Тест по астрономии: Основные характеристики Солнца (10-11 класс)
Тест по астрономии «Основные характеристики Солнца» для 10-11 классов — это проверочная работа высокого уровня сложности, направленная на диагностику знаний учащихся о физической природе нашей звезды. Вопросы охватывают параметры массы, размеров, температурных режимов, спектрального анализа и законов излучения.
1
Какой процент от общей массы Солнечной системы сосредоточен в самом Солнце?
Правильный ответ:
Более 99,8% массыПояснение:
Правильный ответ — более 99,8% массы. Солнце является доминирующим гравитационным центром нашей системы. Его масса составляет 1,989 · 10^30 кг, что в 750 раз превышает суммарную массу всех планет, спутников, астероидов и комет вместе взятых. Это обеспечивает удержание всех объектов системы на их орбитах.2
Какое физическое явление доказывает, что Солнце не является твердым телом, а представляет собой газовый (плазменный) шар?
Правильный ответ:
Дифференциальное вращение (экватор вращается быстрее полюсов)Пояснение:
Правильный ответ — дифференциальное вращение. Наблюдения за перемещением солнечных пятен показали, что Солнце вращается зонально: период обращения на экваторе составляет около 25 суток, а у полюсов увеличивается до 30 суток и более. Твердое тело не может вращаться с разной угловой скоростью в разных частях, это свойство текучих сред (жидкости или газа).3
Чему приблизительно равна средняя плотность вещества Солнца?
Правильный ответ:
Она сопоставима с плотностью воды (1400 кг/м³)Пояснение:
Правильный ответ — она сопоставима с плотностью воды (1400 кг/м³). Несмотря на то, что в центре Солнца плотность достигает 150 000 кг/м³, внешние слои очень разрежены. Средняя плотность вычисляется как отношение полной массы Солнца к его объему и составляет 1,4 г/см³, что лишь немного превышает плотность воды.4
Каков линейный радиус Солнца, вычисленный на основе его углового размера и расстояния до Земли?
Правильный ответ:
Около 700 000 кмПояснение:
Правильный ответ — около 700 000 км. Зная среднее расстояние до Солнца (1 а.е. ≈ 150 млн км) и его угловой радиус (около 16 минут дуги), можно вычислить линейный радиус по формуле R = D · sin(θ). Результат вычислений показывает, что радиус Солнца составляет приблизительно 696 000 км, что обычно округляют до 700 000 км.5
Какой закон физики используется для оценки температуры фотосферы Солнца по его полному излучению (светимости)?
Правильный ответ:
Закон Стефана — БольцманаПояснение:
Правильный ответ — Закон Стефана — Больцмана. Этот закон гласит, что мощность излучения абсолютно черного тела (светимость с единицы поверхности) пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры. Зная светимость Солнца и его радиус, ученые вычислили эффективную температуру фотосферы, равную примерно 5800 К.6
Что называется солнечной постоянной?
Правильный ответ:
Мощность солнечного излучения, падающего на 1 м² перпендикулярной площадки на границе земной атмосферыПояснение:
Правильный ответ — Мощность солнечного излучения, падающего на 1 м² перпендикулярной площадки на границе земной атмосферы. Эта величина (около 1370 Вт/м²) характеризует поток энергии, приходящий от Солнца на расстояние в одну астрономическую единицу, и является ключевой для климата Земли.7
Каков химический состав Солнца по массе?
Правильный ответ:
Около 71% водорода, 27% гелия и 2% тяжелых элементовПояснение:
Правильный ответ — Около 71% водорода, 27% гелия и 2% тяжелых элементов. Спектральный анализ показывает, что водород является основным топливом звезды. Если считать по числу атомов, то водорода около 90%, но так как атом гелия в 4 раза тяжелее, то по массе соотношение меняется в пользу гелия.8
Почему в спектре Солнца на фоне непрерывной радужной полосы наблюдаются темные линии?
Правильный ответ:
Атомы химических элементов в атмосфере Солнца поглощают свет определенных частотПояснение:
Правильный ответ — Атомы химических элементов в атмосфере Солнца поглощают свет определенных частот. Фотосфера излучает непрерывный спектр, но проходя через более холодные внешние слои атмосферы, фотоны определенных энергий резонансно поглощаются атомами. Эти линии называются фраунгоферовыми линиями поглощения.9
Какая температура характерна для солнечной короны — самого верхнего слоя атмосферы?
Правильный ответ:
Порядка 1,5 — 2 миллионов КельвиновПояснение:
Правильный ответ — Порядка 1,5 — 2 миллионов Кельвинов. Это парадоксальное свойство солнечной атмосферы: по мере удаления от поверхности температура не падает, а резко растет в короне. Высокая температура короны подтверждается наблюдениями спектральных линий многократно ионизированных элементов (например, железа).10
Чем объясняется пониженная температура солнечных пятен (около 4500 К) по сравнению с окружающей фотосферой (6000 К)?
Правильный ответ:
Сильное магнитное поле подавляет конвекцию, препятствуя притоку горячего вещества снизуПояснение:
Правильный ответ — Сильное магнитное поле подавляет конвекцию. Вещество Солнца — плазма (заряженные частицы). Магнитное поле в пятнах настолько сильное, что мешает заряженному веществу перемешиваться. Горячая плазма из недр не может подняться к поверхности в области пятна, поэтому оно остывает и выглядит темным.11
Какое значение имеет ускорение свободного падения на поверхности Солнца по сравнению с земным?
Правильный ответ:
Оно в 28 раз больше земного (274 м/с²)Пояснение:
Правильный ответ — Оно в 28 раз больше земного (274 м/с²). Гравитация зависит от массы и радиуса тела. Масса Солнца колоссальна (2 · 10^30 кг), поэтому, несмотря на большой радиус, сила тяжести на его «поверхности» огромна. Человек был бы немедленно раздавлен собственным весом, оказавшись там.12
Какой параметр Солнца можно рассчитать, зная солнечную постоянную и расстояние от Земли до Солнца?
Правильный ответ:
Светимость (полную мощность излучения)Пояснение:
Правильный ответ — Светимость. Представив сферу с радиусом в 1 а.е. вокруг Солнца, мы можем умножить солнечную постоянную (энергию на 1 м² этой сферы) на полную площадь поверхности сферы. Полученное значение (около 4 · 10^26 Вт) и будет полной энергией, которую Солнце излучает во все стороны ежесекундно.13
Что такое грануляция, наблюдаемая в телескоп на поверхности Солнца?
Правильный ответ:
Это видимые вершины конвективных потоков плазмыПояснение:
Правильный ответ — Это видимые вершины конвективных потоков плазмы. Под фотосферой находится конвективная зона, где энергия переносится перемешиванием вещества. Горячие потоки поднимаются (центр гранулы, светлый), а остывшие опускаются вниз (края гранулы, темные). Этот процесс создает зернистую структуру.14
Какова примерно температура в центре (ядре) Солнца, необходимая для протекания термоядерных реакций?
Правильный ответ:
Около 15 миллионов КельвиновПояснение:
Правильный ответ — Около 15 миллионов Кельвинов. Для того чтобы преодолеть кулоновское отталкивание протонов и запустить реакцию синтеза гелия из водорода, необходимы экстремальные температура и давление. Расчеты стандартной модели Солнца дают значение температуры в центре около 1,5 · 10^7 К.15
По какому закону определяется длина волны, на которую приходится максимум излучения Солнца (λmax ≈ 480 нм)?