Тест по астрономии: Фотометрический парадокс (10-11 класс)
Тест по астрономии «Фотометрический парадокс» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, направленная на диагностику понимания учащимися фундаментальных космологических проблем. Тест охватывает историю астрономии, геометрические основы парадокса Ольберса, термодинамические аспекты и современные научные объяснения того, почему ночное небо остается темным.
1
В чем заключается суть фотометрического парадокса (парадокса Ольберса)?
Правильный ответ:
В бесконечной стационарной Вселенной, равномерно заполненной звездами, ночное небо должно быть ярким, как поверхность СолнцаПояснение:
Правильный ответ — Небо должно быть ярким как Солнце. Согласно геометрическому расчету, в бесконечной Вселенной любой луч зрения рано или поздно упрется в звезду. Суммарное излучение всех звезд должно создавать сплошной светящийся фон, чего мы не наблюдаем в реальности.2
Какое условие строения Вселенной необходимо для возникновения фотометрического парадокса в его классическом виде?
Правильный ответ:
Вселенная должна быть бесконечной, вечной и в среднем равномерно заполненной звездами (статичной)Пояснение:
Правильный ответ — Бесконечная, вечная и статичная Вселенная. Именно эти постулаты ньютоновской космологии приводят к противоречию. Если убрать хотя бы одно из этих условий (например, сделать Вселенную конечной во времени или пространстве), парадокс исчезает.3
Почему предположение о том, что свет далеких звезд поглощается межзвездной пылью, не решает фотометрический парадокс?
Правильный ответ:
Пыль со временем нагреется до температуры звезд и сама начнет излучать столько же светаПояснение:
Правильный ответ — Пыль нагреется и начнет светиться. Согласно законам термодинамики (закон сохранения энергии), поглощенная энергия не исчезает. В вечной Вселенной наступило бы термодинамическое равновесие, и светящаяся пыль была бы так же ярка, как и звезды за ней.4
Как меняется количество звезд в сферических слоях по мере удаления от наблюдателя в модели равномерной Вселенной?
Правильный ответ:
Увеличивается пропорционально квадрату расстояния (R2R^2R2)Пояснение:
Правильный ответ — Увеличивается пропорционально квадрату расстояния. Объем тонкого сферического слоя зависит от площади сферы (4πR24pi R^24πR2). Следовательно, чем дальше мы смотрим, тем больше звезд попадает в поле зрения, что компенсирует падение яркости каждой отдельной звезды.5
Какое современное научное открытие вносит основной вклад в разрешение фотометрического парадокса?
Правильный ответ:
Конечность возраста Вселенной и её расширениеПояснение:
Правильный ответ — Конечность возраста и расширение. Так как Вселенная существует конечное время (13,8 млрд лет), свет от бесконечно далеких звезд просто не успел до нас дойти. Кроме того, расширение Вселенной (красное смещение) ослабляет энергию фотонов от далеких галактик.6
К чему привело бы существование конечной Вселенной (островной вселенной) в рамках классической ньютоновской физики?
Правильный ответ:
К гравитационному коллапсу (все вещество собралось бы в центре масс)Пояснение:
Правильный ответ — К гравитационному коллапсу. Ньютон понимал, что если Вселенная конечна, то у нее есть центр тяжести, куда неизбежно упадут все звезды под действием взаимного притяжения. Только бесконечность позволяла уравновесить силы тяготения.7
Как зависит видимая поверхностная яркость объекта (например, диска звезды) от расстояния до него в прозрачном пространстве?
Правильный ответ:
Не зависит от расстояния (остается постоянной)Пояснение:
Правильный ответ — Не зависит от расстояния. Хотя поток света от звезды падает как 1/R21/R^21/R2, угловая площадь, которую она занимает на небе, тоже уменьшается как 1/R21/R^21/R2. Поэтому яркость на единицу угловой площади (поверхностная яркость) остается неизменной.8
Кто из астрономов, чьим именем часто называют этот парадокс, сформулировал проблему в XIX веке?