. Какое минимальное приращение скорости
нужно придать этому кораблю, чтобы он мог без последующих маневров и
включения двигателей отправиться изучать объекты пояса Койпера?

Пояс Койпера находится во внешних областях Солнечной системы,
и чтобы попасть туда из окрестностей Земли, аппарат должен развить
вторую космическую скорость относительно Солнца, равную 42.1 км/с. Но
Земля сама движется относительно Солнца со скоростью 29.8 км/с, и
скорость аппарата относительно Земли после преодоления ее притяжения
может быть равной всего u = 12.3 км/с. До выхода из поля тяготения
Земли, находясь недалеко от ее поверхности, скорость аппарата должна
быть равна

= 16.6 км/c (V 2 - вторая космическая скорость
для Земли, равная 11.2 км/с).

Двигаясь по круговой орбите, аппарат имел первую космическую скорость V 1 , равную 7.9 км/с. Следовательно, минимальное приращение скорости
(когда аппарат движется в ту же сторону, что и Земля) равно

V = V 3 - V 1 = 8.7 км/с.

Во сколько раз звезда сверхгигант со светимостью 10000 L  больше, чем звезда главной последовательности, если их температуры одинаковы и равны 5800?

Звезда главной последовательности с температурой 5800 - это Солнце. Светимость Солнца L  =1.

L = Т 4 4R 2 .

Их температуры равны.

Откуда радиус сверхгиганта в 100 раз больше радиуса звезды главной последовательности (Солнца).

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2007 ГОДА 11 класс

Наибольшее удаление Венеры от Солнца составляет 48˚. Нарисуйте взаимное расположение Венеры, Земли и Солнца в момент наибольшего удаления Венеры от Солнца и определите расстояние Венеры от Солнца в астрономических единицах и километрах. Наибольшая восточная элонгация Венеры произойдет 9 июня 2007 г, когда произойдет следующая наибольшая восточная элонгация Венеры? Сидерический период обращения Венеры вокруг Солнца равен Т = 0,615 года.

20 января Солнце перешло из созвездия Стрельца в созвездие Козерога. Сейчас (днем 27 января 2007 года) Меркурий и Венера находятся в созвездии Козерога, Марс – в созвездии Стрельца, Нептун в созвездии Козерога, карликовая планета Плутон находится на границе созвездий Стрельца и Змееносца, карликовая планета Церера находится в созвездии Рыбы, Юпитер – на границе созвездий Змееносца и Скорпиона. Уран находится в созвездии Водолея, граничащим с созвездием Козерога. Сатурн находится в созвездии Льва.

Как называется такое расположение планет? Сколько больших планет сейчас находится над горизонтом? Сколько карликовых планет сейчас находится над горизонтом? Сколько больших планет можно будет наблюдать всю ночь?

Решение.

Это расположение планет называется парадом планет. Сегодня днем над горизонтом находится 6 больших планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Уран, Нептун. Сегодня днем над горизонтом находится 2 карликовых планеты: Церера и Плутон. К сожалению, сегодня парад планет не виден вечером и ночью, так как планеты находятся над горизонтом днем.

Всю ночь будет виден Сатурн, следовательно ночью можно наблюдать одну планету.

Земля, двигаясь вокруг Солнца по эллиптической орбите, в январе бывает ближе к Солнцу почти на 5 млн. км, чем в июле. Так почему же в январе у нас холоднее, чем в июле?

Решение.

Основная причина сезонных изменений температуры и климата на Земле связана с углом наклоном ее оси вращения к плоскости орбиты вокруг Солнца (эклиптики), который составляет около 66˚. Это определяет высоту Солнца над горизонтом (летом она выше) и продолжительность дня (летом день длиннее). Т.е. летом больше солнечной энергии попадает на Землю в северном полушарии. Зимой наоборот. Для средней полосы это разница достигает несколько раз. А за счет большей близости Земли к Солнцу зимой чем летом, то за счет этого разница в получаемом тепле составляет всего несколько процентов.

В момент противостояния Сатурн находится в созвездии Льва. В какой момент времени Сатурн пересечет небесный меридиан над точкой юга? В каком созвездии в этот момент находится Солнце?

Решение.

Противостояние планеты происходит во время попятного движения. Верхняя кульминация Сатурна произойдет в полночь по среднему солнечному времени. Солнце в этот момент будет находиться в противоположной точке эклиптики в созвездии Водолея. (Сезон – Зима – февраль).

Наибольшее удаление Венеры от Солнца составляет 48˚. Нарисуйте взаимное расположение Венеры, Земли и Солнца в момент наибольшего удаления Венеры от Солнца и определите расстояние Венеры от Солнца в астрономических единицах и километрах. Наибольшая восточная элонгация Венеры произойдет 9 июня 2007 г, Когда произойдет следующая наибольшая восточная элонгация Венеры? Сидерический период обращения Венеры вокруг Солнца равен Т = 0,615 года.

Решение.

Из рисунка видно, что в равнобедренном прямоугольном треугольнике расстояние Венеры до Солнца равно катету а = а 0 sin 45˚ = 0,71 а.е. = 106 млн.км.

Конфигурации планет повторяются через синодический период S, который находится из уравнения синодического движения 1/S = 1/T – 1/T з. Из этой формулы следует, что синодический период Венеры равен S =T·T з /(T з – T) = 0,615/0,385 =1,597 г = 583 суток = 1 г 7 мес. 8 дн. Так что следующая наибольшая восточная элонгация наступит только в середине января 2009 г.

Роберт Хайнлайн в романе «Дорога доблести» описывает планету - Центр галактической империи. Планета эта «размером с Марс», сила тяжести на ней «почти земная». Что можно сказать о плотности этой планеты? Каковы для этой планеты первая и вторая космическая скорости? Каков период обращения спутника на низкой орбите? Радиус Марса - 3400 км, гравитационная постоянная G = 6,6710 -11 Нм 2 /кг 2 .

Решение.

Из закона всемирного тяготения выразим ускорение свободного падения вблизи поверхности планеты: g = GM/R 2 = 4GR/3.

Отсюда средняя плотность планеты = 3g/4GR = 10317 кг/м 3 - значительно больше плотности железа.

Первая космическая скорость v 1 = (gR) -1/2 = 5,77 км/с.

Вторая космическая скорость в корень из 2 раз больше первой: v 2 = 8,14 км/с.

Период обращения спутника на низкой орбите Т = 2R/v 1 = 3700 с - чуть больше часа.

Линия водорода Н γ с длиной волны λ 0 = 4340А, измеренная в спектре далекой галактике имеет λ = 4774А. Измеренные угловые размеры галактики равны 10"". Определите, с какой скоростью и куда движется эта галактика, на каком расстоянии она находится и каков ее линейный диаметр в парсеках. Сравните с диаметром Млечного Пути.

Постоянная Хаббла Н = 63 км/с Мпк.

Решение.

Красное смещение лини в спектре галактики равно z = (λ-λ 0)/λ 0 =434/4340 = 0,1. Согласно эффекту Доплера это смещение линии объясняется удалением от галактики со скоростью V = z·c = 30000 км/с.

Постоянная Хаббла 63 км/с Мпк.

Согласно закону Хаббла расстояние до галактики r = V/H = 30000/63 =476 Мпк. Диаметр галактики равен d = r·sin 10"" = 476·2·10 -4 = 0,08Мпк = 95 кпк. Диаметр Млечного Пути (спиральной галактики) равен 30кпк. Галактика больше нашей Галактики в 3 раза.

ЗАДАЧИ ОКРУЖНОГО ТУРА 61-Й МОСКОВСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2007 ГОДА 5-6 класс

На приведенном рисунке художник изобразил Луну на фоне звездного неба. Что на этом рисунке изображено неправильно и почему? А как надо верно нарисовать?

Какие созвездия северного неба указывают на северный полюс мира? В каком созвездии он расположен? Сделайте чертеж. Какие созвездия южного неба можно использовать как ориентиры для определения местоположения южного полюса мира? В каком созвездии расположен южный полюс мира?

Назовите самую большую и самую маленькую планету Солнечной системы. Где они расположены по отношению к Солнцу, у какой из этих планет имеются спутники?

Нарисуйте орбиту кометы Мак Нота, Солнце, Землю, другие планеты.

ЗАДАЧИ ОКРУЖНОГО ТУРА 61-Й МОСКОВСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2007 ГОДА 7-8 класс

В настоящее время космический аппарат Кассини исследует и фотографирует планету Сатурн и его спутники. Расстояние от Сатурна до Солнца 29,46 астрономические единицы. За какое минимальное время информация, полученная аппаратом, достигает Земли?

Известна такая загадка о Луне:

« Всю ночь за облаками

Светил фонарь с рогами».

Найдите в загадке астрономическую ошибку.

Что представляют собой две самые яркие, видимые даже невооруженным глазом, туманности земного неба Туманность Андромеды и Туманность Ориона, из чего они состоят, и за счет чего они светят?

29 марта 2006 г. произошло солнечное затмение, в каком созвездии в этот момент находилась Луна?

Самая яркая комета Мак Нота за последние десятилетия, открытая 7 августа 2006 года, имеет перигелий Q = 0,17 а.е., большую полуось а = 5681 а.е. Сейчас комета Мак Нота достигла максимальной видимой величины m = – 4. Она сейчас настолько яркая, что ее можно увидеть даже днем, если заслонить рукой Солнце, но, к сожалению, только в южном полушарии Земли.

Комета Галлея имеет перигелий Q = 0,6 а.е. В последний раз комета Галлея прошла перигелий в 1986 году. В 2023 году комета окажется в самой удаленной точке своей орбиты - более чем в 5 миллиардах километров (q = 35 а.е.) от Солнца.

Нарисуйте орбиту кометы Мак Нота, Солнце, Землю, другие планеты. Нарисуйте примерный вид кометы сейчас.

Нарисуйте орбиту кометы Галлея, Солнце, Землю, другие планеты. Нарисуйте примерный вид кометы сейчас и в 1986 году.

Сейчас (днем 27 января 2007 года) над горизонтом могут быть видны Венера, Нептун, Меркурий, Марс, Юпитер, Уран и карликовая планета Плутон. Как называется такое расположение планет? Какая планета будет видна ночью?

ЗАДАЧИ ОКРУЖНОГО ТУРА 61-Й МОСКОВСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2007 ГОДА 9-10 класс

Мощность излучения Солнца L 0 = 4·10 26 вт. Сколько энергии излучит Солнце за один год? Согласно теории относительности энергия эквивалентна массе, поэтому оцените, сколько массы теряет Солнце каждый год за счет излучения. Солнце «умрет», если потеряет 0,001 своей массы. Оцените время жизни Солнца.

5-6 класс

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2005 ГОДА 7-8 класс

В 2004 году весеннее равноденствие состоялось не 21 марта, как обычно, а 20 марта в 06 ч 49 м UT (всемирное время) Поскольку к этому моменту на летнее время мы еще не перешли, то в Москве было 09 ч 49 м.

Почему это произошло 20 марта? Когда будет весеннее равноденствие в последующие годы? Какова продолжительность дня и ночи в этот день? С момента весеннего равноденствия начинается астрономическая весна. До какого дня она будет продолжаться в 2005 году?

2 января 2005 года Земля находилась в перигелии, на расстоянии 14,7 млн.км от Солнца. Когда (примерно) Земля будет в афелии? Сделать поясняющий чертеж

Когда Луна может подняться выше над горизонтом летом или зимой и почему? А на какую высоту?

ЗАДАЧИ ОКРУЖНОГО ТУРА ГОРОДСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

2 января 2005 года Земля находилась в перигелии, на расстоянии 14,7 млн.км от Солнца. Когда (примерно) Земля будет в афелии? Сделать поясняющий чертеж. Почему точка афелия не совпадает с точкой зимнего солнцестояния, а точка перигелия – с точкой летнего солнцестояния?
Межпланетный аппарат обращается вокруг Земли по низкой круговой орбите, лежащей в плоскости эклиптики. Какое минимальное приращение скорости нужно придать этому кораблю, чтобы он мог без последующих маневров и включения двигателей отправиться изучать объекты пояса Койпера?
Вчера с европейской части России можно было наблюдать начало серии покрытия Антареса Луной в этом учебном году (4 февраля, 3 марта, 30 марта, 26 апреля, 24 марта, 24 мая, 20 июня 2005 года). Покрытия звезд Луной происходят таким образом, что наблюдатель видит исчезновение звезды на восточном крае лунного диска и появление ее вновь - на западном.

Почему покрытия звезд Луной происходят таким образом и именно с такой периодичностью? Для каких научных целей наблюдения покрытий звезд Луной проводились в 18 веке и для каких научных целей проводятся в 21 веке?

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2005 ГОДА 5-6 класс

Известно, что можно определять стороны света по часовой стрелке. Как это можно сделать в Москве, на экваторе и в Австралии?

В наших широтах половина угла, между 12 и часовой стрелкой, направленной на Солнце, показывает юг, в Австралии – на север. На экваторе этот метод не применим. (С учетом декретного времени берется цифра 1, а для летнего декретного времени цифра 2).

Два раза в году, в дни весеннего и осеннего равноденствий, Солнце восходит почти точно на востоке. Какова продолжительность дня и ночи в этот день в Москве? Из какого полушария звездного неба (небесной сферы) в какое полушарие Солнце переходит при этом?

В эти дни по всей Земле Солнце перемещается по небу от восхода до заката почти ровно за 12 часов (без учета рефракции) и, следовательно, в Москве (да и везде в России) продолжительность дня и ночи одинакова.

Весеннее равноденствие наступает, когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное. Это обычно происходит около 21 марта. Осеннее равноденствие наступает, когда Солнце переходит из северного полушария небесной сферы в южное, это обычно наступает 23 сентября.

На каких планетах земной группы дневное небо черное, голубое и красноватое?

Меркурий, Земля и Марс. Полное объяснение учащиеся 5 – 6 класса могут не приводить.

На Меркурии практически нет атмосферы, нет рассеяния света, небо черное. На Земле небо голубое из-за рассеяния солнечного света на молекулах воздуха, при этом голубые лучи рассеиваются сильнее, чем красные. На Марсе из-за сильных пылевых бурь атмосфера насыщена мельчайшими пылевыми частичками, имеющими красный цвет, как и почва.

Когда Луна может подняться выше над горизонтом летом или зимой и почему? А когда Луна в Москве над горизонтом ниже? Летом или зимой и почему?

h = 90     = 57

Где широта Москвы  =56.

В состав Солнечной системы входят различные космические объекты – кометы, Солнце, первый пояс астероидов, объекты пояса Койпера, облако Оорта, планеты. Сделайте рисунок строения Солнечной системы.

Учащимся, указавшим что за орбитой Нептуна находится пояс Койпера и облако Оорта, верно указавшим положение 9 больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон), количество баллов увеличивают.

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОКРУЖНОГО ТУРА ГОРОДСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2005 ГОДА 7-8 класс

В 2004 году весеннее равноденствие состоялось не 21 марта, как обычно, а 20 марта в 06 ч 49 м UT (всемирное время) Поскольку к этому моменту на летнее время мы еще не перешли, то в Москве было 09 ч 49 м. Почему это произошло? Когда будет весеннее равноденствие в последующие годы? Какова продолжительность дня и ночи в этот день? С момента весеннего равноденствия начинается астрономическая весна. До какого дня она будет продолжаться в 2005 году?

Раннее наступление равноденствия связано с тем, что 2004 год – високосный и «лишний день» 29 февраля сдвинул дату равноденствия. В следующие три года все вернется на свои места, а потом повторится.

В эти дни по всей Земле Солнце перемещается по небу от восхода до заката почти ровно за 12 часов (без учета рефракции) и, следовательно, везде продолжительность дня и ночи одинакова.

С момента весеннего равноденствия начинается астрономическая весна, которая продлится до дня летнего солнцестояния, которое в 2005 году наступит 21 июня.

Почему полная фаза солнечного затмения продолжается намного меньше, чем полная фаза лунного затмения.

Покрытие Солнца Луной называется солнечным затмением . Если диск Солнца полностью закрывается диском Луны, то затмение называют полным . Полные солнечные затмения можно видеть только в тех областях Земли, по которым проходит полоса тени Луны. Диаметр тени не превышает 270 км, поэтому полное затмение Солнца видно лишь на малом участке земной поверхности.

Во время полного лунного затмения Луна полностью уходит в конус земной тени. Полная фаза лунного затмения продолжается гораздо дольше (часы), нежели полная фаза солнечного затмения (минуты).

2 января 2005 года Земля находилась в перигелии, на расстоянии 14,7 млн.км от Солнца. Когда (примерно) Земля будет в афелии? Сделать поясняющий чертеж.

На сколько градусов солнечное пятно, расположенное вблизи экватора (период вращения равен 25 суткам) за один оборот обгонит другое пятно, расположенное на широте 30 градусов (период 26,3 суток).

Пусть оба пятна сначала находятся на центральном меридиане Солнца, то есть линии, соединяющей оба полюса и проходящей через видимый центр. Если пятно, имеющее большую широту, вращается медленнее, то пусть через 26,3 суток оно снова окажется на центральном меридиане. Значит, пятно, расположенное на экваторе, обгонит первое пятно на дугу, которое оно пройдет еще через 1,3 суток. За сутки экваториальное пятно проходит дугу в
.

За 1,3 суток экваториальное пятно сместится на 14,41,3=18,7.

Нарисуйте, как вы представляете себе нашу Галактику. Какие объекты входят в ее состав? Где примерно расположено наше Солнце?

Рисунок должен отражать, что наша Галактика – спиральная. Примерные размеры Галактики и расстояние Солнца от центра Галактики должны быть выдержаны в соответствующем масштабе. Очень хорошо, если на рисунке будут изображены шаровые скопления. Рассеянные скопления, гигантские молекулярные облака на рисунке не изображаются. в данном масштабе, но могут быть перечислены. Могут быть перечислены различные типы звезд (звезды главной последовательности, гиганты, сверхгиганты, белые карлики, нейтронные звезды), межзвездный газ, межзвездная пыль, но эти объекты на рисунке не отражаются.

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОКРУЖНОГО ТУРА ГОРОДСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2005 ГОДА 9-10 класс

Сезоны года на Земле сменяются «в противофазе» (когда в северном полушарии лето, то в южном - зима). Допустим, что гипотетическая планета вращается вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, большая полуось которой также равна 1 а.е., и ось вращения перпендикулярна плоскости ее орбиты. Как происходит смена времен года? Как изменится климат по сравнению с климатом Земли?

На такой планете смена времен года будет проходить синхронно, а не в противофазе, как на Земле или Марсе. Вблизи апогелия на всей планете, в обоих полушариях, синхронно, будет условная зима, а вблизи перигелия - условное лето. «Условные», потому что в общепринятых понятиях на полюсах такой планеты будет вечная зима... Тогда сезоны, зависящие только от потока тепла, будут по всей планете определяться только ее положением на орбите, а значит, будут везде меняться синхронно. Климат на такой планете, несмотря на одинаковую большую полуось а=1 а.е., будет более резким, зимы будут более холодными и долгими по второму закону Кеплера (и путь длинее, и скорость меньше).

Когда Луна может подняться выше над горизонтом летом или зимой и почему? А когда Луна в Москве над горизонтом ниже? Летом или зимой и почему?

h = 90     = 57

Где широта Москвы  =56.

Как называются точки небесной сферы, в которой эклиптика пересекается небесным экватором? Каким датам это соответствует? Сколько часов длятся в это время ночь и день в Москве? В каких созвездиях находились эти точки 2000 лет тому назад и в каких созвездиях они находятся сейчас и почему?

Две одинаковые по массе автоматические межпланетные станции (АМС) совершают мягкие посадки: первая – на Венеру, вторая – на Марс. На какой из планет – Земле, Венере или Марсе – эти АМС имеют наибольший вес? Ускорение свободного падения на Земле и Венере считать одинаковыми, а на Марсе g = 3,7 м/с 2 .

Две нейтронные звезды обращаются вокруг общего центра масс по круговой орбите с периодом 7 часов. На каком расстоянии они находятся, если их массы больше массы Солнца в 1,4 раз? Масса Солнца М  = 2·10 30 кг.

Звезды находятся на расстоянии 2R друг от друга. F грав. = G

С другой стороны, F =

= 310 6 м, меньше, чем размеры Земли.

ЗАДАЧИ ОКРУЖНОГО ТУРА ГОРОДСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ПО АСТРОНОМИИ И ФИЗИКЕ КОСМОСА 2005 ГОДА 11 класс

Когда Луна поднимается максимально высоко над горизонтом летом или зимой и почему? А когда Луна в Москве над горизонтом ниже всего? Летом или зимой и почему?

Двигаясь по эклиптике, Солнце отходит дальше всего от экватора в сторону северного полюса мира 22 июня. Это соответствует точке летнего солнцестояния  - знак Рака. В этот день Солнце имеет максимальное склонение около  = + 23. В этот день в Москве (и в северном полушарии) Солнце выше всего над горизонтом. Можно подсчитать и высоту Солнца над горизонтом 22 июня по формуле высота светил в верхней кульминации

h = 90     = 57

Где широта Москвы   = 56.

2 января 2005 года Земля находилась в перигелии, на расстоянии 14,7 млн.км от Солнца. Когда (примерно) Земля будет в афелии? Сделать поясняющий чертеж. Почему точка афелия не совпадает с точкой летнего солнцестояния, а точка перигелия – с точкой зимнего солнцестояния?

Земля в афелии будет 5 июля 2005 года на расстоянии 152, 1 млн.км от Солнца.

Чертеж обязателен.

На какой планете Меркурии или Марсе тело в свободном падении пролетит дальше за 10 сек.? Масса Меркурия 0,055 М  , радиус 0,38 R  . Масса Марса 0,107 М  , радиус 0,53 R  .

Решение.

При свободном падении тело проходит путь, равный
, где g – ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения находим по формуле

Межпланетный аппарат обращается вокруг Земли по низкой круговой орбите,
лежащей в плоскости эклиптики. Какое минимальное приращение скорости
нужно придать этому кораблю, чтобы он мог без последующих маневров и
включения двигателей отправиться изучать объекты пояса Койпера?
Решение.

= 16.6 км/c (V 2 - вторая космическая скорость
для Земли, равная 11.2 км/с).

Двигаясь по круговой орбите, аппарат имел первую космическую скорость V 1 , равную 7.9 км/с. Следовательно, минимальное приращение скорости

(когда аппарат движется в ту же сторону, что и Земля) равно

V = V 3 - V 1 = 8.7 км/с.

Во сколько раз звезда сверхгигант со светимостью 10000 L  больше, чем звезда главной последовательности, если их температуры одинаковы и равны 5800?

Решение.

Звезда главной последовательности с температурой 5800 - это Солнце. Светимость Солнца L  =1.

L = Т 4 4R 2 .

Их температуры равны.

Откуда радиус сверхгиганта в 100 раз больше радиуса звезды главной последовательности (Солнца).

Перевод

Ядро нейтронной звезды находится в таком экстремальном состоянии, что физики не могут договориться о том, что происходит внутри неё. Но новый космический эксперимент - и несколько сталкивающихся нейтронных звёзд - должны показать, могут ли ломаться нейтроны

Предупреждения начали приходить рано утром 17 августа. Гравитационные волны, порождённые столкновением двух нейтронных звёзд - плотных ядер умерших звёзд - омывали Землю. Более 1000 физиков обсерватории aLIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) поспешили расшифровать вибрации пространства-времени, прокатившиеся по детекторам подобно долгому раскату грома. Тысячи астрономов боролись за право стать свидетелями послесвечения. Однако официально весь этот переполох держался в секрете. Нужно было собирать данные и писать научные работы. Внешний мир не должен был узнать об этом ещё два месяца.

Этот строгий запрет поставил Джоселин Рид и Катерино Чатциоаноу , двух членов коллаборации LIGO, в неловкое положение. Днём 17 числа они должны были вести конференцию , посвящённую вопросу о том, что происходит в невообразимых условиях внутренностей нейтронной звезды. А их темой как раз было то, как должно происходить слияние двух нейтронных звёзд. «Мы вышли на перерыв, сели и уставились друг на друга, - говорит Рид, профессор Калифорнийского университета в Фуллертоне. - Так как же мы это сделаем?»

Десятилетиями физики спорили о том, содержат или нет нейтронные звёзды в себе новые виды материи, появляющиеся, когда звезда ломает привычный мир протонов и нейтронов и создаёт новые взаимодействия между кварками или другими экзотическими частицами. Ответ на этот вопрос также пролил бы свет на астрономические загадки, окружающие сверхновые и появление тяжёлых элементов, вроде золота.

Кроме наблюдения за столкновениями при помощи LIGO, астрофизики разрабатывали творческие методы зондирования нейтронной звезды. Задача состоит в том, чтобы узнать какие-либо свойства её внутренних слоёв. Но сигнал, пришедший на LIGO, и подобные ему - испускаемые двумя нейтронными звёздами, обращающимися вокруг общего центра масс, притягивающимися друг к другу, и, наконец, врезающимися - предлагает совершенно новый подход к проблеме.

Странная материя

Нейтронная звезда - это сжатое ядро массивной звезды, очень плотные угли, оставшиеся после сверхновой. Её масса сравнима с солнечной, но сжата она до размеров города. Таким образом, нейтронные звёзды служат плотнейшими резервуарами материи во Вселенной - «последнее вещество на рубеже чёрной дыры», как говорит Марк Алфорд , физик из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

Пробурив такую звезду, мы бы приблизились к переднему краю науки. Пара сантиметров нормальных атомов - в основном, железо и кремний - лежат на поверхности, будто ярко-красное покрытие самых плотных сосательных конфет Вселенной. Затем атомы так сильно сжимаются, что теряют электроны, попадающие в общее море. Ещё глубже протоны начинают превращаться в нейтроны, находящиеся так близко, что они начинают перекрывать друг на друга.

Необыкновенное ядро нейтронной звезды. Физики пока ещё обсуждают, что именно находится внутри неё. Вот несколько основных идей.

Традиционная теория

Атмосфера - лёгкие элементы вроде водорода и гелия
Внешняя оболочка - ионы железа
Внутренняя оболочка - решётка ионов
Внешнее ядро - богатые нейтронами ионы в море свободных нейтронов

А что внутри?

В кварковом ядре нейтроны разваливаются на верхние и нижние кварки.
В гиперонном существуют нейтроны, состоящие из странных кварков.
В каонном - двухкварковые частицы с одним странным кварком.

Теоретики спорят о том, что происходит дальше, когда плотность в 2-3 раза начинает превышать плотность нормального атомного ядра. С точки зрения ядерной физики нейтронные звёзды могут просто состоять из протонов и нейтронов, то есть, нуклонов. «Всё можно объяснить вариациями нуклонов», - говорит Джеймс Латтимер , астрофизик из Университета в Стони-Брук.

Другие астрофизики считают иначе. Нуклоны - не элементарные частицы. Они состоят из трёх кварков [ - прим. перев. ]. Под невероятно сильным давлением кварки могут сформировать новое состояние - кварковую материю. «Нуклоны - это не бильярдные шары», - говорит Дэвид Блашке , физик из Вроцлавского университета в Польше. «Они больше похожи на вишенки. Их можно немного сжимать, но в какой-то момент вы их раздавите».

Но некоторые считают джем из кварков слишком простым вариантом. Теоретики давно думают о том, что внутри нейтронной звезды могут появляться слои из более странных частиц. Энергия сжимаемых вместе нейтронов может перейти в создание более тяжёлых частиц, содержащих не только верхние и нижние кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, но и более тяжёлые и экзотические странные кварки.

К примеру, нейтроны могут уступать место гиперонам , трёхкварковым частицам, в которые входит по меньшей мере один странный кварк. В лабораторных экспериментах гипероны получались, но они практически сразу исчезали. Внутри нейтронных звёзд они могут стабильно существовать миллионы лет.

Как вариант, скрытые глубины нейтронных звёзд могут быть заполнены каонами - также состоящими из странных кварков - собирающимися в один кусок материи, находящийся в едином квантовом состоянии.

Но несколько десятилетий поле этих исследований было в тупике. Теоретики изобретали идеи по поводу того, что может происходить внутри нейтронных звёзд, но это окружение настолько экстремальное и малознакомое, что эксперименты на Земле не могут воссоздать нужных условий. В Брукхейвенской национальной лаборатории и в ЦЕРН физики сталкивают друг с другом тяжёлые ядра, например, золота и свинца. Это создаёт состояние материи, напоминающее суп частиц, в котором присутствуют свободные кварки, известное, как кварк-глюонная плазма . Но это вещество получается разреженным, не плотным, а его температура в миллиарды или триллионы градусов оказывается гораздо выше, чем у внутренностей нейтронной звезды, внутри которой царят относительно прохладные температуры в миллионы градусов.

Даже теория возрастом в несколько десятилетий, описывающая кварки и ядра, "квантовая хромодинамика " или КХД, не может дать ответов на эти вопросы. Вычисления, требующиеся для изучения КХД в относительно холодных и плотных средах до такой степени ужасно сложные, что их нельзя провести даже на компьютере. Исследователям остаётся довольствоваться чрезмерными упрощениями и разными трюками.

Единственный вариант - изучать сами нейтронные звёзды. К несчастью, они очень далеки, тусклы, и очень сложно измерить у них что-либо кроме самых основных свойств. Что ещё хуже, самая интересная физика происходит под их поверхностью. «Ситуация напоминает лабораторию, в которой происходит что-то удивительное, - говорит Алфорд, - в то время, как вы можете видеть только свет из её окон».

Но с новым поколением экспериментов теоретики могут, наконец, вскоре взглянуть на это как следует.

Инструмент NICER прямо перед запуском на МКС. Он отслеживает рентгеновское излучение нейтронных звёзд

Мягкое или твёрдое?

Что бы ни находилось в ядре нейтронной звезды - свободные кварки, конденсат каонов, гипероны или старые, добрые нуклоны - этот материал должен держаться против сокрушительной гравитации, превышающей солнечную. Иначе звезда схлопнулась бы в чёрную дыру. Но разные материалы могут сжиматься гравитацией в разной степени, что определяет максимально возможный вес звезды для заданного физического размера.

Астрономы, вынужденные оставаться снаружи, распутывают эту цепочку, пытаясь понять, из чего состоят нейтронные звёзды. А для этого очень хорошо было бы знать, насколько они мягкие или жёсткие на сжатие. Чтобы узнать это, астрономам необходимо измерить массы и радиусы различных нейтронных звёзд.

Среди нейтронных звёзд легче всего взвешивать пульсары: быстро вращающиеся нейтронные звёзды, радиолуч которых проходит сквозь Землю с каждым их поворотом. Порядка 10% из 2500 известных пульсаров относятся к двойным системам. В процессе движения этих пульсаров те их импульсы, что должны с равными промежутками достигать Земли, варьируются, выдавая движение пульсаров и их положение на орбитах. А зная орбиты, астрономы могут, воспользовавшись законами Кеплера и дополнительными поправками Эйнштейна и ОТО, находить массы этих парочек.

Пока что крупнейшим прорывом стало открытие неожиданно здоровых нейтронных звёзд. В 2010 году команда под руководством Скотта Рэнсома в Национальной радиоастрономической обсерватории Виргинии объявила, что измерила массу пульсара и нашла её равной двум солнечным - что гораздо больше ранее виденного. Некоторые даже сомневались в возможности существования таких нейтронных звёзд; это приводит к серьёзным последствиям для нашего представления о поведении ядер атомов. «Сейчас это одна из самых часто цитируемых работ по наблюдению за пульсарами, и всё благодаря физикам-ядерщикам», - говорит Рэнсом.

В соответствии с некоторыми моделями нейтронных звёзд, утверждающих, что гравитация должна их сильно сжимать, объект такой массы должен схлопнуться в чёрную дыру. Каонные конденсаты в таком случае пострадают, поскольку они достаточно мягкие, а также это не очень хорошо для некоторых вариантов квантовой материи и гиперонов, которые тоже сжались бы слишком сильно. Измерение было подтверждено открытием ещё одной нейтронной звезды, имеющей массу в две солнечных, в 2013 году.

Ферьял Озель, астрофизик из Аризонского университета, провела измерения, из которых следует, что в ядрах нейтронных звёзд содержится экзотическая материя

С радиусами всё немного сложнее. Астрофизики, например, Ферьял Озель из Аризонского университета, разработала различные приёмы для подсчёта физического размера нейтронных звёзд при помощи наблюдения за рентгеновскими лучами, исходящими с их поверхности. Вот один способ: можно измерить общее рентгеновское излучение, использовать его для оценки температуры поверхности, и затем рассчитать размер нейтронной звезды, способной излучать такие волны (внося поправки на то, как они изгибаются из-за гравитации). Также можно искать горячие точки на поверхности нейтронной звезды, постоянно появляющиеся и исчезающие из поля зрения. Сильное гравитационное поле звезды будет изменять световые импульсы в зависимости от этих горячих точек. Разобравшись в гравитационном поле звезды, можно воссоздать её массу и радиус.

Если верить этим расчётам Озел, получается, что хотя нейтронные звёзды и бывают довольно тяжёлыми, их размер находится в пределах 20-22 км в диаметре.

Принятие того факта, что нейтронные звёзды маленькие и массивные «загоняет вас в рамки, в хорошем смысле», - говорит Озел. Она говорит, что так должны выглядеть нейтронные звёзды, набитые взаимодействующими кварками, а у нейтронных звёзд, состоящих только из нуклонов, радиус должен был быть большим.

Джеймс Латтимер, астрофизик из Университета в Стони-Брук, утверждает, что в ядрах нейтронных звёзд нейтроны остаются нетронутыми

Но у Латтимера, среди прочих критиков, есть сомнения по поводу предположений, используемых при рентгеновских измерениях - он считает, что они ошибочные. Он думает, что они могут неоправданно уменьшить радиус звёзд.

Обе соперничающие стороны считают, что их спор вскоре разрешится. В прошлом июне 11-я миссия SpaceX доставила на МКС ящик весом 372 кг, содержащий рентгеновский телескоп Найсер (англ. Neutron star Interior Composition Explorer, NICER). Найсер, в данное время собирающий данные, создан для определения размеров нейтронных звёзд через изучение горячих точек на их поверхности. Эксперимент должен выдать лучшие измерения радиусов нейтронных звёзд, считая пульсары, массы которых измерены.

«Мы все очень ждём результатов», - говорит Блашке. Точно измеренные масса и радиус даже одной нейтронной звезды сразу отметут множество вероятных теорий, описывающих их внутреннюю структуру, и оставит только те, что выдают определённое соотношение размера и веса.

А теперь к экспериментам подключился ещё и LIGO.

Сначала сигнал, который Рид обсуждала за кофе 17 августа, обрабатывали как результат столкновения чёрных дыр, а не нейтронных звёзд. И это имело смысл. Все предыдущие сигналы с LIGO были получены от чёрных дыр, более сговорчивых объектов с вычислительной точки зрения. Но в порождении этого сигнала участвовали более лёгкие объекты, а продолжался он гораздо дольше, чем происходит объединение чёрных дыр. «Совершенно очевидно, что это оказалась не такая система, на которых мы тренировались», - сказала Рид.

Когда две ЧД сближаются по спирали, они излучают орбитальную энергию в пространство время в виде гравитационных волны. Но в последнюю секунду нового 90-секундного сигнала, полученного LIGO, каждый объект испытал то, чего не испытывают ЧД: он деформировался. Пара объектов стала растягивать и сжимать материю друг друга, создавая волны, изымающие энергию их орбит. Это заставило их столкнуться быстрее, чем было бы в ином случае.

После нескольких месяцев неистовой работы с компьютерными симуляциями, группа Рид в LIGO выпустила своё первое измерение эффектов, оказываемых этими волнами на сигнал. Пока у команды есть только верхний предел - что означает, что эффект, оказываемый волнами, слаб или даже просто незаметен. А это значит, что нейтронные звёзды физически малы, и их материя удерживается вокруг центра в очень плотном состоянии, что препятствует её приливному растяжению. «Думаю, что первое измерение через гравитационные волны вроде бы подтверждает то, о чём говорили рентгеновские наблюдения», - говорит Рид. Но это ещё не конец. Она ожидает, что более сложное моделирование того же сигнала выдаст более точную оценку.

Найсер и LIGO предоставляют новые способы изучения нейтронных звёзд, и многие эксперты с оптимизмом ждут, что в следующие несколько лет появятся недвусмысленные ответы на вопрос сопротивления материала гравитации. Но теоретики, например, Альфорд, предупреждают, что простое измерение мягкости материи нейтронной звезды не даст полной информации о ней.

Возможно, другие признаки скажут больше. К примеру, идущие наблюдения за скоростью охлаждения нейтронных звёзд должны позволить астрофизикам рассуждать о присутствующих внутри них частицах и их способности излучать энергию. Или же изучение замедления их вращения может помочь определить вязкость их внутренностей.

Но, в любом случае, просто знать, в какой момент происходит фазовый переход материи и во что она превращается - это достойная задача, считает Альфорд. «Изучение свойств материи, существующей в разных условиях - это, в общем, и есть физика», - говорит он.

Муниципальный этап X VIII

2010/2011 учебный год

7-9 класс.

Задача 1. Представители каких классов астрономических объектов входят в состав Солнечной системы?

Решение. В состав Солнечной системы входят представители: звезд, планет, спутников планет, астероидов, комет, метеороидов. Также в нашей системе присутствуют пыль и газ.

За каждый названный элемент по 1 баллу.

Задача 2. Куда прибудет земной путешественник, если он будет двигаться на северо-восток, ориентируясь по магнитной стрелке компаса?

Решение. Двигаясь по спирали, этот путешественник прибудет в южный магнитный полюс Земли, находящийся, как известно, в северных полярных широтах нашей планеты. Именно на южный магнитный полюс указывает северная стрелка компаса.

Примечание. Основным выводом должно являться движение по спирали и конечный ответ - район Северного полюса (4+4 балла).

Задача 3. Почему на небе вблизи Млечного Пути наблюдается больше слабых звезд, а количество слабых галактик, наоборот, меньше, чем вдали от него?

Решение. Наблюдая области неба, близкие к Млечному Пути, мы видим звезды нашей Галактики, сконцентрированные в ее диске. Именно их излучение сливается в светлую полосу Млечного Пути. Вдоль Млечного Пути наблюдается много молодых горячих звезд, которые рождаются из уплотненного в галактической плоскости межзвездного вещества. Однако все это вещество, точнее, его пылевая составляющая, поглощает свет более далеких объектов. Поэтому галактики практически не видны вблизи полосы Млечного Пути. И наоборот, вдали от Млечного Пути звезд нашей галактики наблюдается меньше, поглощение газо-пылевой составляющей практически отсутствует - мы видим много галактик.

Зада ча 4. В опере итальянского композитора Джакомо Пуччини «Мадам Батерфляй» (Чио-Чио-сан) один из героев (Пинкертон) в первом действии спектакля поет следующее: «И тысяча звезд на нас смотрит своими глазами». Подтвердите или опровергните слова Пинкертона с астрономической точки зрения.

Решение. Пинкертон, в принципе, прав. На всем звездном небе около 6 тысяч звезд, видимых невооруженным глазом. Из них половина в каждый момент времени находится над горизонтом. Однако слабые звезды не будут видны низко над горизонтом, особенно если прозрачность атмосферы не очень хорошая. В итоге, на звездном небе можно увидеть 1-2 тысячи звезд.

Полное и правильное объяснение – 8 баллов

Задача 5. В один и тот же день были зарегистрированы следующие события (время – всемирное):

событие А - землетрясение в Японии в 12 час 02 мин;

событие В - образование пятна на Солнце в 12 час 10 мин;

событие С - вспышка на Солнце в 12 час 12 мин.

Что можно сказать о последовательности этих событий во времени?

Решение. Расстояние от Солнца до Земли составляет около 149.6 млн км, а свет распространяется со скоростью 300000 км/с, проходя данное расстояние за 8 минут 19 секунд. Поэтому все события на Солнце происходят на 8 с лишним минут раньше, чем мы их регистрируем. Поэтому из трех событий первым произошло событие B (чуть ранее 12ч02м), затем событие A (12ч02м) и, наконец, событие C (незадолго до 12ч04м).

Полное и правильное объяснение – 8 баллов

Задача 6. Какое утверждение ошибочно? Ответ обосновать

1) Кометы светятся, так как ядро кометы раскаляется и горит.

2) На Венере часто бывают кислотные дожди.

3) Сатурн излучает в пространство больше тепла, чем получает от Солнца.

4) Обратная сторона Луны, невидимая с Земли, погружена в вечный мрак.

5) Фраза из фантастического фильма: "радиосигнал получен от звезды альфа Центавра из созвездия Девы"

6) В 2006 году на северном полюсе Земли наблюдалось солнечное затмение.

7) На Марсе есть высохшие русла рек.

8) Смена лунных фаз происходит потому, что Луна периодически попадает в тень Земли.

Решение

Задача №6
не верно; причины свечения комет: отражение солнечного света пылинками и свечение ионизированного газа


не верно; в новолуние, например, обратная сторона Луны полностью освещена
не верно; альфа Центавра – ярчайшая звезда в созвездии Центавра, а не Девы


не верно; когда Луна попадает в тень Земли, то происходит лунное затмение.

Муниципальный этап X VIII Всероссийской олимпиады школьников по астрономии

2010/2011 учебный год

Возможные решения задач. Краткие указания.

10 класс

Зада ча 1. Известно, что время наступления океанских приливов каждый день смещается примерно на 50 минут. Почему?

Решение. Время океанских приливов определяется положением Луны на небе. Двигаясь по орбите в сторону, противоположную видимому вращению звездного неба, Луна каждый день кульминирует примерно на 50 минут позже, чем в предыдущий день, завершая полный цикл за 29.5 дней – за синодический период Луны. На 50 минут смещается и время приливов.

Полное и правильное объяснение – 8 баллов

Задача 2. Созвездия и звезды

1) Чем отличается Полярная от других звезд? В каком созвездии находится?

2) Назовите имя ярчайшей звезды небосвода. В каком созвездии она находится? В какое время года она лучше всего видна на широте Ульяновска?

3) Назовите имена ярких звезд, составляющих вершины летне-осеннего треугольника. В каком созвездии они находятся?

Задача №2
Полярная находится ближе всего к Северному полюсу мира; Поэтому она выглядит неподвижной (почти) Поэтому же определяет направление на Север Созвездие Малой медведицы
Созвездие Большого Пса Конец августа, начало сентября
Летне-осенний треугольник: Вега (созв. Лиры), Денеб (созв. Лебедя), Альтаир (созв Орла)
Андромеда, галактика Туманность Андромеды
Кассиопея

4) Назовите созвездие северного полушария, в котором невооруженным глазом можно наблюдать галактику.

5) название близполюсного созвездия, своими очертаниями напоминающего букву W.

Решение.

Задача 3. С какой скоростью и в каком направлении должен лететь самолет вдоль параллели Ульяновска (широта 54 градуса), чтобы местное солнечное время для пассажиров самолета остановилось?

Решение.

Задача 4. Сколько времени надо затратить космическому кораблю, летящему со скоростью 30 км/с, чтобы достичь ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра, параллакс которой 0,76"?

Решение.

Задача 5. В пункте A в зените наблюдается метеор, имеющий блеск 0 m . В пункте B этот же метеор был виден на высоте 30 над горизонтом. Какой блеск был у него в этом пункте? Поглощением света в атмосфере пренебречь.

Решение. Явления метеоров происходят на высотах порядка 100 км. Это значительно меньше радиуса Земли, и для решения задачи мы можем забыть о сферичности нашей планеты и считать ее плоской. Из рисунка видно, что расстояние от метеора до точки B , где он был виден на высоте 30, в (1/sin30)=2 раза больше, чем из точки A , находящейся прямо под метеором. Следовательно, его блеск в точке B без учета атмосферного поглощения составил

Выполнение рисунка – 2 балла

Определение расстояния из чертежа – 2 балла

Запись формулы для определения блеска – 2 балла

Расчет – 2 балла

Задача 6. Две нейтронные звезды вращаются вокруг общего центра с периодом 7 часов. На каком расстоянии они находятся, если их массы больше массы Солнца в 1,4 раз? Масса Солнца М¤=2×10 30 кг.

Звезды находятся на расстоянии 2R друг от друга. F грав. = G
-3балла

С другой стороны, F=
- 3 балла

=310 6 м, меньше, чем размеры Земли. – 2 балла

Муниципальный этап X VIII Всероссийской олимпиады школьников по астрономии

2010/2011 учебный год

Возможные решения задач. Краткие указания.

11 класс

Зада ча 1. Венера вступила в тесное соединение с Марсом. У какой из двух планет видимый диаметр в это время больше?

Решение. Во время соединения Венера находится к нам ближе, чем Марс, вне зависимости от своей конфигурации. Диаметр Венеры больше диаметра Марса, следовательно, ее угловые размеры были также больше.

Полное и правильное объяснение – 8 баллов

Задача 2. На какую максимальную высоту над горизонтом поднимается Солнце в течение года на широте Ульяновска (широта 54 градуса)? Ответ обоснуйте.

Решение. В Северном полушарии Земли Солнце максимально высоко поднимается во время летнего солнцестояния. – 3 балла

В это время его склонение равно углу наклона эклиптики к экватору (23.5 градуса) – 2 балла

Поэтому максимальная высота будет равна h=90-54+23,5=59,5 градуса. - 3 балла.

Задача 3. В настоящее время космический аппарат Кассини исследует и фотографирует планету Сатурн и его спутники. Расстояние от Сатурна до Солнца 29,46 астрономические единицы. За какое минимальное время информация, полученная аппаратом, достигает Земли?

Решение.

Минимальное расстояние от Земли до Сатурна 29,46 – 1 = 28,46 (а.е.) = 28,46·150000000 км = 4,27·10 9 км. – 4 балла

Свет имеет скорость с = 300000 км/с, поэтому информация достигнет Земли за время 4,27·10 9 км/300000 км/с =1,42·10 4 с = 3ч 57м. – 4 балла

Задача 4. Две нейтронные звезды обращаются вокруг общего центра масс по круговой орбите с периодом 7 часов. На каком расстоянии они находятся, если их массы больше массы Солнца в 1,4 раз? Масса Солнца М  = 2·10 30 кг.

Решение.

Звезды находятся на расстоянии 2R друг от друга. F грав. = G - 2 балла

С другой стороны, F = - 2 балла

Решение системы уравнений и получение окончательного ответа:= 310 6 м, меньше, чем размеры Земли. – 2 балла

Зада ча 5. В желтых лучах звезды A и B светят одинаково, а в красных лучах звезда B на 0.1 m ярче, чем звезда A . Какая из звезд горячее?

Решение. Как известно, чем горячее звезда, тем в более коротковолновую область спектра попадает максимум ее излучения. – 4 балла

В нашем случае в спектре звезды B преобладает длинноволновое (красное) излучение, и если на пути от Земли к этим звездам нет большого количества межзвездной пыли, поглощающей свет звезд и меняющей его цвет, то звезда A горячее звезды B . – 4 балла.

Задача 6. Во сколько раз звезда сверхгигант со светимостью 10000 L  больше, чем звезда главной последовательности, если их температуры одинаковы и равны 5800?

Решение.

Звезда главной последовательности с температурой 5800 - это Солнце. – 2 балла

Светимость Солнца L  =1. – 2 балла

Применение закона Стефана-Больцмана: L= Т 4 4R 2 . – 2 балла

Их температуры равны.

Откуда радиус сверхгиганта в 100 раз больше радиуса звезды главной последовательности (Солнца).- 2 балла

Документ

II муниципального этапа всероссийской олимпиады школьников по предмету. 5. Руководителям общеобразовательных учреждений: 5.1. обеспечить присутствие школьников на II муниципальном этапе всероссийской олимпиады школьников согласно...

Приказ 23 сентября 2013 г с. Тугулук №258 Опорядке проведения школьного этапа и участии в муниципальном этапе всероссийской олимпиады

Документ

Экологии, географии, астрономии , экономике, технологии, ... Муниципальный этап всероссийской олимпиады школьников 2013-2014 учебного года 17. Участие в муниципальном этапе всероссийской олимпиады школьников с 14.11.2013 по ... и информатики VIII . Физика...

Положение о Всероссийской Олимпиаде, порядок и пункты проведения муниципального этапа, задания для школьного этапа

Документ

...) Положение о Всероссийской Олимпиаде , порядок и пункты проведения муниципального этапа , задания для школьного этапа География Сайт олимпиады школьников Московской...

Окружной тур

- 8 класс

Задание 1 . Сегодня вечером на юго-востоке при хорошей погоде можно наблюдать в Москве яркую планету. Что это за планета , в каком созвездии она наблюдается и какие созвездия расположены рядом? Какие яркие звезды этих созвездий вы знаете?

Решение задания 1.

Это Юпитер в созвездии Тельца. Рядом ниже видно созвездие Орион, выше созвездие Возничего. Яркие звезды в созвездии Орион - Бетельгейзе ( Ориона), Ригель (β Ориона). Яркая звезда в созвездии Возничего - Капелла ( Возничего). Яркая звезда в созвездии Тельца - Альдебаран ( Тельца).

Наиболее приметными созвездиями, которые находятся высоко над южной стороной неба, являются: Орион, западнее Телец, восточнее над Орионом Близнецы. У самого горизонта на юго-востоке сияет ярчайшая звезда земного неба Сириус. В Тельце хорошо видно рассеянное скопление звезд Плеяды. Над Тельцом, почти в зените виден Возничий с яркой Капеллой.

Задание 2. 13 декабря наступило новолуние в 8 час. 42 мин. Когда наступит полнолуние?

Решение задания 2. Нужно вспомнить, что синодический месяц - период смены лунных фаз, равен 29,5 суток.

Задание 3. Что такое тропик Рака, где он расположен, каким астрономическим явлением он характеризуется, и почему его так называют?

Решение задания 3. Тропик Рака расположен на Земле, на параллели, соответствующей широте 23,5 о. В местах расположенных на этой параллели Солнце бывает в зените раз в году в день летнего солнцестояния. В этот день Солнце вступает в знак Рака и зодиакальное созвездие Близнецы, в котором в настоящее время расположена точка летнего солнцестояния. В античные времена эта точка располагалась в созвездии Рака. Название тропика Рака оно получило по знаку и созвездию Рака.

Задание 4. На картине художника изображена Луна, которую он увидел на даче. Но он забыл написать утро это или вечер. Так как это было в Подмосковье, попробуйте определить и обосновать какое время суток утро или вечер изобразил художник?

Решение задания 4. Пунктиром на рисунке показано, что Солнце находится под горизонтом внизу левее , т.е. восточнее узкого серпа Луны.

Это означает, что, так как небесная сфера поворачивается с востока на запад, то при восходе вначале появляется Луна, а затем Солнце. Таким, образом, художник изобразил утро.

Задание 5. 2 января 2013 года Земля будет в перигелии, на расстоянии 14,7 млн.км от Солнца. Когда (примерно) Земля будет в афелии? Сделать поясняющий чертеж.

Решение задания 5. Земля в афелии будет 5 июля 2013 года на расстоянии 152,5 млн.км от Солнца.

Задание 6. Во время мощных вспышек на Солнце выбрасываются облака горячей плазмы, скорость которых достигает 1500 км/с. Оцените время, за которое выброшенные облака плазмы достигнут Земли. Расстояние от Земли до Солнца 150000000 км, скорость света равна 300000 км/с.

Решение задания 6. t = 150000000 км/1500 км/с = 100000с = 30 часов.

Всероссийская олимпиада школьников по астрономии

Окружной тур

9 класс

Задание 1. что видел

Решение задания 1. приближаясь к нему

Задание 2. Принимая длину экватора Земли равной 40000 км, найдите ошибку (в км) долготы положения на экваторе, если долгота определяется из показаний часов с ошибкой во времени 1 мин.

Решение задания 2. Точка, находящаяся на экваторе, как и вся поверхность Земли, завершает полный оборот вокруг оси вращения нашей планеты за 24 часа относительно Солнца и за 23ч56м - относительно звезд. Для оценки ошибки измерений данная разница несущественна. Если 24 часа соответствуют 40000 км, то 1 минута будет соответствовать 27,8 км. Именно таким будет расстояние между двумя точками экватора, на которых солнечный полдень наступит с интервалом в 1 минуту, и именно такой будет ошибка измерения долготы.

Задание 3. В какое время года Луна в полнолуние поднимается над горизонтом на максимальную высоту и почему?

Решение задания 3.

Поскольку в условии задания указано полнолуние, то Луна находится противоположно Солнцу. Луна движется почти по эклиптике (угол наклона к эклиптике всего 5º). Таким образом, зимой Луна поднимается выше над горизонтом, чем летом.

Задание 4 . Перед вами вид звездного неба в 15 декабря в 14 часов для наблюдателя в Москве. Когда можно наблюдать такое звездное небо вечером?

Решение

Должен помочь в решении этой задачи «летний треугольник» ( Лиры Вега,  Лебедя Денеб и  Орла Альтаир), который виден на юге. Такое звёздное небо можно наблюдать в Москве в августе в 23 часа.

Задание 5. До конца XIX в. некоторые ученые полагали , что источником энергии Солнца являются реакции горения, в частности, горения угля. Приняв, что теплота сгорания угля q = 10 7 Дж/кг, масса Солнца М =2 10 30 кг, а светимость L =4 10 26 Bт, приведите веские доказательства неправильности этой гипотезы.

Решение задания 5.

Количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании угля

Q = q  M =2 10 37 Дж.

Этого запаса хватит на время t = Q : L = 2 10 37 /4 10 26 =5 10 10 c = 1700 лет.

Юлий Цезарь жил более 2000 лет назад, динозавры вымерли около 60 млн. лет назад, так, что за счет сгорания топлива Солнце светить не может. (Если, кто-то скажет о ядерном источнике энергии, то это будет дополнительным плюсом).

Задание 6. Размер нейтрона равен 10 -15 м, а его масса равна 1,7 10 -27 кг, оцените радиус и плотность нейтронной звезды с массой в два раза большей массы Солнца. Масса Солнца равна 2 10 30 кг.

Решение задания 6 . В нейтронной звезде нейтроны плотно соприкасаются друг с другом, так, что расстояние между их центрами будет равно d диаметру нейтрона, а концентрация нейтронов будет обратно пропорциональна кубу расстояния между ними, т.е. концентрация n  1/d 3 = 10 45 м ─3 . Плотность равна  = n  m n =1,7 10 18 кг/м 3 . Масса нейтронной звезды равна M =   4/3 R 3 . Из этой формулы имеем для радиуса нейтронной звезды величину R  (3 M /4  ) 1/3 = 8 10 4 м  10 км

Всероссийская олимпиада школьников по астрономии

Окружной тур

10 класс

Задание 1. Один начинающий любитель астрономии рассказывал, что видел , как звезды «летели снизу вверх». Возможно ли такое? Ответ обоснуйте.

Решение задания 1. Такое вполне может быть. Если метеор летит горизонтально относительно наблюдателя (как показано на рисунке), приближаясь к нему , то он увидит его полет снизу вверх. Для «падающих звезд», относящихся к метеорным потокам, такая ситуация наступит, если радиант потока будет находиться вблизи горизонта.

Задание 2. Известно, что время наступления океанских приливов каждый день смещается примерно на 50 минут. Почему?

Решение задания 2. Время океанских приливов определяется положением Луны на небе. Двигаясь по орбите в сторону, противоположную видимому вращению звездного неба, Луна каждый день кульминирует примерно на 50 минут позже, чем в предыдущий день, завершая полный цикл за 29.5 дней - за синодический период Луны. На 50 минут смещается и время приливов.

Задание 3 . Во время мощных вспышек на Солнце выбрасываются облака горячей плазмы, скорость которых достигает 1500 км/с, и которые в момент вспышки излучают мощный поток радиоволн. Оцените время, за которое выброшенные облака плазмы и радиоизлучение достигнут Земли. Расстояние от Земли до Солнца 150000000 км., скорость света равна 300 000 км/с.

Решение задания 3. Выброс плазмы достигнет Земли t = 150000000 км/1500 км/с = 100000с = 30 часов. Всплеск радиоизлучения, которое распространяется со скоростью света , достигнет Земли через t = 150000000 км/300000 км/с = 500с = 8 минут.

Задание 4. Земля, двигаясь вокруг Солнца по эллиптической орбите, в январе бывает ближе к Солнцу почти на 5 млн. км, чем в июле. Так почему же в январе у нас холоднее, чем в июле?

Решение задания 4. Основная причина сезонных изменений температуры и климата на Земле связана с углом наклоном её оси вращения к плоскости орбиты вокруг Солнца (эклиптики), который составляет около 66˚. Это определяет высоту Солнца над горизонтом (летом она выше) и продолжительность дня (летом день длиннее). Таким образом, летом больше солнечной энергии попадает на Землю в северном полушарии. Зимой наоборот. Для средней полосы это разница достигает несколько раз. А за счёт большей близости Земли к Солнцу зимой чем летом, разница в получаемом тепле составляет всего несколько процентов.

Задание 5. На сколько градусов солнечное пятно, расположенное вблизи экватора (период вращения равен 25 суткам) за один оборот обгонит другое пятно, расположенное на широте 30 градусов (период 26,3 суток).

Решение задания 5.

Пусть оба пятна сначала находятся на центральном меридиане Солнца, то есть линии, соединяющей оба полюса и проходящей через видимый центр. Если пятно, имеющее большую широту, вращается медленнее, то пусть через 26,3 суток оно снова окажется на центральном меридиане. Значит, пятно, расположенное на экваторе, обгонит первое пятно на дугу , которое оно пройдет еще через 1,3 суток. За сутки экваториальное пятно проходит дугу в
.

За 1,3 суток экваториальное пятно сместится на 14,4 1,3=18,7 .

Задание 6. Две нейтронные звезды обращаются вокруг общего центра масс по круговой орбите с периодом 7 часов. На каком расстоянии они находятся, если их массы больше массы Солнца в 1,4 раз? Масса Солнца М  = 2·10 30 кг. Сравнить это расстояние с размерами Земли.

Решение задания 6. Звезды находятся на расстоянии 2R друг от друга

F грав. = G 

С другой стороны, F =

= 3 10 6 м Это меньше, чем размеры Земли R =6,4 10 6 м

Всероссийская олимпиада школьников по астрономии

Окружной тур

11 класс

Задание 1. Венера вступила в тесное соединение с Марсом. У какой из двух планет видимый диаметр в это время больше?

Решение задания 1. Во время соединения Венера находится к нам ближе, чем Марс, вне зависимости от своей конфигурации. Диаметр Венеры больше диаметра Марса, следовательно, ее угловые размеры были также больше.

Задание 2. В 2002 году был открыт транснептуновый объект пояса Койпера Квавар (англ. Quaoar, «кваоар») в созвездии Змееносца.

Квавар был самым большим из тел Солнечной системы, обнаруженным с момента открытия Плутона в 1930 году до начала 2003. Расстояние Квавара от Солнца в перигелии 41,9 а.е., в афелии 44,9 а.е. Как долго Квавар будет перемещаться по созвездию Змееносца, если Солнцу для этого требуется около 20 суток?

Решение задания 2.

Среднее расстояние от Солнца

а =
43,4 а.е.

По третьему закону Кеплера

=286 лет

Таким образом за год планета перемещается всего на 360 о /286 =1,25 о /год или на  10 /сутки. Протяженность созвездия Змееносца составляет около 10-20 о (это не нужно помнить, хотя бы грубо оценить), так что, все созвездие Квавар пройдет примерно за 10-20 лет. (Плутон перемещается чуть быстрее, примерно на 14 /сутки, его сидерический период обращения вокруг Солнца 248 лет)

Задание 3. Во сколько раз размеры звезды-сверхгиганта со светимостью 10000 L  больше, чем звезды главной последовательности, если их температуры одинаковы и равны 5800 ?

Решение задания 3.

Звезда главной последовательности с температурой 5800 - это Солнце. Светимость Солнца L  =1.

L =  Т 4 4 R 2 .

Их температуры равны.

Откуда радиус сверхгиганта в 100 раз больше радиуса звезды главной последовательности (Солнца).

Задание 4. Почему созвездие Рака носит именно такое название и как оно связано с точкой летнего солнцестояния, которая обозначается знаком созвездия Рака  ? В каком созвездии в настоящее время расположена точка летнего солнцестояния? Когда удобно наблюдать созвездие Рака - зимой или летом?

И можно ли увидеть сегодня в Москве, в случае хорошей погоды, созвездие Рака?

Решение.

2 тысяч лет назад знаки зодиака совпадали с одноименными зодиакальными созвездиями. Причиной смещения знаков зодиака и одноименных зодиакальных созвездий является установленная еще Гиппархом Родосским во II веке до нашей эры прецессия , или предварение равноденствий. В ту далекую эпоху, во времена Гиппарха, точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна, поэтому была обозначена знаком этого созвездия, знаком Овна. Аналогично точка летнего солнцестояние находилась в созвездии Рака и обозначена его знаком  , (ведь Солнце сначала становится каждый день все выше и выше весной, а летом, после летнего солнцестояния, все ниже и ниже, и знак Рака как бы олицетворял начало попятного движения). Сейчас точка летнего солнцестояния находится в созвездии Тельца.

Созвездие Рака можно наблюдать сегодня левее созвездия Близнецы на востоке. Если поздно ночью, то высоко над горизонтом, на юге.

Задание 5. Яркая туманность размером d =1 представляет собой остаток вспышки Сверхновой, произошедшей 10 тысяч лет назад. Сквозь туманность хорошо видны более далекие объекты, а в ее спектре видна яркая широкая линия водорода H , занимающая область длин волн от λ min = 6541 до λ max = 6585 ангстрем. Туманность подсвечивается находящейся неподалеку очень горячей звездой спектрального класса O, имеющей видимый блеск 3 m . Оцените светимость этой звезды L .

Решение задания 5. Туманность, излучая свет, остается прозрачной , поэтому сквозь нее видны более далекие объекты. В центральной части туманности мы регистрируем излучение как ее передней части, движущейся по направлению к нам, так и удаляющиеся задние области. Скорость расширения туманности связана с длинами волн краев полосы H соотношением

из которого мы получаем значение скорости, равное 1000 км/c.

Считая эту скорость постоянной во времени, получаем, что за 10000 лет радиус туманности R = v · t =3,16∙10 14 км или 10 пк. При этом ее видимый диаметр составляет d =1 или 0,017 радиан, из чего можно вычислить расстояние до туманности, равное r = (10∙2/0,017)=1145 пк.

Вычислим абсолютную звездную величину горячей звезды, подсвечивающей туманность:

Светимость этой звезды в 64000 раз превосходит светимость Солнца.

Задание 6. Оцените размеры и скорость распространения коронального выброса массы (КВМ) 8 октября 2012 года. Изображения Солнца получены прибором LASCO C2, солнечная космическая обсерватория SOHO. Прибор LASCO C2 - внезатменный коронограф Large Angle Spectrometric Coronagraph, который получает изображения солнечной короны путём блокирования света, идущего прямо из Солнца, затеняющим диском (на изображении - тёмный кружок), создавая искусственное затмение. Белый кружок - Солнце. Дата и время - внизу, слева на каждом изображении.