Тест по астрономии: Чёрные дыры (10-11 класс)
Тест по астрономии «Чёрные дыры» для 10-11 классов — это проверочная работа, предназначенная для контроля знаний учащихся о самых загадочных объектах Вселенной. Вопросы охватывают историю теоретического предсказания чёрных дыр, физику второй космической скорости, понятие гравитационного радиуса, методы обнаружения этих объектов и процессы, происходящие в их окрестностях.
1
Какой учёный XVIII века одним из первых высказал идею о существовании небесных тел, невидимых из-за сильного тяготения?
Правильный ответ:
Пьер-Симон ЛапласПояснение:
Правильный ответ — Пьер-Симон Лаплас. Французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас (и независимо от него англичанин Джон Мичелл) в конце XVIII века, основываясь на классической механике, рассчитал, что если звезда будет иметь достаточную массу и плотность, то вторая космическая скорость на её поверхности превысит скорость света, и свет не сможет покинуть её.2
Какое условие должно выполняться для второй космической скорости (v2v_2v2) на поверхности чёрной дыры?
Правильный ответ:
Она должна быть равна скорости света или превышать еёПояснение:
Правильный ответ — Она должна быть равна скорости света или превышать её. Вторая космическая скорость — это скорость, необходимая для преодоления гравитации небесного тела. Для чёрной дыры эта скорость достигает скорости света (ccc), поэтому даже фотоны света не могут вырваться наружу, делая объект невидимым.3
Как зависит гравитационный радиус (RgR_gRg) небесного тела от его массы (MMM)?
Правильный ответ:
Он прямо пропорционален массеПояснение:
Правильный ответ — Он прямо пропорционален массе. Формула гравитационного радиуса (радиуса Шварцшильда) имеет вид Rg=2GM/c2R_g = 2GM/c^2Rg=2GM/c2, где GGG и ccc — константы. Следовательно, чем больше масса объекта, тем больше его гравитационный радиус (линейная зависимость).4
Каким был бы радиус Солнца, если бы оно превратилось в чёрную дыру, сохранив свою массу?
Правильный ответ:
Около 3 кмПояснение:
Правильный ответ — Около 3 км. Если подставить массу Солнца (2⋅10302 cdot 10^{30}2⋅1030 кг) в формулу гравитационного радиуса, результат будет равен приблизительно 2,95 км. Это критический размер, до которого нужно сжать солнечную массу, чтобы гравитация на поверхности стала непреодолимой для света.5
Что является основным наблюдаемым признаком наличия чёрной дыры в тесной двойной звёздной системе?
Правильный ответ:
Мощное рентгеновское излучение от горячего аккреционного дискаПояснение:
Правильный ответ — Мощное рентгеновское излучение от горячего аккреционного диска. Вещество, перетекающее со звезды на чёрную дыру, образует диск, где оно разогревается трением до миллионов градусов. Такой горячий газ интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне, выдавая присутствие невидимого массивного объекта.6
Что такое горизонт событий чёрной дыры?
Правильный ответ:
Воображаемая граница, из-за которой ничто не может вернуться во внешнее пространствоПояснение:
Правильный ответ — Воображаемая граница, из-за которой ничто не может вернуться. Горизонт событий — это поверхность (сфера Шварцшильда), на которой вторая космическая скорость равна скорости света. Любой сигнал или объект, пересекший эту границу внутрь, причинно отрезается от остальной Вселенной.7
Какой объект в созвездии Лебедя считается первым надёжным кандидатом в чёрные дыры?
Правильный ответ:
Лебедь X-1 (рентгеновский источник)Пояснение:
Правильный ответ — Лебедь X-1. Это яркий рентгеновский источник, открытый в 1964 году. Наблюдения показали, что это двойная система, где вокруг голубого сверхгиганта обращается невидимый компактный объект массой около 15 масс Солнца, что слишком много для нейтронной звезды.8
Какое утверждение о гравитации чёрной дыры на большом расстоянии от неё является верным?
Правильный ответ:
Она ничем не отличается от гравитации обычной звезды той же массыПояснение:
Правильный ответ — Она ничем не отличается от гравитации обычной звезды той же массы. Гравитационное поле на расстоянии от объекта определяется только его массой (закон Ньютона). Если заменить Солнце на чёрную дыру той же массы, орбиты планет не изменятся, так как масса центрального тела останется прежней.9
Как называется процесс падения вещества на чёрную дыру (или другой гравитирующий объект) из окружающего пространства?
Правильный ответ:
АккрецияПояснение:
Правильный ответ — Аккреция. Это термин, обозначающий захват массивным небесным телом вещества из окружающей среды. В случае чёрных дыр аккреция часто приводит к образованию диска, так как вещество обладает моментом импульса и не может упасть прямо в центр.10
Что происходит с телом, если его скорость меньше второй космической скорости небесного объекта?