Тест по астрономии: Эволюция звёзд (10-11 класс)
Тест по астрономии «Эволюция звёзд» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, направленная на диагностику понимания учащимися процессов рождения, жизни и смерти звёзд. Вопросы охватывают стадии протозвезды, главной последовательности, красного гиганта и финальные этапы эволюции в зависимости от массы светила.
1
Какое событие знаменует собой превращение протозвезды в полноценную звезду главной последовательности?
Правильный ответ:
Начало термоядерных реакций превращения водорода в гелий в ядреПояснение:
Правильный ответ — Начало термоядерных реакций. Именно запуск устойчивого термоядерного синтеза водорода создает внутреннее давление, которое останавливает гравитационное сжатие протозвезды. Звезда достигает гидростатического равновесия и занимает свое место на главной последовательности.2
Как зависит время жизни звезды на главной последовательности от её массы?
Правильный ответ:
Чем больше масса, тем меньше время жизни (так как светимость растет пропорционально 4-й степени массы)Пояснение:
Правильный ответ — Чем больше масса, тем меньше время жизни. Хотя массивные звезды имеют больше топлива, они сжигают его с колоссальной скоростью. Светимость звезды пропорциональна массе в четвертой степени (L∼M4L sim M^4L∼M4), поэтому запасы энергии исчерпываются очень быстро. Массивные голубые гиганты живут миллионы лет, а карлики — миллиарды.3
Что остается после гибели звезды с массой, близкой к солнечной (типа Солнца)?
Правильный ответ:
Белый карлик и планетарная туманностьПояснение:
Правильный ответ — Белый карлик и планетарная туманность. Звезды типа Солнца на финальной стадии превращаются в красных гигантов, а затем сбрасывают внешнюю оболочку, которая образует планетарную туманность. Обнажившееся ядро, состоящее в основном из углерода и кислорода, становится белым карликом.4
Какой процесс происходит в недрах звезды, когда она сходит с главной последовательности и становится красным гигантом?
Правильный ответ:
Водород в центре выгорает, ядро сжимается, а оболочка расширяется и остываетПояснение:
Правильный ответ — Водород в центре выгорает, ядро сжимается, а оболочка расширяется. Исчерпание водорода в центре приводит к сжатию и разогреву гелиевого ядра. Реакции горения водорода перемещаются в слой вокруг ядра. Возросший поток энергии заставляет внешние слои звезды сильно расшириться, при этом температура поверхности падает (звезда краснеет).5
Какие объекты образуются в результате взрыва сверхновых звезд (коллапса ядра массивной звезды)?
Правильный ответ:
Нейтронные звезды или черные дырыПояснение:
Правильный ответ — Нейтронные звезды или черные дыры. Если масса коллапсирующего ядра превышает предел Чандрасекара, но меньше предела Оппенгеймера-Волкова, образуется нейтронная звезда. Если масса ядра еще больше, коллапс продолжается до образования черной дыры.6
Как астрономы определяют возраст звездного скопления?
Правильный ответ:
По точке поворота на диаграмме «Спектр — светимость» (какие звезды сходят с главной последовательности)Пояснение:
Правильный ответ — По точке поворота на диаграмме. В скоплении все звезды родились одновременно. Самые массивные умирают первыми. Наблюдая, звезды какого спектрального класса сейчас покидают главную последовательность (становятся гигантами), можно вычислить время, прошедшее с момента рождения скопления.7
Что такое планетарная туманность?
Правильный ответ:
Газовая оболочка, сброшенная звездой средней массы (типа Солнца) на поздней стадии эволюцииПояснение:
Правильный ответ — Газовая оболочка, сброшенная звездой. Название исторически возникло из-за внешнего сходства дисков таких туманностей с дисками планет (Урана или Нептуна) в телескопе. На самом деле это расширяющаяся оболочка умирающего красного гиганта, подсвечиваемая горячим ядром (белым карликом).8
До какого химического элемента могут идти термоядерные реакции с выделением энергии в недрах самых массивных звезд?
Правильный ответ:
До железаПояснение:
Правильный ответ — До железа. Синтез ядер тяжелее железа является эндотермическим (требует затрат энергии, а не выделяет ее). Поэтому образование железного ядра означает конец термоядерной жизни звезды и неизбежный последующий гравитационный коллапс.9
Что является источником энергии протозвезды на стадии её сжатия?
Правильный ответ:
Гравитационная энергия сжатия, переходящая в теплоПояснение:
Правильный ответ — Гравитационная энергия. До того как температура в центре поднимется до миллионов градусов и запустятся ядерные реакции, протозвезда светит за счет преобразования потенциальной энергии гравитационного поля в кинетическую энергию частиц (тепло) при сжатии.10
К какому типу относится звезда, находящаяся на главной последовательности спектрального класса O или B?
Правильный ответ:
Это молодая массивная звездаПояснение:
Правильный ответ — Это молодая массивная звезда. Звезды классов O и B имеют огромную массу и светимость. Из-за быстрого расхода топлива они живут очень недолго (миллионы лет). Поэтому если мы видим такую звезду, значит, она родилась совсем недавно по астрономическим меркам.11
Какое утверждение о плотности белого карлика верно?
Правильный ответ:
Она чрезвычайно высока (сотни килограммов и тонны в см³)Пояснение:
Правильный ответ — Она чрезвычайно высока. Белый карлик имеет массу, сравнимую с солнечной, но упакованную в объем размером с Землю. Это приводит к плотностям порядка 10910^9109 кг/м³. Вещество находится в состоянии вырожденного электронного газа.12
Что находится в центре Крабовидной туманности (остатка сверхновой)?
Правильный ответ:
Пульсар (нейтронная звезда)Пояснение:
Правильный ответ — Пульсар. Крабовидная туманность образовалась после взрыва сверхновой 1054 года. Ядро взорвавшейся звезды сжалось в нейтронную звезду, которая быстро вращается и излучает радиоимпульсы (пульсар), а оболочка разлетается, образуя туманность.13
Какой этап эволюции следует за стадией главной последовательности для звезды типа Солнца?
Правильный ответ:
Красный гигантПояснение:
Правильный ответ — Красный гигант. После исчерпания водорода в ядре Солнце начнет расширяться и охлаждаться с поверхности, превращаясь в красного гиганта. Его размеры увеличатся настолько, что могут достигнуть орбиты Земли.14
Какая сила противодействует гравитационному сжатию звезды на стадии главной последовательности?
Правильный ответ:
Газовое давление, поддерживаемое высокой температурой от ядерных реакцийПояснение:
Правильный ответ — Газовое давление. Энергия, выделяющаяся в термоядерных реакциях, поддерживает высокую температуру газа (плазмы) в недрах. Горячий газ стремится расшириться, создавая давление, которое уравновешивает силу гравитации, стремящуюся сжать звезду.15
В каком диапазоне спектра преимущественно излучает протозвезда, окруженная пылевым облаком?
Правильный ответ:
В инфракрасномПояснение:
Правильный ответ — В инфракрасном. Протозвезда еще относительно холодна (по сравнению со звездами ГП) и окружена плотной пылевой оболочкой, которая поглощает видимый свет и переизлучает его в тепловом инфракрасном диапазоне.16
Какой элемент начинает синтезироваться в ядре звезды типа Солнца после стадии красного гиганта (при сжатии гелиевого ядра)?
Правильный ответ:
УглеродПояснение:
Правильный ответ — Углерод. Когда температура в сжимающемся гелиевом ядре достигает примерно 100 млн К, начинается тройной альфа-процесс: три ядра гелия сливаются в одно ядро углерода. У более массивных звезд процесс идет дальше, до кислорода и т.д.17
Что такое «сверхновая»?
Правильный ответ:
Мощный взрыв, сопровождающий гибель массивной звезды или коллапс белого карликаПояснение:
Правильный ответ — Мощный взрыв. Термин «сверхновая» исторически сложился, но он обозначает не рождение, а смерть звезды. Это катастрофическое событие, при котором яркость звезды возрастает в миллиарды раз, а ее вещество выбрасывается в космос.18
Каков примерный возраст Солнца (время пребывания на главной последовательности на данный момент)?
Правильный ответ:
Около 4,5–5 миллиардов летПояснение:
Правильный ответ — Около 4,5–5 миллиардов лет. Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла на главной последовательности. Ему предстоит светить в стабильном режиме еще примерно столько же времени, прежде чем оно станет красным гигантом.19
Почему в старых звездных скоплениях на главной последовательности отсутствуют голубые гиганты (классы O и B)?
Правильный ответ:
Они уже успели проэволюционировать и умереть (взорваться), так как живут недолгоПояснение:
Правильный ответ — Они уже успели умереть. Массивные голубые звезды живут всего миллионы или десятки миллионов лет. Если скоплению миллиарды лет, все такие звезды давно закончили свой жизненный путь, превратившись в нейтронные звезды или черные дыры.20
Какое конечное состояние ожидает звезду с массой значительно меньше солнечной (красный карлик)?