Тест по астрономии: Диаграмма Герцшпрунга—Рессела (10-11 класс)
Тест по астрономии «Диаграмма Герцшпрунга—Рессела» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, направленная на диагностику понимания учащимися фундаментальных закономерностей физики звезд. Вопросы охватывают структуру диаграммы «спектр — светимость», характеристики основных групп звезд (главной последовательности, гигантов, карликов) и эволюционные взаимосвязи между ними.
1
Какой физический закон объясняет, почему при одинаковой температуре красный гигант имеет светимость в тысячи раз больше, чем звезда главной последовательности?
Правильный ответ:
Закон Стефана — Больцмана (L=4πR2σT4L = 4pi R^2 sigma T^4L=4πR2σT4)Пояснение:
Правильный ответ — Закон Стефана — Больцмана. Этот закон гласит, что мощность излучения (светимость LLL) пропорциональна площади поверхности (4πR24pi R^24πR2) и четвертой степени температуры (T4T^4T4). Если температуры звезд равны (T1=T2T_1 = T_2T1=T2), то различие в светимости может быть обусловлено только различием в радиусах. Огромная светимость гиганта при низкой температуре доказывает его колоссальные размеры.2
Какая группа звезд на диаграмме Герцшпрунга — Рессела характеризуется высокой температурой поверхности, но очень низкой светимостью?
Правильный ответ:
Белые карликиПояснение:
Правильный ответ — Белые карлики. Эти звезды располагаются в левом нижнем углу диаграммы. Высокая температура (белый или голубой цвет) означает, что каждый квадратный метр их поверхности излучает много энергии. Однако низкая общая светимость говорит о том, что сама площадь поверхности (и радиус) очень мала — сравнима с размером Земли.3
Какова отличительная особенность средней плотности красных сверхгигантов, таких как Бетельгейзе?
Правильный ответ:
Их плотность ничтожно мала, в тысячи раз меньше плотности комнатного воздухаПояснение:
Правильный ответ — Их плотность ничтожно мала. Сверхгиганты имеют массу в 10–20 раз больше солнечной, но их объем больше солнечного в миллиард раз (радиус в 1000 раз больше). Отношение массы к такому гигантскому объему дает плотность порядка 10−410^{-4}10−4 кг/м³, что физически представляет собой раскаленный, сильно разреженный вакуум.4
Где на диаграмме Герцшпрунга — Рессела расположено наше Солнце?
Правильный ответ:
На главной последовательности, в желтой части спектраПояснение:
Правильный ответ — На главной последовательности. Солнце — типичная звезда-карлик спектрального класса G2V. Оно, как и 90% всех звезд, находится на стадии стационарного термоядерного горения водорода, что соответствует положению на главной последовательности (примерно в середине диаграммы).5
Какой параметр откладывается по вертикальной оси диаграммы Герцшпрунга — Рессела?
Правильный ответ:
Светимость или абсолютная звездная величинаПояснение:
Правильный ответ — Светимость или абсолютная звездная величина. Вертикальная ось диаграммы показывает мощность излучения звезды. Обычно используется логарифмическая шкала светимости (в единицах светимости Солнца) или шкала абсолютных звездных величин. Спектральный класс откладывается по горизонтальной оси.6
Что можно сказать о плотности вещества белого карлика Сириус B?
Правильный ответ:
Она экстремально высока: около 300 кг в кубическом сантиметреПояснение:
Правильный ответ — Она экстремально высока. Белые карлики имеют массу, сравнимую с солнечной, упакованную в объем размером с Землю. Это приводит к плотностям порядка 10510^5105–10610^6106 г/см³ (сотни тонн в кубическом сантиметре). Вещество находится в состоянии вырожденного газа.7
Какое соотношение радиусов верно для звезды главной последовательности (ГП) и красного гиганта (КГ) одного и того же спектрального класса?
Правильный ответ:
Радиус красного гиганта в десятки и сотни раз больше радиуса звезды ГППояснение:
Правильный ответ — Радиус красного гиганта в десятки и сотни раз больше. Поскольку они принадлежат одному спектральному классу, их температуры равны. Однако светимость гиганта намного выше. Из закона Стефана-Больцмана следует, что для обеспечения такой светимости при той же температуре радиус должен быть значительно больше.8
Какие звезды занимают диагональную полосу, идущую из левого верхнего угла диаграммы в правый нижний?