Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звезд.

Считается установленным, что звезды возникают путем сжатия газа в холодных и плотных молекулярных облаках под действием сил гравитации. При этом повышается давление, температура, плотность, происходит конденсация газа и в газовых облаках образуются плотные «ядра», в которых со временем образуются звезды и звездные скопления.  Формирующаяся звезда сначала представляет собой громадный медленно сжимающийся шар – протозвезду, который разогревается вследствие перехода части потенциальной энергии в тепловую. Сжатие прекратится тогда, когда в центре температура и давление станут настолько высокими, что начнутся термоядерные реакции. Окружающая звезду газопылевая оболочка при вращении формируется в диски, из которых позднее формируются планеты. 

Эволюция - «старение» звёзд имеет следующие закономерности:

1) Время жизни звезды t определяется её массой М. Для звезд с водородным источником энергии (их большинство) справедливо соотношение LM⁴, а t ~ M/L → t~M^-3 т.е. время существования звёзд обратно пропорционально кубу их массы.

2) Процесс «старения» проходит неравномерно. Почти 90% жизни звёзды неизменны, находятся на главной последовательности Герцшпрунга-Рессела.

3) Когда запасы водорода истощаются, размеры и светимость звезды начинают расти, температура атмосферы - уменьшаться. Звезда превращается в красного гиганта.

Конечные   стадии эволюции звезд так же определяются её массой.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Наша Галактика. Другие галактики.

 Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной.

Галактика - гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс. Наша Галактика Млечный путь имеет форму диска с утолщенным ядром в центе (балдж), от которого спиралевидно разбегаются пять рукавов, соединённые перемычками. Солнце расположено на периферии этого диска и вращается относительно центра. Открыты и другие галактики, например, ближайшие к нам Большое и Малое Магеллановы Облака и крупнейшая - туманность Андромеды. Все галактики составляют Вселенную.

Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной.

Под Вселенной понимают весь материальный мир, составляющий астрономическую картину мира. Главное свойство Вселенной постоянная эволюция в пространстве и времени. Так в спектрах галактик наблюдается красное смещение спектральных линий, что указывает на их удаление от нас. Скорость удаления и расстояние до галактики связаны законом Хаббла: υ=Н∙d (υ- скорость удаления галактики от Земли, Н- постоянная Хаббла, d- расстояние до галактики). Наблюдаемое разбегание галактик объясняют расширением Вселенной. Однако расширяющаяся Вселенная это лишь одна из теорий строения. Так же существуют теория Большого взрыва, пульсирующая Вселенная и другие. Наука, изучающая Вселенную, называется космология.

 Задания, сконструированное на содержании темы «Элементы астрофизики», будут включены в КИМ ЕГЭ в конце части 1 экзаменационной работы на позиции 24.

В этом задании на множественный выбор необходимо будет выбрать два верных утверждения из пяти предложенных. Задание 24, как и другие аналогичные задания в экзаменационной работе, оценивается максимально в 2 балла, если верно указаны оба элемента ответа и в 1 балл, если в одном из элементов допущена ошибка.

Порядок записи цифр в ответе значения не имеет. Как правило, задания будут иметь контекстный характер, т.е. часть данных, необходимых для выполнения задания будут приводиться в виде таблицы, схемы или графика. Приведем два примера заданий, построенных на разных элементах содержания.

Пример 1

Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики планет Солнечной системы.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

1) Сатурн имеет самую маленькую массу из всех планет Солнечной системы.

2) На Нептуне не может наблюдаться смена времён года.

3) Орбита Марса находится на расстоянии примерно 228 млн км от Солнца.

4) Ускорение свободного падения на Юпитере составляет 42,1 м/с² .

5) Ускорение свободного падения на Уране составляет около 9,6 м/с² .

 Ответ: ___,____

Указания: Для выполнения этого задания нужно уметь анализировать и сравнивать характеристики планет, представленные в каждом из столбцов таблицы. Для определения ошибочности утверждения 1 нужно понимать, что масса определяется не только плотностью, но и объемом планеты, который пропорционален R ³ .

Для анализа утверждения 2 – понимать, что смена времен года связана с наклоном оси вращения планеты к плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Для выбора утверждения 3 в качестве верного ответа нужно перевести указанное расстояние в астрономических единицах в километры. Для проверки утверждений 4 и 5 нужно вспомнить формулу для первой космической скорости и рассчитать ускорение свободного падения.

Пример 2

Выберите два утверждения о звёздах, используя данные диаграммы.

Выберите два утверждения о звёздах, используя данные диаграммы.

1) Температура звёзд спектрального класса К в 2 раза выше температуры звёзд спектрального класса А.

2) Если радиус звезды в 1000 раз превышает радиус Солнца, то она относится к сверхгигантам.

3) Плотность белых карликов существенно меньше средней плотности гигантов.

4) Если звезда имеет температуру поверхности 3300 К, то она относится к звёздам спектрального класса А.

5) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса G главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса О главной последовательности.

 Ответ: ___,___

Указания: В этом задании для проверки утверждений 1, 2 и 4 достаточно обратиться к диаграмме и выбрать верное утверждение о размерах сверхгигантов. Для проверки утверждения 3 нужно понимать, что плотности белых карликов существенно выше плотности гигантов, а для проверки утверждения 5 – сравнить по диаграмме размеры звезд этих двух спектральных классов, сделать вывод о разнице в их массах и, соответственно, о продолжительности «жизненного цикла».

Ответы к примерам: №1 – 3 и 5, №2 – 2 и 5.

Тесты.

1.Чем объясняется смена времен года на Земле?

1)периодическими изменениями скорости вращения Земли вокруг своей оси

2)периодическими изменениями скорости движения Земли вокруг Солнца

3)отличием от 90° угла наклона оси вращения Земли вокруг своей оси к плоскости земной орбиты

4)периодическими изменениями направления движения морских течений и циклонов

2. В северном полушарии Земли в декабре дни короче, чем в июне, так как

1) зимой Земля движется медленнее по орбите вокруг Солнца 

2) зимой Земля движется быстрее по орбите вокруг Солнца

3) в декабре ось суточного вращения Земли наклонена северным полушарием к Солнцу

4) в декабре ось суточного вращения Земли наклонена так, что северное полушарие Земли повернуто от Солнца

3.Источником энергии Солнца является

1) реакция деления тяжелых ядер.                                         2) пульсация Солнца.                                                 3) термоядерные реакции синтеза гелия из водорода.        4) сгорание углерода.

4. На каком расстоянии от нас находится галактика, имеющая скорость 1,5 ⋅10⁴ км/c? Постоянную Хаббла примите равной 75 км/c Мпс.

1) 200 Мпс             2) 300 Мпс                  3) 1100 Мпс.                4) 2000 Мпс.

5. Сравните углы зрения, под которыми с Земли видны Солнце (φ₁) и Луна ( φ₂)

1) ϕ₁≫ϕ₂.              2) ϕ₁≪ϕ₂.                 3) ϕ₁≈ϕ₂.                        4) ϕ₁=ϕ₂.

6.Какие из перечисленных планет называют планетами-гигантами (1 - Марс; 2 - Венера; 3 -Юпитер; 4 - Сатурн?)                                                                                                                     1)1 и 2                       2) 3 и 4                         3) 1 и 3                          4) 2 и 4.

7. В таблице указаны некоторые характеристики планет Солнечной системы.

Все параметры в таблице, кроме плотности, указаны в отношении к аналогичным данным Земли.

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) По мере удаления от Солнца период обращения планет увеличивается

2) Чем меньше плотность планеты, тем больше спутников она имеет.

3) Самую большую плотность из планет Солнечной системы имеет Земля.

4) По мере удаления от Солнца увеличивается радиус планет.

5) Планеты-гиганты характеризуются более длительными сутками по сравнению с планетами земной группы.

 8. Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики планет Солнечной системы.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

1) Первая космическая скорость для спутника Марса составляет примерно 7,1 км/с.

2) За юпитерианский год на планете проходит около 300 юпитерианских суток.

3) Угловая скорость вращения Сатурна вокруг своей оси больше, чем у Меркурия.

4) Ускорение свободного падения на Нептуне примерно 23,7 м/с².

5) Ускорение свободного падения на Юпитере примерно 24,8 м/с².

9.Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики планет Солнечной системы. (см.таблицу в задании№8)

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

1) Первая космическая скорость для спутника Сатурна составляет примерно 50,2 км/с.

2) Ускорение свободного падения на Марсе примерно 3,7 м/с².

3) Угловая скорость вращения Урана вокруг Солнца больше, чем у Марса.

4) Первая космическая скорость для спутника Венеры составляет примерно 7,33 км/с.

5) Объём Марса примерно в 4 раза меньше объёма Земли.

10.Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики планет Солнечной системы. (см.задание №11)

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

1) Ускорение свободного падения на Уране составляет около 15,1 м/с².

2) На Нептуне может наблюдаться смена времён года.

3) Вторая космическая скорость для Марса составляет примерно 5,02 км/с.

4) Чем дальше планета располагается от Солнца, тем большее её объём.

5) Орбита Юпитера находится на расстоянии примерно 280 млн км от Солнца.

11. Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики планет Солнечной системы.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

1) На Марсе не может наблюдаться смена времён года

.2) Ускорение свободного падения на Нептуне составляет около 11,4 м/с².

3) Объём Марса в 3 раза меньше объёма Венеры.

4) Вторая космическая скорость для Меркурия составляет примерно 1,25 км/с.

5) Орбита Венеры находится на расстоянии примерно 108 млн км от Солнца.

12.

Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики некоторых спутников планет Солнечной системы.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам спутников планет

1) Первая космическая скорость для спутника Оберона составляет примерно 11 км/с.

2) Ускорение свободного падения на Луне примерно 1,6 м/с².

3) Объём Титана почти в 2 раза больше объёма Тритона.

4) Орбита Каллисто располагается дальше от поверхности Юпитера, чем орбита Ио.

5) Чем дальше от Солнца располагается спутник планеты, тем меньше его диаметр.

13. Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики некоторых спутников планет Солнечной системы.(см задание 12)

 Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам спутников планет.

1) Первая космическая скорость для спутника Каллисто составляет примерно 1,7 км/с.

2) Ускорение свободного падения на Европе примерно 20,25 м/с².

3) Орбита Ио располагается ближе к поверхности Юпитера, чем орбита Каллисто

4) Первая космическая скорость для спутника Тритона составляет примерно 2,0 км/с.

5) Объём Луны в 1,5 раза меньше объёма Титана.

14. Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики некоторых астероидов Солнечной системы.

*Эксцентриситет орбиты определяется по формуле: где b – малая полуось, a – большая полуось орбиты. e = 0 – окружность, 0 < e < 1 – эллипс.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам астероидов.

1) Астероид Аквитания вращается по более «вытянутой» орбите, чем астероид Церера.

2) Орбита астероида Паллада находится между орбитами Марса и Юпитера.

3) Большие полуоси орбит астероидов Эвномия и Юнона примерно одинаковы, следовательно, они движутся по одной орбите друг за другом.

4) Средняя плотность астероида Веста составляет примерно 300 кг/м³.

5) Первая космическая скорость для спутника астероида Геба составляет более 8 км/с.

 15.По условиям задания№14: таблица, пояснения. Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам астероидов.

1) Чем дальше от Солнца располагается орбита астероида, тем большее его масса.

2) Астероид Геба движется по орбите Земли и представляет астероидную опасность.

3) Астероид Паллада вращается по более «вытянутой» орбите, чем астероид Веста.

4) Орбита астероида Юнона находится между орбитами Марса и Юпитера.

5) Вторая космическая скорость для астероида Церера составляет более 11 км/с.

16. Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о ярких звёздах.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд.

1) Звёзды Альдебаран и Эль-Нат имеют одинаковую массу, следовательно, относятся к одному спектральному классу.

2) Звезда Ригель является сверхгигантом.

3) Температура поверхности звезды Менкалинан почти в 1,5 раза ниже, чем поверхности Солнца.

4) Звезда Бетельгейзе относится к красным звёздам спектрального класса М.

5) Звезды Денеб и Садр относятся к одному созвездию, следовательно, находятся на одинаковом расстоянии от Земли.

17. Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о ярких звёздах.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд.

1) Звезда ε Возничего В относится к спектральному классу G.

2) Солнце относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга – Рессела.

3) Звезда Сириус В относится к белым карликам.

4) Звезда Сириус В и наше Солнце имеют одинаковые массы, значит относятся к одному спектральному классу.

5) Звезда Сириус А является сверхгигантом.

18. Рассмотрите таблицу, (см. задание№17)содержащую сведения о ярких звёздах.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд.

1) Температура поверхности Ригеля соответствует температурам звёзд спектрального класса В.

2) Звезда Альдебаран относится к белым карликам.

3) Средняя плотность звезды Капелла больше, чем средняя плотность Солнца.

4) Солнце относится к красным звёздам спектрального класса М.

5) Звезда α Центавра А относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга – Рессела.

19. На рисунке представлена диаграмма Герцшпрунга – Рессела.

Выберите два утверждения о звёздах, которые соответствуют диаграмме.

1) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса В главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса G главной последовательности.

2) Температура поверхности звёзд спектрального класса F ниже температуры звёзд спектрального класса А.

3) Звезда Арктур имеет температуру поверхности 4100 К, следовательно, она относится к звёздам спектрального класса В.

4) Радиус звезды Бетельгейзе почти в 1000 раз превышает радиус Солнца, следовательно, она относится к сверхгигантам.

5) Средняя плотность сверхгигантов существенно больше средней плотности белых карликов.

20.Рассмотрите диаграмму Герцшпрунга – Рессела. (см.задание№19).

 Выберите два утверждения о звёздах, которые соответствуют диаграмме.

1) Температура поверхности звёзд спектрального класса G выше температуры звёзд спектрального класса B.

2) Звезда Альтаир имеет радиус 1,9R_ʘ, следовательно, она относится к сверхгигантам.

3) Звезда Антарес А имеет температуру поверхности 3300 К, следовательно, она относится к звёздам спектрального класса А.

4) Средняя плотность белых карликов существенно больше средней плотности звёзд главной последовательности.

5) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса K главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса О главной последовательности.

Ответы.