Задачи.

I. Введение.

2. Телескопы.

1. Диаметр объектива рефрактора D = 30 см, фокусное расстояние F = 5,1 м. Какое теоретическое разрешение у телескопа? Какое получится увеличение с 15 мм окуляром?

2. 16 июня 1709 года по старому стилю войско во главе с Петром І разгромило под Полтавой шведскую армию Карла XII. Какая дата этого исторического события по григорианскому календарю?

5. Состав Солнечной системы.

1. Какие небесные тела или явления в древности называли «блуждающая звезда», «волосатая звезда», «падающая звезда». На чем это было основано?

2. Какова природа солнечного ветра? Какие небесные явления он вызывает?

3. Как можно на звездном небе отличить астероид от звезды?

4. Почему численная плотность кратеров на поверхности галлилеевых спутников Юпитера монотонно возрастает от Ио к Каллисто?

II. Математические модели. Координаты.

1. Используя подвижную карту звездного неба, определите экваториальные координаты следующих объектов:

а) α Дракона;

б) Туманность Ориона;

в) Сириус;

г) звездное скопление Плеяды.

2. В результате прецессии земной оси, Северный полюс мира описывает по небесной сфере за 26000 лет круг с центром в точке с координатами α = 18ч δ = +67º. Определите, какая яркая звезда станет полярной (окажется вблизи северного полюса мира) через 12000 лет.

3. На какой максимальной высоте над горизонтом может наблюдаться Луна в г. Керчь (φ = 45 º)?

4. Найдите на звездной карте и назовите объекты, имеющие координаты:

а) α = 15 ч 12 мин δ = – 9˚;

б) α = 3 ч 40 мин δ = + 48˚.

5. На какой высоте происходит в Санкт-Петербурге (φ = 60˚) верхняя кульминация звезды Альтаир (α Орла)?

6. Определите склонение звезды, если в Москве (φ = 56˚) она кульминирует на высоте 57˚.

7. Определите диапазон географических широт, в которых могут наблюдаться полярный день и полярная ночь.

8. Определите условие видимости (диапазон склонения) для ВЗ – восходящее-заходящих звезд, НЗ – незаходящих, НВ – невосходящих на различных широтах, соответствующих следующим положения на Земле:

Место на Земле	Широта φ	ВЗ	НЗ	НВ
Северный полярный круг
Южный тропик
Экватор
Северный полюс

9. Как изменилось положение Солнца от начала учебного года до дня проведения олимпиады, определите его экваториальные координаты и высоту кульминации в вашем городе на сегодняшний день.

10. При каких условиях на планете не будет происходить смены времен года?

11. Почему Солнце не относят ни к одному созвездию?

12. Определите географическую широту места, в котором звезда Вега (α Лиры) может находиться в зените.

13. В каком созвездии находится Луна, если ее экваториальные координаты 20 ч 30 мин; -18º? Определите дату наблюдения, а также моменты ее восхода и захода, если известно, что Луна в полнолунии.

14. В какой день проводились наблюдения, если известно, что полуденная высота Солнца на географической широте 49º оказалась равной 17º30´?

15. Где Солнце в полдень бывает выше: в Ялте (φ = 44º) в день весеннего равноденствия или в Чернигове (φ = 51º) в день летнего солнцестояния?

16. Какие астрономические инструменты можно встретить на карте звездного неба в виде созвездий? А названия каких еще приборов и механизмов?

17. Охотник осенью идет ночью в лес по направлению на Полярную звезду. После восхода Солнца он возвращается обратно. Как для этого должен двигаться охотник?

18. На какой географической широте Солнце будет кульминировать в полдень на высоте 45º 2 апреля?

III. Элементы механики.

1. Юрий Гагарин 12 апреля 1961 года поднялся на высоту 327 км над поверхностью Земли. На сколько процентов уменьшилась сила притяжения космонавта к Земле?

2. На каком расстоянии от центра Земли должен находится стационарный спутник, обращающийся в плоскости земного экватора с периодом, равным периоду обращения Земли.

3. Камень подбросили на одинаковую высоту на Земле и на Марсе. Одновременно ли они опустятся на поверхности планет? А пылинка?

4. Космический корабль опустился на астероид диаметром 1 км и средней плотностью 2,5 г/см 3 . Космонавты решили объехать астероид по экватору на вездеходе за 2 часа. Смогут ли они это сделать?

5. Взрыв Тунгусского метеорита наблюдался на горизонте в городе Киренске в 350 км от места взрыва. Определите, на какой высоте произошел взрыв.

6. С какой скоростью и в каком направлении должен лететь самолет в районе экватора, чтобы солнечное время для пассажиров самолета остановилось?

7. В какой точке орбиты кометы ее кинетическая энергия максимальна, а в какой минимальна? А потенциальная?

IV. Конфигурации планет. Периоды.

12. Конфигурации планет.

1. Определите для положений планет a, b, c, d, е, f отмеченных на схеме, соответствующие описания их конфигураций. (6 баллов)

2. Почему Венеру называют то утренней, то вечерней звездой?

3. «После захода Солнца стало быстро темнеть. Еще не зажглись на темно-синем небе первые звезды, а на востоке уже ослепительно сияла Венера». Все ли верно в этом описании?

13. Сидерический и синодический периоды.

1. Звездный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?

2. Замечено, что противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось ее орбиты?

3. Синодический период планеты 500 суток. Определите большую полуось ее орбиты.

4. Через какой промежуток времени повторяются противостояния Марса, если звездный период его обращения вокруг Солнца равен 1,9 года?

5. Чему равен период обращения Юпитера, если его синодический период 400 суток?

6. Найдите среднее расстояние Венеры от Солнца, если ее синодический период равен 1,6 года.

7. Период обращения вокруг Солнца самой короткопериодической кометы Энке составляет 3,3 года. Почему же условия ее видимости повторяются с характерным периодом в 10 лет?

V. Луна.

1. 10 октября наблюдалось лунное затмение. Какого числа Луна будет в первой четверти?

2. Сегодня Луна взошла в 20 00 , когда ожидать ее восход послезавтра?

3. Какие планеты могут быть видны рядом с Луной во время полнолуния?

4. Назовите фамилии ученых, чьи имена присутствуют на карте Луны.

5. В какой фазе и в какое время суток наблюдалась Луна Максимилианом Волошиным, описанная им в стихотворении:

Явь наших снов земля не истребит:

В парке лучей истают тихо зори,

Журчанье утр сольется в дневном хоре,

ущербный серп истлеет и сгорит…

6. Когда и в какой стороне горизонта лучше наблюдать Луну за неделю до лунного затмения? До солнечного?

7. В энциклопедии «География» написано: «Только два раза в год Солнце и Луна восходят и заходят точно на востоке и на западе – в дни равноденствий: 21 марта и 23 сентября». Верно ли это утверждение (совершенно верно, более или менее верно, вообще неверно)? Дайте расширенное объяснение.

8. Видна ли с поверхности Луны всегда полная Земля или же она подобно Луне проходит последовательную смену фаз? Если есть такая смена земных фаз, то какова зависимость между фазами Луны и Земли?

9. Когда Марс будет ярче в соединении с Луной: в первой четверти или в полнолунии?

VI. Законы движения планет.

17. Первый Закон Кеплера. Эллипс.

1. Орбита Меркурия существенно эллиптична: перигелийное расстояние планеты равно 0,31 а.е., афелийное 0,47 а.е. Вычислите большую полуось и эксцентриситет орбиты Меркурия.

2. Перигелийное расстояние Сатурна до Солнца 9,048 а.е., афелийное 10,116 а.е. Вычислите большую полуось и эксцентриситет орбиты Сатурна.

3. Определите высоту ИЗС, двигающегося на среднем расстоянии от поверхности Земли 1055 км, в точках перигея и апогея, если эксцентриситет его орбиты е = 0,11.

4. Найдите эксцентриситет по известным a и b.

18. Второй и Третий Законы Кеплера.

2. Определите период обращения искусственного спутника Земли, если наивысшая точка его орбиты над Землей 5000 км, а наинизшая 300 км. Землю считать шаром радиусом 6370 км.

3. Комета Галлея делает полный оборот вокруг Солнца за 76 лет. В ближайшей к Солнцу точке своей орбиты, на расстоянии 0,6 а.е. от Солнца, она двигается со скоростью 54 км/ч. С какой скоростью она двигается в наиболее удаленной от Солнца точке своей орбиты?

4. В какой точке орбиты кометы ее кинетическая энергия максимальна, а в какой минимальна? А потенциальная?

5. Период между двумя противостояниями небесного тела 417 суток. Определите его удалённость от Земли в этих положениях.

6. Наибольшее расстояние от Солнца до кометы составляет 35,4 а.е., а наименьшее 0,6 а.е. Последнее прохождение наблюдалось в 1986 году. Могла ли «Вифлеемская звезда» быть этой кометой?

19. Уточненный закон Кеплера.

1. Определите массу Юпитера сравнением системы Юпитера со спутником с системой Земля – Луна, если первый спутник Юпитера отстоит от него на 422 000 км и имеет период обращения 1,77 суток. Данные для Луны должны быть вам известны.

2 Вычислите, на каком расстоянии от Земли на линии Земля – Луна находятся те точки, в которых притяжение Землей и Луной одинаковы, зная, что расстояние между Луной и Землей равно 60 радиусам Земли, а массы Земли и Луны относятся как 81: 1.

3. Как изменилась бы продолжительность земного года, если бы масса Земли сравнялась с массой Солнца, а расстояние осталось бы прежним?

4. Как изменится продолжительность года на Земле, если Солнце превратится в белый карлик с массой, равной 0,6 массы Солнца?

VII. Расстояния. Параллакс.

1. Чему равен угловой радиус Марса в противостоянии, если его линейный радиус 3 400 км, а горизонтальный параллакс 18′′?

2. На Луне с Земли (расстояние 3,8 * 10 5 км) невооруженным глазом можно различать объекты протяженностью в 200 км. Определите, объекты какого размера будут видны на Марсе невооруженным глазом в период противостояния.

3. Параллакс Альтаира 0,20′′. Чему равно расстояние до звезды в световых годах?

4. Галактика, находящаяся на расстоянии 150 Мпк, имеет угловой диаметр 20′′. Сравните ее линейные размерами нашей Галактики.

5. Сколько времени надо затратить космическому кораблю, летящему со скоростью 30 км/ч, чтобы достичь ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра, параллакс которой 0,76′′?

6. Во сколько раз Солнце больше, чем Луна, если их угловые диаметры одинаковы, а горизонтальные параллаксы соответственно равны 8,8′′ и 57′?

7. Чему равен угловой диаметр Солнца, видимого с Плутона?

8. Чему равен линейный диаметр Луны, если она видна с расстояния 400 000 км под углом примерно 0,5˚?

9. Во сколько раз больше получает энергии от Солнца каждый квадратный метр поверхности Меркурия, чем Марса? Нужные данные возьмите из приложений.

10. В каких точках небосвода земной наблюдатель видит светило, находясь в точках В и А (рис. 37)?

11. В каком отношении численно меняется видимый с Земли и с Марса угловой диаметр Солнца от перигелия к афелию, если эксцентриситеты их орбит соответственно равны 0,017 и 0,093?

12. Видны ли с Луны те же созвездия (видны ли они так же), что и с Земли?

13. На краю Луны видна гора в виде зубца высотой 1′′. Рассчитайте ее высоту в километрах.

14. Используя формулы (§ 12.2), определите диаметр лунного цирка Альфонс (в км), измерив его на рисунке 47 и зная, что угловой диаметр Луны, видимый с Земли, составляет около 30′, а расстояние до нее около 380 000 км.

15. С Земли на Луне в телескоп видны объекты размером 1 км. Каков наименьший размер деталей, видимых с Земли на Марсе в такой же телескоп во время противостояния (на расстоянии 55 млн. км)?

VIII. Волновая природа света. Частота. Эффект Доплера.

1. Длина волны, соответствующая линии водорода, в спектре звезды больше, чем в спектре, полученном в лаборатории. К нам или от нас движется звезда? Будет ли наблюдаться сдвиг линий спектра, если звезда движется поперек луча зрения?

2. На фотографии спектра звезды ее линия смещена относительно своего нормального положения на 0,02 мм. На сколько изменилась длина волны, если в спектре расстояние в 1 мм соответствует изменению длины волны на 0,004 мкм (эта величина называется дисперсией спектрограммы)? С какой скоростью движется звезда? Нормальная длина волны 0,5 мкм = 5000 Å (ангстрем). 1 Å = 10 -10 м.

IX. Звезды.

22. Характеристики звезд. Закон Погсона.

1. Во сколько раз Арктур больше Солнца, если светимость Арктура 100, а температура 4500 К? Температура Солнца равна 5807 К.

2. Во сколько раз меняется блеск Марса, если его видимая звездная величина колеблется от +2,0 m до -2,6 m ?

3. Сколько звезд типа Сириус (m=-1,6) понадобится, чтобы они светили так же, как Солнце?

4. Лучшим современным наземным телескопам доступны объекты до 26 m . Во сколько раз более слабые объекты они могут зафиксировать по сравнению с невооруженным глазом (предельную звездную величину принять за 6 m )?

24. Классы звезд.

1. Нарисуйте эволюционный путь Солнца на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. Дайте пояснения.

2. Даны спектральные классы и параллаксы следующих звезд. Распределите их

а) в порядке убывание температуры, укажите их цвета;

б) в порядке удаления от Земли.

	Название	Sp (спектральный класс)	π (параллакс) 0,´´
	Альдебаран
	Сириус
	Поллукс
	Беллатрикс
	Капелла
	Спика
	Проксима
	Альбирео
	Бетельгейзе
	Регул

25. Эволюция звезд.

1. При каких процессах во Вселенной образуются тяжелые химические элементы?

2. Что определяет скорость эволюции звезды? Каковы возможные конечные стадии эволюции?

3. Нарисуйте качественный график изменения блеска двойной звезды, если ее компоненты одинакового размера, но спутник имеет меньший блеск.

4. В конце своей эволюции Солнце начнет расширяться и превратится в красный гигант. В результате температура его поверхности понизится вдвое, а светимость увеличится в 400 раз. Поглотит ли Солнце при этом какие-либо из планет?

5. В 1987 году в Большом Магеллановом Облаке зарегистрирована вспышка сверхновой звезды. Сколько лет назад произошел взрыв, если расстояние до БМО 55 килопарсек?

Х. Галактики. Туманности. Закон Хаббла.

1. Красное смещение квазара составляет 0,8. Полагая, что движение квазара подчиняется той же закономерности, что и галактики, приняв постоянную Хаббла Н = 50 км/сек*Мпк, найдите расстояние до этого объекта.

2. Сопоставьте соответствующие друг другу пункты, касающиеся типа объекта.

	Место рождения звезд		Бетельгейзе (в созвездии Ориона)
	Кандидат в черную дыру		Крабовидная туманность
	Голубой гигант		Пульсар в Крабовидной туманности
	Звезда главной последовательности		Лебедь Х-1
	Нейтронная звезда		Мира (в созвездии Кита)
	Пульсирующая переменная		Туманность Ориона
	Красный гигант		Ригель (в созвездии Ориона)
	Остаток сверхновой		Солнце

Задания для самостоятельной работы по астрономии.

Тема 1.Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты:

1. Установить подвижную карту на день и час наблюдений.

дата наблюдения__________________

время наблюдения ___________________

2. перечислите созвездия, которые размещены в северной части неба от горизонта до полюса мира.

_______________________________________________________________

5) Определить, будут ли заходить созвездия Малая медведица, Волопас, Орион.

Малая медведица___

Волопас___

______________________________________________

7) Найти экваториальные координаты звезды Веги.

Вега (α Лиры)

Прямое восхождение а = _________

Склонение δ = _________

8)Указать созвездие, в котором находится объект с координатами:

а=0 часов 41 минута, δ = +410

9. Найдите положение Солнца на эклиптике сегодня, определите длительность дня. Время восхода и захода Солнца

Восход____________

Заход_____________

10. Время пребывания Солнца в момент верхней кульминации.

________________

11. В каком зодиакальном созвездии находится Солнце во время верхней кульминации?

12. Определить свой знак зодиака

Дата рождения___________________________

созвездие __________________

Тема 2. Строение Солнечной системы.

В чём сходство и отличие планет земной группы и планет гигантов. Заполнить в виде таблицы:

2. Выберите планету по варианту в списке:

Меркурий

Составьте доклад про планету Солнечной системы по варианту, ориентируясь на вопросы:

Чем отлична планета от других?

Какую массу имеет эта планета?

Какое положение планеты в Солнечной системе?

Сколько длится планетарный год и сколько сидерические сутки?

Сколько сидерических суток укладывается в один планетарный год?

Средняя продолжительность жизни человека на Земле -70 земных лет, сколько планетарных лет может прожить человек на этой планете?

Какие детали можно рассмотреть на поверхности планеты?

Какие условия на планете, можно ли её посетить?

Сколько у планеты спутников и какие?

3.Подберите к соответствующему описанию нужную планету:

Меркурий		Наиболее массивна
		Орбита сильно наклонена к плоскости эклиптики
		Наименьшая из планет гигантов
		Год приблизительно равен двум земным годам
		Ближайшая к Солнцу
		По размерам близка к Земле
		Имеет наибольшую среднюю плотность
		Вращается, лежа на боку
		Имеет систему живописных колец

Тема 3. Характеристики звёзд.

Выберите звезду в соответствии с вариантом.

Укажите положение звезды на диаграмме спектр-светимость.

	температурой			Параллакс	плотность	Светимость,	Время жизни t, лет	расстояние

Необходимые формулы:

Средняя плотность:

Светимость:

Время жизни:

Расстояние до звезды:

Тема 4. Теории происхождения и эволюции Вселенной.

Назовите галактику, в которой мы живем:

Классифицируйте нашу галактику по системе Хаббла:

Нарисуйте схематически строение нашей галактики, подпишите основные элементы. Определите положение Солнца.

Как называются спутники нашей галактики?

Сколько времени необходимо, чтобы свет прошёл сквозь нашу Галактику по её диаметру?

Какие объекты являются составными частями галактик?

Классифицируйте объекты нашей галактики по фотографиям:

Какие объекты являются составными частями Вселенной?

Вселенная

Какие галактики составляют население Местной группы?

В чем проявляется активность галактик?

Что представляют собой квазары и на каких расстояниях от Земли они находятся?

Опишите, что наблюдается на фотографиях:

Влияет ли космологическое расширение Метагалактики на расстояние от Земли...

До Луны; □

До центра Галактики; □

До галактики М31 в созвездии Андромеды; □

До центра местного скопления галактик □

Назовите три возможных варианта развития Вселенной по теории Фридмана.

Список литературы

Основная:

Климишин И.А., «Астрономия-11». - Киев, 2003 р.

Гомулина Н. «Открытая астрономия 2.6» CD - Физикон 2005 р.

Рабочая тетрадь по астрономии / Н.О. Гладушина, В.В. Косенко. - Луганск: Учебная книга, 2004. - 82 с.

Дополнительная:

Воронцов-Вельяминов Б. А.
«Астрономия» Учебник для 10 класса средней школы. (Изд. 15ое). - Москва "Просвещение", 1983.

Перельман Я. И. «Занимательная астрономия» 7 изд. - М, 1954.

Дагаев М. М. «Сборник задач по астрономии». - Москва, 1980.

Задача 1

Фокусное расстояние объектива телескопа составляет 900 мм, а фокусное расстояние используемого окуляра 25 мм. Определите увеличение телескопа.

Решение:

Увеличение телескопа определяется из соотношения: , где F – фокусное расстояние объектива, f – фокусное расстояние окуляра. Таким образом, увеличение телескопа составит раз.

Ответ: 36 раз.

Задача 2

Переведите в часовую меру долготу Красноярска (l=92°52¢ в.д.).

Решение:

Исходя из соотношений часовой меры угла и градусной:

24 ч =360°, 1 ч =15°, 1 мин =15¢, 1 с = 15², а 1°=4 мин, и учитывая, что 92°52¢ = 92,87°, получим:

1 ч · 92,87°/15°= 6,19 ч = 6 ч 11 мин. в.д.

Ответ: 6 ч 11 мин. в.д.

Задача 3

Каково склонение звезды, если она кульминирует на высоте 63° в Красноярске, географическая широта которого равна 56° с.ш.?

Решение:

Используя соотношение, связывающие высоту светила в верхней кульминации, кульминирующего к югу от зенита, h , склонение светила δ и широту места наблюдения φ , h = δ + (90° – φ ), получим:

δ = h + φ – 90° = 63° + 56° – 90° = 29°.

Ответ: 29°.

Задача 4

Когда в Гринвиче 10 ч 17 мин 14 с, в некотором пункте местное время равно 12 ч 43 мин 21 с. Какова долгота этого пункта?

Решение:

Местное время – это среднее солнечное время, а местное время Гринвича – это всемирное время. Воспользовавшись соотношением, связывающим среднее солнечное время T m , всемирное время T 0 и долготу l, выраженную в часовой мере: T m = T 0 +l , получим:

l = T m – T 0 = 12 ч 43 мин 21 с. – 10 ч 17 мин 14 с = 2ч 26 мин 07 с.

Ответ: 2ч 26 мин 07 с.

Задача 5

Через какой промежуток времени повторяются моменты максимальной удаленности Венеры от Земли, если ее звездный период равен 224,70 сут?

Решение:

Венера является нижней (внутренней) планетой. Конфигурация планеты, при которой происходит максимальная удаленность внутренней планеты от Земли, называется верхним соединением. А промежуток времени между последовательными одноименными конфигурациями планеты называется синодическим периодом S . Поэтому необходимо найти синодический период обращения Венеры. Воспользовавшись уравнением синодического движения для нижних (внутренних) планет , где T – сидерический, или звездный период обращения планеты, T Å – сидерический период обращения Земли (звездный год), равный 365,26 средних солнечных суток, найдем:

=583,91 сут.

Ответ: 583,91 сут.

Задача 6

Звездный период обращения Юпитера вокруг Солнца составляет около 12 лет. Каково среднее расстояние Юпитера от Солнца?

Решение:

Среднее расстояние планеты от Солнца равно большой полуоси эллиптической орбиты a . Из третьего закона Кеплера , сравнивая движение планеты с Землей, для которой приняв звездный период обращения T 2 = 1 год, а большую полуось орбиты a 2 = 1 а.е., получим простое выражение для определения среднего расстояния планеты от Солнца в астрономических единицах по известному звездному (сидерическому) периоду обращения, выраженному в годах. Подставив численные значения окончательно найдем:

Ответ: около 5 а.е.

Задача 7

Определите расстояние от Земли до Марса в момент его противостояния, когда его горизонтальный параллакс равен 18².

Решение:

Из формулы для определения геоцентрических расстояний , где ρ – горизонтальный параллакс светила, R Å = 6378 км – средний радиус Земли, определим расстояние до Марса в момент противостояния:

» 73×10 6 км. Разделив это значение на величину астрономической единицы, получим 73×10 6 км / 149,6×10 6 км » 0,5 а.е.

Ответ: 73×10 6 км » 0,5 а.е.

Задача 8

Горизонтальный параллакс Солнца равен 8,8². На каком расстоянии от Земли (в а.е.) находился Юпитер, когда его горизонтальный параллакс был 1,5²?

Решение:

Из формулы видно, что геоцентрическое расстояние одного светила D 1 обратно пропорционально его горизонтальному параллаксу ρ 1 , т.е. . Аналогичную пропорциональность можно записать для другого светила у которого известны расстояние D 2 и горизонтальный параллакс ρ 2: . Разделив одно соотношение на другое, получим . Таким образом, зная из условия задачи, что горизонтальный параллакс Солнца равен 8,8², при этом оно находится на 1 а.е. от Земли, можно легко найти расстояние до Юпитера по известному горизонтальному параллаксу планеты в этот момент:

=5,9 а.е.

Ответ: 5,9 а.е.

Задача 9

Определите линейный радиус Марса, если известно, что во время великого противостояния его угловой радиус составляет 12,5², а горизонтальный параллакс равен 23,4².

Решение:

Линейный радиус светил R можно определить из соотношения , r – угловой радиус светила, r 0 – его горизонтальный параллакс, R Å – радиус Земли, равный 6378 км. Подставив значения из условия задачи, получим: = 3407 км.

Ответ: 3407 км.

Задача 10

Во сколько раз масса Плутона меньше массы Земли, если известно, что расстояние до его спутника Харона 19,64×10 3 км, а период обращения спутника равен 6,4 сут. Расстояние Луны от Земли составляет 3,84×10 5 км, а период обращения 27,3 сут.

Решение:

Для определения масс небесных тел нужно воспользоваться третьим обобщенным законом Кеплера: . Так как массы планет M 1 и М 2 значительно меньше, чем массы их спутников m 1 и m 2 , то массами спутников можно пренебречь. Тогда этот закон Кеплера можно переписать в следующем виде: , где а 1 – большая полуось орбиты спутника первой планеты с массой M 1 , T 1 – период обращения спутника первой планеты, а 2 – большая полуось орбиты спутника второй планеты с массой M 2 , T 2 – период обращения спутника второй планеты.

Подставив соответствующие значения из условия задачи, получим:

= 0,0024.

Ответ: в 0,0024 раза.

Задача 11

Космический зонд «Гюйгенс» 14 января 2005 года совершил посадку на спутник Сатурна Титан. Во время снижения он передал на Землю фотографию поверхности этого небесного тела, на которой видны образования похожие на реки и моря. Оцените среднюю температуру на поверхности Титана. Как Вы думаете, из какой жидкости могут состоять реки и моря на Титане?

Указание: Расстояние от Солнца до Сатурна составляет 9,54 а.е. Отражательную способность Земли и Титана считать одинаковой, а среднюю температуру на поверхности Земли равной 16°С.

Решение:

Энергии, получаемые Землей и Титаном обратно пропорциональны квадратам их расстояний от Солнца r . Часть энергии отражается, часть поглощается и идет на нагрев поверхности. Считая, что отражательная способность этих небесных тел одинакова, то процент энергии идущий на нагрев этих тел будет одинаков. Оценим температуру поверхности Титана в приближении абсолютно черного тела, т.е. когда количество поглощаемой энергии равно количеству излучаемой энергии нагретым телом. Согласно закону Стефана-Больцмана энергия, излучаемая единицей поверхности в единицу времени пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела . Таким образом, для энергии, поглощаемой Землей можем записать , где r з – расстояние от Солнца до Земли, T з –средняя температура на поверхности Земли, а Титаном – , где r c – расстояние от Солнца до Сатурна с его спутником Титаном, T T –средняя температура на поверхности Титана. Взяв отношение, получим: , отсюда 94°K = (94°K – 273°K) = –179°С. При такой низкой температуре моря на Титане могут состоять из жидкого газа, например, метана или этана.

Ответ: Из жидкого газа, например, метана или этана, так как температура на Титане –179°С.

Задача 12

Какую видимую звездную величину имеет Солнце, наблюдаемое с ближайшей звезды? Расстояние до нее составляет около 270 000 а.е.

Решение:

Воспользуемся формулой Погсона: , где I 1 и I 2 – яркости источников, m 1 и m 2 – их звездные величины соответственно. Так как яркость обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника , то можно записать . Логарифмируя это выражение, получим . Известно, что видимая звездная величина Солнца с Земли (с расстояния r 1 = 1 а.е.) m 1 = –26,8. Требуется найти видимую звездную величину Солнца m 2 с расстояния r 2 = 270 000 а.е. Подставив эти значения в выражение, получим:

, отсюда ≈ 0,4 m .

Ответ: 0,4 m .

Задача 13

Годичный параллакс Сириуса (a Большого Пса) составляет 0,377². Чему равно расстояние до этой звезды в парсеках и световых годах?

Решение:

Расстояния до звезд в парсеках определяется из соотношения , где π – годичный параллакс звезды. Поэтому = 2,65 пк. Так 1 пк = 3,26 св. г., то расстояние до Сириуса в световых годах будет составлять 2,65 пк · 3,26 св. г. = 8,64 св. г.

Ответ: 2,63 пк или 8,64 св. г.

Задача 14

Видимая звездная величина звезды Сириуса равна –1,46 m , а расстояние составляет 2,65 пк. Определите абсолютную звездную величину этой звезды.

Решение:

Абсолютная звездная величина M связана с видимой звездной величиной m и расстоянием до звезды r в парсеках следующим соотношением: . Эту формулу можно вывести из формулы Погсона , зная, что абсолютная звездная величина – это звездная величина, которую имела бы звезда, если бы она находилась на стандартном расстоянии r 0 = 10 пк. Для этого перепишем формулу Погсона в виде , где I – яркость звезды на Земле c расстояния r , а I 0 – яркость с расстояния r 0 = 10 пк. Так как видимая яркость звезды изменятся обратно пропорционально квадрату расстояния до нее, т.е. , то . Логарифмируя, получаем: или или .

Подставив в это соотношение значения из условия задачи, получим:

Ответ: M = 1,42 m .

Задача 15

Во сколько раз звезда Арктур (a Волопаса) больше Солнца, если светимость Арктура в 100 раз больше солнечной, а температура 4500° К?

Решение:

Светимость звезды L – полную энергию излучаемую звездой в единицу времени можно определить как , где S – площадь поверхности звезды, ε – энергия, излучаемая звездой с единицы площади поверхности, которая определяется законом Стефана-Больцмана , где σ – постоянная Стефана-Больцмана, T – абсолютная температура поверхности звезды. Таким образом, можно записать: , где R – радиус звезды. Для Солнца можно записать аналогичное выражение: , где L с –светимость Солнца, R с – радиус Солнца, T с – температура поверхности Солнца. Разделив одно выражение на другое, получим:

Или можно записать это соотношение таким образом: . Приняв для Солнца R с =1 и L с =1, получим . Подставив значения из условия задачи, найдем радиус звезды в радиусах Солнца (или во сколько раз звезда больше или меньше Солнца):

≈ 18 раз.

Ответ: в 18 раз.

Задача 16

В спиральной галактике в созвездии Треугольника наблюдаются цефеиды с периодом 13 дней, а их видимая звездная величина 19,6 m . Определите расстояние до галактики в световых годах.

Указание: Абсолютная звездная величина цефеиды с указанным периодом равна M = – 4,6 m .

Решение:

Из соотношения , связывающего абсолютную звездную величину M с видимой звездной величиной m и расстоянием до звезды r , выраженному в парсеках, получим: = . Отсюда r ≈ 690 000 пк = 690 000 пк · 3,26 св. г. ≈2 250 000 св. л.

Ответ: примерно 2 250 000 св. л.

Задача 17

Квазар имеет красное смещение z = 0,1. Определите расстояние до квазара.

Решение:

Запишем закон Хаббла: , где v – лучевая скорость удаления галактики (квазара), r – расстояние до нее, H – постоянная Хаббла. С другой стороны, согласно эффекту Доплера, лучевая скорость движущегося объекта равна , с – скорость света, λ 0 – длина волны линии в спектре для неподвижного источника, λ – длина волны линии в спектре для движущегося источника, – красное смещение. А так как красное смещение в спектрах галактик интерпретируется как доплеровское смещение, связанное с их удалением, закон Хаббла часто записывают в виде: . Выразив расстояние до квазара r и подставив значения из условия задачи, получим:

≈ 430 Мпк = 430 Мпк · 3,26 св. г. ≈ 1,4 млрд. св.л.

Ответ: 1,4 млрд. св.л.