Тест по астрономии: Модель горячей вселенной и реликтовое излучение (10-11 класс)
Тест по астрономии «Модель горячей вселенной и реликтовое излучение» для 10-11 классов — это проверочная работа, направленная на углубленную оценку знаний учащихся о ранних этапах эволюции мироздания. Тест охватывает вопросы нуклеосинтеза, природы реликтового излучения и теоретических основ космологии.
1
Какой химический элемент являлся основным во Вселенной на самых ранних этапах её расширения до начала звездообразования?
Правильный ответ:
ВодородПояснение:
На самых ранних стадиях, сразу после начала расширения, вещество Вселенной состояло преимущественно из простейшего элемента — водорода (протонов). Гелий и другие легкие элементы образовались позже в процессе первичного нуклеосинтеза, но водород остался самым распространенным.2
Кто из ученых является автором гипотезы о горячем состоянии Вселенной на ранних этапах её эволюции?
Правильный ответ:
Георгий ГамовПояснение:
Модель горячей Вселенной, которая позже стала известна как теория Большого взрыва, была предложена выдающимся российским и американским физиком-теоретиком Георгием Антоновичем Гамовым. Он предположил, что ранняя Вселенная была плотной и горячей.3
Какое несоответствие заставило ученых усомниться в том, что весь гелий во Вселенной образовался только внутри звезд?
Правильный ответ:
Наблюдаемая масса гелия значительно превышает ту, которую могли произвести все звезды за время существования Вселенной.Пояснение:
Расчеты показывают, что если бы весь гелий создавался только в звездах в течение 14 млрд лет, его количество составило бы лишь несколько процентов от массы вещества. Однако наблюдения показывают, что гелия около 30%, что требует другого источника его происхождения — первичного нуклеосинтеза.4
При какой температуре возможно протекание термоядерных реакций синтеза гелия?
Правильный ответ:
При температуре свыше нескольких миллионов кельвинов.Пояснение:
Для преодоления кулоновского отталкивания между ядрами атомов и запуска термоядерной реакции синтеза необходимы огромные кинетические энергии частиц, что соответствует температуре в несколько миллионов или даже миллиардов градусов.5
Что такое реликтовое излучение?
Правильный ответ:
Тепловое излучение, оставшееся от ранних горячих этапов эволюции Вселенной.Пояснение:
Реликтовое излучение — это микроволновое фоновое излучение, которое равномерно заполняет Вселенную. Оно является «остывшим» светом, который отделился от вещества в ранней Вселенной, когда она стала прозрачной (эпоха рекомбинации).6
Какой температуре абсолютно черного тела соответствует спектр реликтового излучения в современную эпоху?
Правильный ответ:
Около 2,7 К (3 К).Пояснение:
По мере расширения Вселенной температура излучения падала. В настоящее время максимум излучения приходится на миллиметровый диапазон, что по закону Вина соответствует температуре примерно 2,7 Кельвина (часто округляют до 3 К).7
В каком году было экспериментально открыто реликтовое микроволновое излучение?
Правильный ответ:
В 1965 году.Пояснение:
Реликтовое излучение было открыто в 1965 году американскими радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Вилсоном. Это открытие стало решающим доказательством в пользу модели горячей Вселенной и принесло им Нобелевскую премию.8
На какую длину волны приходится максимум интенсивности реликтового излучения?
Правильный ответ:
Около 1,1 миллиметра (микроволны).Пояснение:
Согласно закону смещения Вина, при температуре 2,7 К максимум излучения приходится на длину волны примерно 1,1 мм. Это диапазон микроволнового радиоизлучения, поэтому его часто называют микроволновым фоном.9
Как менялась температура вещества и излучения по мере расширения Вселенной?
Правильный ответ:
Температура уменьшалась.Пояснение:
Расширение Вселенной приводит к увеличению длины волны фотонов (красное смещение) и уменьшению кинетической энергии частиц. Следовательно, и температура вещества, и температура излучения неуклонно снижались с течением времени.10
Какая доля вещества (по массе) приходилась на гелий, образовавшийся в ходе первичного нуклеосинтеза до появления звезд?
Правильный ответ:
Около 30%.Пояснение:
Согласно модели горячей Вселенной, в первые минуты после Большого взрыва в ядерных реакциях успело образоваться значительное количество гелия. Расчеты и наблюдения показывают, что эта доля составляет примерно 25–30% от массы всего барионного вещества.11
Какое утверждение верно описывает распределение реликтового излучения на небесной сфере?
Правильный ответ:
Оно равномерно заполняет все небо, но имеет ничтожно малые неоднородности.Пояснение:
Реликтовое излучение изотропно, то есть приходит отовсюду с практически одинаковой интенсивностью. Однако существуют очень малые флуктуации (неоднородности), которые указывают на зачатки будущей структуры Вселенной (галактик).12
Какой закон физики связывает длину волны максимума излучения с его температурой?
Правильный ответ:
Закон смещения Вина.Пояснение:
Закон смещения Вина устанавливает связь между длиной волны, на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, и термодинамической температурой излучающего тела: λmax · T = const.13
Что происходило с веществом звезд, которое возвращалось в межзвездную среду после взрывов сверхновых?
Правильный ответ:
Оно участвовало в формировании нового поколения звезд.Пояснение:
Вещество, обогащенное тяжелыми элементами в недрах звезд, выбрасывается при взрывах сверхновых или сбросе оболочек. Из этого газа и пыли впоследствии формируются звезды новых поколений, содержащие больше металлов, чем их предшественники.14
Почему модель Вселенной, предложенная Гамовым, называется «горячей»?
Правильный ответ:
Потому что на ранних стадиях вещество имело огромную температуру и плотность.Пояснение:
Название модели отражает физическое состояние ранней Вселенной. Чтобы объяснить наличие гелия и других эффектов, необходимо предположить, что в начале расширения температура была достаточной для протекания ядерных реакций (миллиарды градусов).15
Какое излучение находилось в равновесии с веществом на ранних этапах расширения Вселенной?
Правильный ответ:
Тепловое электромагнитное излучение (фотоны).Пояснение:
В ранней горячей Вселенной вещество (плазма) и излучение (фотоны) находились в термодинамическом равновесии. Фотоны постоянно поглощались и переизлучались частицами, поэтому Вселенная была непрозрачной и «светилась» как черное тело.16
О чем свидетельствует мелкозернистая структура распределения реликтового излучения, обнаруженная современными телескопами?
Правильный ответ:
О неоднородности плотности вещества в ранней Вселенной.Пояснение:
Небольшие флуктуации температуры реликтового фона (анизотропия) отражают флуктуации плотности вещества в момент рекомбинации. Более плотные области впоследствии стали центрами гравитационного притяжения, где образовались галактики и скопления.17
Какой процесс был основным источником энергии при синтезе ядер гелия из водорода?
Правильный ответ:
Выделение энергии связи при слиянии нуклонов (термоядерная реакция).Пояснение:
При образовании ядра гелия из протонов и нейтронов (или ядер водорода) масса получившегося ядра меньше суммы масс исходных частиц. Разница масс превращается в энергию согласно формуле E=mc², что и является источником энергии термоядерного синтеза.18
Какой объект не является источником реликтового излучения?
Правильный ответ:
Отдельные звезды и галактики.Пояснение:
Реликтовое излучение не исходит от каких-то конкретных небесных тел (звезд, планет, галактик). Оно заполняет все пространство равномерно и является излучением самой материи Вселенной в тот момент, когда она стала прозрачной для света.19
Какую роль в проверке гипотезы Гамова сыграла оценка энергии, выделяемой Солнцем?
Правильный ответ:
Она помогла доказать, что звезды не могли произвести весь наблюдаемый гелий.Пояснение:
Сравнив темп выработки энергии и гелия на Солнце с возрастом Галактики, ученые подсчитали максимально возможное количество «звездного» гелия. Оно оказалось намного меньше наблюдаемого, что потребовало поиска другого источника гелия — Большого взрыва.20
Какое альтернативное название получила модель горячей Вселенной в науке и культуре?