dział XXXII
advertisement
XXX Astronomia Sfera niebieska, gwiazdozbiory, ekliptyka, Układ Słoneczny, prawa Keplera, satelity i pojazdy kosmiczne, gwiazdy, ewolucja gwiazd, galaktyki i inne obiekty pozagalaktyczne, kosmologia, Wszechświat W poniższych zadaniach prawdziwa jest tylko jedna odpowiedź. 1. Nie jest prawdziwe jedno z poniższych stwierdzeń odnoszące się do sfery niebieskiej: a) sfera niebieska to nazwa hipotetycznej (wywodząca się z astronomii starożytnej ) kuli, na której leżą wszystkie ciała niebieskie b) w kierunku pionowym nad nami na sferze znajduje się zenit, a w przeciwnym kierunku (pod nami), oczywiście niewidoczny - nadir c) oś sfery, czyli oś świata przecina sferę w punktach zwanych biegunami świata d) biegun północny świata leży w punkcie Barana e) sfera niebieska podzielona jest na 88 obszarów, które nazywają się gwiazdozbiorami 2. Nie jest także prawdziwe jedno ze stwierdzeń odnoszące się do sfery niebieskiej: a) najjaśniejsza gwiazda gwiazdozbioru nosi nazwę , druga co do jasności , kolejna itd. b) najjaśniejsza gwiazda nieba to Syriusz, nosi jednocześnie nazwę „ Wielkiego Psa” c) wysokość kątowa gwiazdy biegunowej (polarnej) jest dobrym w przybliżeniu równa szerokości geograficznej danej miejscowości d) położenie każdego ciała na sferze można określić przy pomocy dwóch współrzędnych astronomicznych (równikowych)- deklinacji i rektascencji e) położenie wszystkich bez wyjątku ciał na sferze niebieskiej praktycznie się nie zmienia Układ współrzędnych równikowych: rektascensja, - deklinacja, Y - punkt Barana, Z - zenit, Pn - północny biegun świata. 3. Nie jest prawdziwe jedno ze stwierdzeń odnoszące się do ekliptyki: a) ekliptyka to (pozorna) droga rocznego przemieszczania się Słońca po sferze niebieskiej b) ekliptyka nachylona jest w stosunku do równika niebieskiego pod kątem 23027’ c) oś Ziemi nachylona jest do płaszczyzny orbity jej orbity wokół Słońca pod kątem 66033’ d) ekliptyka przecina równik niebieski w punktach Barana oraz punkcie Wagi e) najdalej odległe od równika niebieskiego są punkty Raka i Byka Rzeczywisty kierunek ruchu obiegowego Ziemi po swojej orbicie wokół Słońca jest zgodny z ruchem wskazówek zegara, a nachylenie osi Ziemi do płaszczyzny orbity pod (prawie) stałym kątem 66033’ powoduje występowanie pór roku 4. Przyjmując średnią odległość Ziemi od Słońca 1 AU = 1,5108 km, a mimośród orbity = 0,017, różnica między najdalszą, a najbliższą odległością Ziemi od Słońca wynosi w przybliżeniu: a) 5 mln km b) 15 mln km c) 0,2 mln km d) 40 mln km e) 105 mln km 5. Prędkość polowa Ziemi wokół Słońca w km2/h Ruch dzienny Słońca w różnych porach roku na szerokości geograficznej wynosi około: odpowiadającej Polsce. Z - zenit, Pn a) 5106 północny biegun świata, - nachylenie ekliptyki do równika, - szerokość b) 21016 geograficzna. c) 31014 d) 81012 e) 1,21010 6. Średnia odległość komety od Słońca wynosi 8,56 AU. Kometa ta pojawia się w pobliżu Słońca raz na: a) 25 lat b) 16 lat c) 45 lat, d) 70 lat e) 90 lat 7. Korzystając z 3 prawa Keplera można obliczyć przybliżony promień orbity sztucznego satelity Ziemi. Jeśli okres obiegu satelity oznaczymy jako Ts, a okres obiegu Księżyca wokół Ziemi Tk (miesiąc gwiazdowy – około 27 dni i 8godzin), średnia odległość Księżyca od Ziemi ak (380 000 km), to promień orbity satelity wyraża się wzorem: Zdjęcie okolic północnego a) a s a k 3 Ts T k b) a s a k Ts Tk 2 c) a s a k 3 Tk Ts 2 d) a s a k Ts Tk 2 e) a s a k 3 Ts Tk 2 bieguna nieba, wykonane nieruchomym aparatem, ujawnia obrót sfery niebieskiej - gwiazdy zakreślają okręgi wokół Gwiazdy Polarnej. 8. Stała grawitacji G = 6,6710-11 Nm2kg-2 , Masa Ziemi Mz=61024 kg. Promień orbity satelity telekomunikacyjnego stacjonarnego Ziemi (T = 23h56’), można obliczyć ze wzoru: a) r 3 GM z T 2 4 2 GM z T 2 b) r 4 2 GM z c) r 3 4 2T 2 GM z T 2 d) r 2 9. Satelitę o masie m krążącego po orbicie kołowej o promieniu r wprowadzono na orbitę o promieniu 3r . Wykonano pracę: GM z m a) W 3r 3r GM z m b) W 2r m 3GM z m c) W r2 r M GM z m d) W 3r GM z m e) W 9r 10. Satelitę krążącego po orbicie kołowej o promieniu r wprowadzono na orbitę o promieniu 3r . Energia wiązania układu planeta –satelita: a) nie zmieniła się b) zmniejszyła się 3-krotnie c) zwiększyła się 9-krotnie d) zmniejszyła się 9-krtotnie e) zwiększyła się 3-krotnie 11. Prędkość tego satelity na orbicie o promieniu 3r w porównaniu z prędkością na orbicie r : a) wzrosła 3 razy b) zmalała 3 razy c) zmalała 9 razy d) nie zmieniła się e) wzrosła 3 12. Stała słoneczna, czyli ilość energii jaka dociera do 1 m2 powierzchni Ziemi (ustawionej prostopadle) wynosi 1,36 kW/m2. Biorąc pod uwagę odległość Słońce – Ziemia, która wynosi 1 AU = 1,51011 km można wykazać, że Słońce we wszystkich kierunkach emituje energię (w czasie sekundy) równą około: a) P = 3,81026 W b) P = 8,21020 W c) P = 7,61035 W d) P = 0,851014 W e) P = 4,2106 W 13. Masa Słońca zmniejsza się zarówno w wyniku emisji energii promieniowania elektromagnetycznego, jak również w wyniku emisji cząstek (wiatru słonecznego). Emisji energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego przez Słońce towarzyszy ubytek masy równy około: a) m = 4000 kg/s b) m = 95000 ton/s c) m = 520 kg/s d) m = 8,41012 kg/s e) m = 4200 mln ton/s 14. *Masa Słońca wynosi około 21030 kg z czego ponad 70 % stanowi wodór. Licząc, że wodór zużyje się do końca, to wodoru wystarczy na: a) ponad 31020 lat b) niecałe 51016 lat c) około 81010 lat d) 2105 lat e) 31012 lat 15. *Energia Słońca powstaje głównie w cyklu protonowo-protonowym (99% energii) jak i w cyklu węglowo – azotowym (1 % energii). W kolejne 3 etapy cyklu protonowego pokazane są poniżej na schemacie. Licząc deficyt masy tzw. reakcji sumarycznej, można oszacować energię wydzieloną w jednej reakcji, przy czym należy uwzględnić energie unoszone przez cząstki przyjmujemy, że z jednej takiej reakcji ( z 4 jąder wodoru) uzyskujemy energię termiczną około 25 MeV. Zatem w czasie 1 sekundy powinno zajść takich reakcji około: 1 1 2 0 a) 6,031023 1 p 1 p 1 D 1 e 28 1 2 3 b) 3,910 1 p 1 D 2 He 32 c) 8,110 3 3 4 1 2 He 2 He 2 He 21 p d) 3,81026 e) 8,51037 411 p24 He 210 e 2 14. Prawdziwe jest stwierdzenie dotyczące jasności gwiazd: a) gołym okiem widoczne są gwiazdy o jasności widomej (obserwowanej) większej niż 6m b) jasność widoma Słońca (w zenicie) wynosi 4,8M c) im gwiazda jest jaśniejsza tym ma mniejszą wartość wielkości gwiazdowej, najjaśniejsze gwiazdy mają nawet ujemną wielkość gwiazdową d) gwiazdy niewidoczne nawet przy użyciu lunet i teleskopów (okiem uzbrojonym ) mają wielkość gwiazdową ujemną e) najjaśniejszą gwiazdą nieba północnego jest gwiazda biegunowa 15. Nie jest całkiem prawdziwe jedno ze stwierdzeń dotyczące odległości gwiazd: a) do pomiaru odległości gwiazd używa się spektrografu, sprężonego z lunetą lub teleskopem b) jasność absolutna gwiazdy to wielkość określająca jaką jasność miałaby dana gwiazda, gdyby patrzeć na nią z odległości 10 parseków c) odległości bliskich obiektów astronomicznych do kilku czy nawet kilkudziesięciu parseków można wyznaczyć metodą paralaksy heliocentrycznej d) odległości odległych obiektów astronomicznych szacuje się wykorzystując cefejdy, gwiazdy dużej jasności zmieniającej się okresowo e) najbliższa Słońcu gwiazda Proxima Centauri jest odległa o 1,3 parseka, czyli o ponad 4 lata świetlne i mimo to nie jest widoczna gołym okiem Tabela zawierająca dane dotyczące jasności niektórych gwiazd Nazwa gwiazdy Jasność widoma Jasność absolutna Jasność względem Słońca Słońce (jako gwiazda −26,8 odniesienia) 4,8 1 Deneb 1,25 −8,73 300 000 Rigel 0,12 −8,1 100 000 Betelgeza 0,41 −7,2 80 000 Antares 0,92 −5,28 10 700 Aldebaran 0,85 −0,63 149 Regulus 1,35 −0,52 134,2 Arktur −0,04 −0,31 114 Kastor 1,98 0,5 58 Wega 0,00 0,58 50,1 Syriusz −1,46 1,4 23 Zmiany rozmiarów gwiazd i barw ich fotosfer wraz z typem widmowym dla gwiazd ciągu głównego. Zmiany barwy od czerwieni ku błękitowi (od lewa do prawa) związane są ze wzrostem temperatury fotosfery. Widma dwóch gwiazd typu G(5200K – 5900K) Widma gwiazd od najgorętszych do najchłodniejszych 16. Nie jest prawdziwe jedno z poniższych określeń odnoszące się do temperatury gwiazd: a) temperatura we wnętrzu gwiazd jest rzędu kilku lub nawet kilkudziesięciu milionów K nawet do 50 i jest odpowiednia do zachodzenia reakcji termojądrowych b) temperaturę fotosfery gwiazdy (od 50000 K do najniższej 3000 K) określa się poprzez typ widmowy, mamy typy widmowe O, B, A, F, G, K i M c) w każdym typie widmowym wyróżniamy 10 podtypów od 0 do 9 d) Słońce jest zaliczone do typu widmowego G2 e) temperatura we wnętrzu gwiazdy jest stała i nie zmienia się w trakcie jej ewolucji 17. Nie jest prawdziwe jedno ze stwierdzeń dotyczące ewolucji gwiazd: a) wykres H-R czyli Hertsprunga - Russela pozwala określić etapy ewolucji gwiazd b) Gwiazdy które są na ciągu głównym wykresu H-R nigdy nie będą czerwonymi olbrzymami c) Słońce stanie się czerwonym olbrzymem za około 5-6 miliardów lat d) współrzędne Słońca na wykresie H – R, to typ widmowy G2 i jasność absolutna 4,8m e) końcowym etapem ewolucji gwiazd może być gwiazda neutronowa lub przy dużych masach „czarna dziura” 18. Nie jest prawdziwe jedno ze stwierdzeń dotyczące również ewolucji gwiazd: a) kolejne etapy ewolucji gwiazd wielkości Słońca i większych to: protogwiazda, gwiazda ciągu głównego, czerwony olbrzym, gwiazda neutronowa b) pulsar to gwiazda neutronowa c) kwazar to końcowy etap ewolucji gwiazdy o małej masie d) czerwony karzeł to słaba gwiazda o mniejszej masie niż Słońce, przykładem czerwonego karła jest Proxima Centauri e) biały karzeł to jeden z końcowych etapów ewolucji gwiazd o masie porównywalnej z masą Słońca 19. Nie jest prawdziwe jedno ze stwierdzeń na temat Galaktyk a) galaktyki to olbrzymie skupiska gwiazd i materii, można je nazwać Czerwony karzeł w porównaniu ze Słońcem wyspami Wszechświata b) nasza Galaktyka nosi nazwę Układu Drogi mlecznej i wchodzi w skład Układu Lokalnego Galaktyk c) Wszechświat ma budowę hierachiczną, galatyki tworzą gromady, a te z kolei gromady gromad d) Słońce dokonuje wraz z całą Galaktyką obiegu wokół jądra Galaktyki w czasie 225 mln lat, obiekty bardziej odległe od jądra mają dłuższy czas obiegu e) wszystkie galaktyki oddalają się od nas z taką samą szybkością 20. Nie jest do całkowicie prawdziwe jedno ze stwierdzeń z zakresu kosmologii: a) Zasada Kosmologii głosi Wszechświat wygląda tak samo dla każdego obserwatora niezależnie od jego położenia b) Wszechświat jest nieograniczony w czasie i przestrzeni, będzie się rozszerzał w nieskończoność c) pewnikiem jest jedność praw i jedność materii występującej we Wszechświecie d) prawo Hubble’a głosi, że każda para galaktyk oddala się od siebie z szybkością proporcjonalną do ich odległości e) promieniowanie reliktowe (szczątkowe), które odkryli A Penzias i R. Wilson w 1962 r. może świadczyć o teorii Wiekiego Wybuchu Astronomiczne jednostki długości Jednostka Oznaczenie Podstawa Wartość Jednostka astronomiczna AU średnia odległość Ziemi od Słońca (wielka półoś orbity ziemskiej) 1 AU = 1,49597870 · 1012 Rok świetlny l.y odległość przebyta w próżni przez światło w ciągu 1 roku 1 l.y. = 9,4605 · 1015 1 l.y. = 63240 AU Parsek pc odległość , z której 1 j.a. Jest widoczna pod kątem 1" 1 pc = 3,0857 · 1016 1 pc = 3,2616 l.y. = 206265 AU Zakres rozmiarów i odległości astronomicznych Odległość lub rozmiar w km w jednostkach świetlnych Średnica Ziemi 12,8 · 103 - Odległość do Księżyca, średnia 384,4 · 103 1,3 sekundy św. Średnica Słońca (przeciętnej gwiazdy) 1,392 · 106 - Odległość do Słońca, średnia 149,6 · 106 8 minut 19 sekund św. 109 5 godzin 29 minut św. Odległość do najdalszej planety (Pluton), średnia 5,912 · Średnica Układu Słonecznego 1,2· Odległość do granic Układu Słonecznego ok. 1012 ok. 1 roku św. Odległość do najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) 40,5 · 1012 4,28 lat św. Odległość do najdalszych gwiazd widocznych gołym okiem ok. 2 · 1015 ok. 2 tys. lat św. Odległość do krańców Galaktyki ok. 3 · 1016 ok. 30 tys. lat św. Odległość do najbliższej galaktyki (Sagittarius) 8 · 1016 8 tys. lat św. Średnica Galaktyki ok. 1017 ok. 100 tys. lat św. Odległość do najdalszego obiektu widocznego gołym okiem (galaktyka M 31 w Andromedzie) 2,2 · 1019 2,4 mln lat św. ok. 7 • 1019 ok. 7 mln lat św. Odległość do najbliższych kwazarów ok. 1,5 • 1022 ok. 1,5 mld lat św. Odległość do najdalszych rejonów Wszechświata dostępnych dla obserwacji ok. 1,5 • 1023 ok. 15 mld lat św. Średnica Lokalnej Grupy Galaktyk 1010 80 AU Niektóre z kilkudziesięciu galaktyk Układu Lokalnego Deklinacja Typ galaktykia Jasność MV Jasność mV Odległ. [kpc] 00h42,7m +41o16' Sb I-II -21,1m 3,4m 770 17 45,7 -29 00 c Sb/Sc -20,6 - 8d Galaktyka w Trójkącie (M33, NGC 598) 01 33,9 +30 39 Sc II-III -18,9 5,7 840 Wielki Obłok Magellana 05 24 -69 45 Ir III-IV -18,0 0,1 49 NGC 55 00 15,1 -39 13 dIr IV -18,0 7,95 1480 M32 (NGC 221) 00 40,4 +41 41 E2 -16,7 8,10 805 M110 (NGC 205) 00 40,4 +41 41 S0/E5p -16,6 8,05 815 00 53 -72 50 Ir IV/Ir IV-V -16,2 2,3 58 NGC 3109 10 03,1 -26 10 dIr IV-V -15,7 9,88 1250 NGC 6822 (Galaktyka Barnarda) 19 44,9 -14 48 Ir IV-V -15,2 9,1 490 Galaktyka Wielka Galaktyka w Andromedzie (M31, NGC 224) Galaktyka (Droga Mleczna) Mały Obłok Magellana Rektasc Galaktyka spiralna w gwiazdozbiorze Andromedy (odległa 2,2 mln LY) jest podobna do naszej lecz ma dwukrotnie większą średnicę i zawiera także dwa razy więcej gwiazd (około 400 miliardów) Inna z sąsiadek naszej Galaktyki– Wielki obłok Magellana Spiralna galaktyka NGC 4603, odległa o 108 mln lat świetlnych, najodleglejsza zlokalizowana galaktyka zawierająca gwiazdy zmienne - cefeidy. Zdjęcie z kosmicznego teleskopu Hubble'a. 21. Wspólczesna astronomia jest związana a wieloma nazwiskami. Najważniejsze nazwiska są związane z następującymi odkryciami: a) Mikołaj Kopernik dokonał przełomu w astronomii umieszczając naszą gwiazdę, Słońce w centrum Układu Słonecznego b) Jan Kepler zwolennik teorii M. Kopernika opracował teorię ruchu planet c) Izaak Newton odkrył prawo grawitacji i jego istotne znaczenie dla ruchu planet d) Edwin Powell Hubble odkrył prawa rozszerzania się Wszechświata i zbudował teleskop zwany do dzisiaj jego imieniem e) Aleksander Wolszczan pierwszy odkrył planety poza Układem Słonecznym f) Stephen Hawking, autor słynnego bestselleru „Krótka historia czasu“ opracował teorię czarnych dziur 22. Słońce znajduje się w odległości 2/3 od centrum Galaktyki czyli w odległości około 10 kpc. Światło z jednego krańca galaktyki do drugiego biegnie około: Aleksander Wolszczan w obserwatorium w a) 200 miliardów lat Piwnicach b) 100 milionów lat c) 10 milionów lat d) 300 tysięcy lat e) 100 tysięcy lat 23. Przeprowadzono spektrometryczne badania widma promieniowania pochodzącego z odległej galaktyki. Linie widmowe o długości fali = 0,7310-6 m udało się utożsamić z linią wodoru, która w Wzory na prędkość ucieczki galaktyk warunkach laboratorium Szybkość radialna galaktyki Vr jak wynika z prawa ziemskiego ma długość fali = Hubble’a, jest wprost proporcjonalna do względnego 0,48710-6. Prędkość ruchu przesunięcia Dopplerowskiego z galaktyki. Dla odległych galaktyki przy założeniu, że galaktyk, których szybkość ucieczki Vr jest przesunięcie fal spowodowane porównywalna z szybkością światła należy uwzględnić było tylko efektem Dopplera efekty relatywistyczne. Wtedy szybkość liczy się zgodnie wynosi około: ze wzorem podanym poniżej. c a) około 2 Vr H r oraz Vr c z dla Vr c 2 3c (1 z ) 1 b) około Vr c dla Vr bliskich c 2 (1 z ) 2 1 3c r – odległość c) około 8 d) około 5c 13 z - przesunięcie względne dopplerowskie H - stała Hubble’a 5c e) około 8 24. Na podsumowanie wskazać nieprawdziwe stwierdzenie: a) parsek to odległość z której promień orbity Ziemi widać pod kątem jednej sekundy b) w całym Wszechświecie występują te same prawa fizyki i te same pierwiastki c) fazy Księżyca są wynikiem równości okresów obiegu Księżyca wokół Ziemi i okresu obrotu wokół własnej osi d) okres zmian faz Księżyca jest inny niż okres obiegu Księżyca wokół Ziemi e) najwięcej planetoid znajduje się w pasie między Marsem i Jowiszem i są być może pozostałością dwóch planet, które mogły się zderzyć w wyniku przyciągania 25. Różne są gęstości gwiazd w zależności od etapu ich ewolucji. Gwiazda neutronowa ma dla przykładu masę 1,5 masy Słońca, ale promień tylko około 10 km. Promień Słońca wynosi około 7105 km, a masa 21030 kg. Gęstość Słońca i gwiazdy neutronowej wynoszą około: a) 5,6103 kgm-3 i 21013 kgm-3 b) 2,4104 kgm-3 i 2,31013 kgm-3 c) 1,4103 kgm-3 i 71012 kgm-3 d) 6,8102 kgm-3 i 1,21028 kgm-3 e) 1,4103 kgm-3 i 7,21018 kgm-3
