Тест по астрономии: Нейтронные звёзды (10-11 класс)
Тест по астрономии «Нейтронные звёзды» для 10-11 классов — это проверочная работа, предназначенная для оценки знаний учащихся о физической природе одних из самых экзотических объектов во Вселенной. Тест охватывает историю открытия пульсаров, физику сверхплотного состояния материи, механизм радиоизлучения и эволюционный путь, приводящий к образованию нейтронных звёзд.
1
Какое первоначальное шуточное название получили первые сигналы пульсаров, открытые астрономами?
Правильный ответ:
LGM (Little Green Men — Маленькие Зелёные Человечки)Пояснение:
Правильный ответ — LGM (Little Green Men). Строгая периодичность радиоимпульсов (с точностью до долей секунды) была настолько удивительной для природных объектов, что исследователи всерьез рассматривали и в шутку обозначили гипотезу об искусственном происхождении сигналов от внеземной цивилизации, прежде чем была доказана природа вращающейся нейтронной звезды.2
Кто из советских физиков теоретически предсказал существование нейтронных звезд задолго до их открытия?
Правильный ответ:
Л. Д. ЛандауПояснение:
Правильный ответ — Л. Д. Ландау. В 30-х годах XX века Лев Ландау теоретически доказал, что при огромном давлении внутри массивных звезд электроны могут вдавливаться в атомные ядра, соединяясь с протонами и образуя нейтроны. Это состояние материи позволяет звезде сжаться до размеров в десятки километров, сохраняя массу Солнца.3
Что является физической причиной строгой периодичности импульсов пульсара?
Правильный ответ:
Быстрое вращение нейтронной звезды вокруг своей осиПояснение:
Правильный ответ — Быстрое вращение нейтронной звезды вокруг своей оси. Пульсар излучает узкие пучки радиоволн с магнитных полюсов. Поскольку магнитная ось не совпадает с осью вращения, эти лучи «чиркают» по пространству подобно лучу маяка. Мы видим импульс только тогда, когда луч направлен на Землю.4
Какова примерная плотность вещества в центре нейтронной звезды?
Правильный ответ:
Она сравнима с плотностью вещества в атомных ядрахПояснение:
Правильный ответ — Она сравнима с плотностью вещества в атомных ядрах. Плотность достигает значений порядка 10 в 17 степени кг/м³. При такой плотности атомы разрушены, и вещество представляет собой плотнейшую упаковку нейтронов. Кубический сантиметр такого вещества весит сотни миллионов тонн.5
В каком созвездии был обнаружен первый пульсар PSR 1919?
Правильный ответ:
В созвездии ЛисичкиПояснение:
Правильный ответ — В созвездии Лисички. Именно в этом небольшом и тусклом созвездии северного полушария неба аспирантка Джоселин Белл в 1967 году зафиксировала странный периодический радиосигнал, который впоследствии был идентифицирован как первый пульсар.6
Какой процесс приводит к образованию нейтронов из вещества обычной звезды при её коллапсе?
Правильный ответ:
Захват протонами свободных электронов под действием чудовищного давленияПояснение:
Правильный ответ — Захват протонами свободных электронов. При гравитационном коллапсе давление становится настолько высоким, что преодолевает силы квантового отталкивания. Электроны вдавливаются в протоны (обратный бета-распад), образуя нейтроны и излучая нейтрино. В итоге звезда становится огромным «атомным ядром».7
Каковы типичные размеры (радиус) нейтронной звезды?
Правильный ответ:
Около 10–20 километровПояснение:
Правильный ответ — Около 10–20 километров. Несмотря на то, что масса нейтронной звезды сравнима с массой Солнца или даже превышает её (до 2-2,5 раз), вещество сжато до невероятных плотностей, поэтому вся звезда умещается в объеме шара диаметром с крупный город (например, Москву).8
С каким прибором сравнивают стабильность периода вращения некоторых пульсаров?
Правильный ответ:
С современными атомными часамиПояснение:
Правильный ответ — С современными атомными часами. Из-за колоссальной массы и малых размеров момент инерции нейтронной звезды огромен, а внешние тормозящие силы в вакууме малы. Это делает вращение пульсаров (особенно миллисекундных) чрезвычайно стабильным, уступающим по точности хода только лучшим атомным стандартам частоты.9
Что излучает пульсар с области своих магнитных полюсов?
Правильный ответ:
Узконаправленные пучки электромагнитного излучения (в основном радиоволн)Пояснение:
Правильный ответ — Узконаправленные пучки электромагнитного излучения. Мощное магнитное поле разгоняет заряженные частицы около полюсов, заставляя их излучать энергию (синхротронное и когерентное излучение). Это излучение уходит в космос в виде узких конусов, которые при вращении звезды создают эффект маяка.10
Какова типичная масса нейтронной звезды?