Олимпиадные задания с решениями

Астрономия 10 класс, муниципальный этап (2 этап), г. Москва, 2017-2018 учебный год

Сдержание

  1. Задача 1
  2. Задача 2
  3. Задача 3
  4. Задача 4
  5. Задача 5
  6. Задача 6

Задача 1

Содержание ↑

Как-то в середине осени начинающий художник сразу после захода Солнца сделал набросок картины «Осень в Подмосковье», нарисовав с натуры линию горизонта, несколько элементов пейзажа и положения Венеры и Сатурна (цифры 1 и 2 на рисунке), видимых на небе в это время. Через несколько месяцев он вернулся к работе и нарисовал на наброске своё любимое созвездие.

Под каким номером на рисунке изображена Венера, а под каким Сатурн? Объясните ваш выбор.

Как называется любимое созвездие художника? Какие ошибки он допустил, поместив его на свой набросок?

Ответ:

  1. Планета №1 – Сатурн, планета №2 – Венера. Выбор можно объяснить так: как известно, Венера на земном небе не удаляется от Солнца далеко (больше, чем на 48⁰). Поскольку положение планет было обозначено в середине осени, то есть в момент времени достаточно близкий ко дню равноденствия, значит, Солнце зашло примерно у точки запада. Получается, что планета №1 находится от него на расстоянии около 90⁰. Следовательно, это Сатурн, т.к. по условию мы должны выбрать из двух планет — Сатурна и Венеры.
  2. Созвездие – Орион.
  3. Ошибки, допущенные художником:
    • осенью Орион не может наблюдаться в западной части горизонта сразу после захода Солнца;
    • слишком большой размер созвездия;
    • созвездие должно быть повернуто по часовой стрелке примерно на 30 градусов от указанного на рисунке положения;
    • планеты не могут находиться под созвездием Ориона;
    • видно слишком много звёзд в созвездии на еще ярком фоне вечернего неба.

Критерии оценивания:

  • за верное указание планет +4 балла при условии верного объяснения (оно может быть короче авторского или более упрощённым, например: Венера — внутренняя планета и не может удаляться от Солнца так далеко, как Сатурн);
  • за верное указание созвездия +2 балла;
  • за верное указание любой ошибки по 1 баллу (но не более 8 баллов в сумме за задачу).

Максимум за задачу – 8 баллов.

Задача 2

Содержание ↑

Выберите верные утверждения.

  1. Скорость движения Земли по орбите больше, чем скорость Меркурия.
  2. Самой горячей частью атмосферы Солнца является солнечная корона.
  3. Кольца есть только у двух планет Солнечной системы.
  4. Серебристые облака являются самыми высокими облаками в земной атмосфере.
  5. Кассиопея – экваториальное созвездие.
  6. Луна – самый крупный спутник в Солнечной системе.
  7. Юпитер – самая большая планета Солнечной системы.
  8. Сириус ярче Полярной звезды.

Ответ: Верные утверждения №2, 4, 7, 8.

Критерии оценивания:

За каждое верное утверждение по 2 балла, за каждое неверное — минус 2 балла.

Суммарная оценка не может быть меньше 0.

Максимум за задачу – 8 баллов.

Задача 3

Содержание ↑

Выберите из списка четыре звезды, которые будут видны (т.е. будут находиться над горизонтом) в 20 часов по московскому времени в Москве в день проведения олимпиады при условии хорошей погоды.

  1. Полярная звезда (созвездие Малой Медведицы)
  2. Альдебаран (созвездие Тельца)
  3. Сириус (созвездие Большого Пса)
  4. Регул (созвездие Льва)
  5. Мицар (созвездие Большой Медведицы)
  6. Канопус (созвездие Киля)
  7. Шедар (созвездие Кассиопеи)
  8. Ахернар (созвездие Эридана)

Ответ: Полярная звезда, Альдебаран, Мицар, Шедар.

Примечание (для справки не требуется указывать при ответе): большинство звёзд можно выбрать по созвездию, в котором они находятся, – Малая Медведица, Кассиопея и Большая Медведица являются незаходящими на широте Москвы. Киль, напротив, никогда не восходит. Часть созвездия Эридана в Москве видно, но Ахернар находится далеко в южной полусфере и также не появляется над горизонтом в Москве. Сириус и Регул в Москве восходят, но период их вечерней видимости начинается позже.

Критерии оценивания:

За каждую верно указанную звезду по 2 балла (обоснование или объяснение не требуется), за каждую неверную — минус 2 балла.

Отрицательная оценка не ставится (выставляется 0 баллов за задачу).

Максимум за задачу – 8 баллов.

Задача 4

Содержание ↑

Определите угловое расстояние (с точностью до нескольких угловых минут) между Геммой (α Северной Короны) и Ункалхаи (α Змеи), между Вегой и Луной, между Феркадом (γ Малой Медведицы) и Мирфаком (α Персея), если известны их координаты:

  1. Гемма (азимут A1=169⁰, высота h1=59⁰), Ункалхаи (азимут A2=169⁰, высота h2=41⁰)
  2. Вега (азимут A3=90⁰, высота h3=49⁰), Луна (азимут A4=270⁰, высота h4=11⁰)
  3. Феркад (прямое восхождение α1=15h20m, склонение δ1=71⁰46′), Мирфак (прямое восхождение α2=3h24m, склонение δ2=49⁰51′).

Объясните, как Вы нашли угловое расстояние в каждом случае.

Решение:

Если внимательно посмотреть на координаты пар объектов из условия задачи, то можно заметить, что во всех случаях пары объектов находятся на большом круге: у первой пары совпадают азимуты A1=A2, у второй – азимуты отличаются на A4-A3=180⁰, звёзды третьей пары находятся почти на одном круге склонения (прямые восхождения у звёзд отличаются примерно на α12≈12h).

Поэтому для вычисления угловых расстояний достаточно вычислить, на сколько отстоят друг от друга объекты по соответствующим большим кругам:

  1. h1-h2=18⁰
  2. (90⁰-h3)+(90⁰-h4)=41⁰+75⁰=120⁰
  3. (90⁰-δ1)+(90⁰-δ2)=18⁰14’+40⁰09’≈58⁰23′

Ответ: 1) 18⁰; 2) 120⁰; 3) ≈ 58⁰23′

Критерии оценивания

Обратите внимание, что числа в условии этой задачи различаются в разных классах.

  • за верно вычисленное угловое расстояние для первой пары +3 балла;
  • за верно вычисленное угловое расстояние для второй пары +3 балла;
  • за верно вычисленное угловое расстояние для третьей пары +2 балла.

Оценка снижается на 1 балл для каждой пары, если не приведено обоснование (т.е. не сказано о совпадении азимутов, либо об отличии координат на 180 градусов).

За каждую арифметическую ошибку оценка снижается на 1 балл (т.е. при условии верного обоснования и верного хода вычислений ставится указанный выше балл минус 1 балл; если в качестве решения приведён только неверный ответ, то в случае ошибки оценка за такую пару звёзд не выставляется).

Не обязательно указывать, что в случае №3 ответ примерный. Допускается использование формулы из сферической тригонометрии при условии получения ответа, близкого к указанному выше (ответы №1 и №2 должны совпадать с авторскими, ответ №3 может отличаться не более чем на 1-2′).

Максимум за задачу – 8 баллов.

Задача 5

Содержание ↑

На рисунке приведена диаграмма температура-светимость (диаграмма Герцшпрунга-Рессела), на которой схематически обозначено положение основных классов звёзд и приведены 3 эволюционных трека (т.е. последовательность положений одной звезды за время её жизни).

  1. Выберите из треков те, которые соответствуют действительности (в ответе укажите номера начальной и конечной точек трека, т.е. 1-2, 3-4, 5-6).
  2. Подпишите названия классов звёзд, соответствующих областям на диаграмме, помеченным буквами А, Б, В, Г.

Ответ

  1. Правильный трек только один: 3-4;
  2. классы звёзд: А – белые карлики, Б – главная последовательность, В – красные гиганты, Г – сверхгиганты.

Критерии оценивания:

  • если указан только верный трек +4 балла;
  • если указан верный трек и один неверный +2 балла;
  • если указаны все треки или указаны только ошибочные варианты — 0 баллов;
  • за каждый верно названный класс звёзд +1 балл;
  • за каждый неверно названный класс звёзд – минус 1 балл.

Максимум за задачу – 8 баллов.

Задача 6

Содержание ↑

Общая масса пыли в некоторой спиральной галактике, похожей на нашу, M =108 МСолнца. Примерные размеры галактики таковы: диаметр диска d =30 кпк, толщина диска h =400 пк, характерный диаметр гало Dg=100 кпк, а диаметра балджа – Db=1 кпк. Определите для всего объёма диска среднюю концентрацию n (в единицах «число частиц/м3») и среднюю плотность p (в единицах кг/м3) пыли. Для справки: 1 МСолнца=2∙1030 кг, средний радиус пылинки a =0,1 мкм, а плотность её вещества ρ=3000 кг/м3, 1 пк =3,08∙1016 м.

Решение

Прежде всего, отметим, что в спиральных галактиках вся пыль сосредоточена в диске (причём только в тонком слое вблизи его плоскости, но это допустимо не знать и при решении не использовать), а в гало и балдже её нет совсем (при этом пыль концентрируется к центральной плоскости диска, но т.к. в условии нас просят найти среднюю по диску концентрацию, то мы этого учитывать не будем). Значит, нам надо найти объём диска галактики:

V = π(d/2)2 h = 3,14 × 15 0002 × 400 = 2,83 × 1011 пк3

Или в единицах СИ:

V = 2,83 × 1011 × (3,08 × 1016)3 = 8,27 × 1060 м3

Средняя по всему объёму диска плотность пыли будет равна

Вычислим количество пылинок массой m каждая с суммарной массой M=108 МСолнца:

А значит, концентрация пылинок будет равна

n = N/V ≈ 2 × 10-6м3

Ответ: n ≈ 2·10-6 м-3; p ≈ 2,4·10-23 кг/м3

Критерии оценивания

Обратите внимание, что числа в условии этой задачи различаются в разных классах

  • за обоснование того, что надо рассматривать лишь диск галактики (или только тонкий слой в диске, если участник знает об этой особенности), +2 балла;
  • за вычисление объёма диска галактики (вне зависимости от того, было ли обосновано ли это ранее) или объёма только пылевого слоя (для этого участник должен ввести толщину пылевого слоя в галактике (верное значение не может быть больше 400 пк), тогда ответ будет отличаться от авторского в L/h раз, где L — принятая участником толщина пылевого слоя; во столько же раз будут отличаться и остальные величины) +2 балла;
  • за вычисление средней плотности пыли +2 балла;
  • за вычисление средней концентрации пыли +2 балла;

В случае арифметической ошибки, не приведшей к физически (или астрономически) некорректному результату – минус 1 балл за каждую; если ошибка привела к конечному отклонению ответа на много порядков величины, то за соответствующий этап вычислений ставится 0 баллов, но следующие этапы решения за эту ошибку не наказываются (т.е. ошибка в вычислении объёма не должна влиять на оценку за вычисление концентрации при условии верных действий или формул – ответ, конечно, уже не будет правильным);

В случае, если участник, не зная, что пыль содержится только в диске галактики, вычисляет объём гало или балджа галактики, задача оценивается из общей оценки 4 балла (т.е. баллы за 1-2 пункты не выставляются).

Максимум за задачу – 8 баллов.

Содержание ↑

Всего за работу – 48 баллов.

Рекомендуем ознакомиться: