Тест по астрономии: Основные характеристики звёзд (10-11 класс)
Тест по астрономии «Основные характеристики звёзд» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, предназначенная для оценки знаний учащихся о физической природе звёзд. Вопросы охватывают спектральную классификацию, диаграмму Герцшпрунга-Рессела, взаимосвязь массы, светимости и радиуса, а также методы определения этих параметров.
1
Какая зависимость существует между массой и светимостью для звёзд главной последовательности?
Правильный ответ:
Светимость пропорциональна четвёртой степени массы звездыПояснение:
Правильный ответ — Светимость пропорциональна четвёртой степени массы звезды. Наблюдения и теоретические расчеты для звёзд главной последовательности показывают, что светимость (L) растет очень быстро с увеличением массы (M). Эта зависимость приблизительно выражается формулой L ~ M^4. То есть, если масса звезды в 2 раза больше солнечной, её светимость будет больше примерно в 16 раз.2
В спектрах каких звёзд наблюдаются наиболее интенсивные линии поглощения водорода?
Правильный ответ:
Класса A (белые звёзды с температурой около 10000 К)Пояснение:
Правильный ответ — Класса A. Интенсивность водородных линий зависит от температуры. При 10000 К (класс A) большинство атомов водорода находятся в возбужденном состоянии, способном поглощать кванты видимого света (серия Бальмера). При более низких температурах атомы не возбуждены, а при более высоких — водород уже ионизован и не дает линий поглощения.3
Какой параметр откладывается по горизонтальной оси на диаграмме Герцшпрунга — Рессела?
Правильный ответ:
Спектральный класс или температура поверхностиПояснение:
Правильный ответ — Спектральный класс или температура поверхности. Диаграмма Герцшпрунга — Рессела (диаграмма «спектр — светимость») связывает абсолютную звёздную величину (светимость), откладываемую по вертикальной оси, со спектральным классом (цветом или температурой), который откладывается по горизонтальной оси в порядке убывания температуры (O-B-A-F-G-K-M).4
Что представляют собой коричневые карлики?
Правильный ответ:
Промежуточные объекты между планетами и звёздами с массой, недостаточной для стационарного термоядерного синтезаПояснение:
Правильный ответ — Промежуточные объекты между планетами и звёздами. Коричневые карлики имеют массы в диапазоне примерно от 13 до 80 масс Юпитера (0,01–0,08 массы Солнца). Этого недостаточно для запуска устойчивых реакций превращения водорода в гелий, поэтому они светят слабо, в основном в инфракрасном диапазоне, за счет гравитационного сжатия и горения дейтерия.5
Какова особенность звёзд-сверхгигантов, таких как Бетельгейзе?
Правильный ответ:
Они имеют огромные размеры и очень низкую среднюю плотностьПояснение:
Правильный ответ — Они имеют огромные размеры и очень низкую среднюю плотность. Сверхгиганты обладают светимостью, в десятки и сотни тысяч раз превышающей солнечную, и радиусами в сотни раз больше солнечного. Из-за огромного объема при фиксированной массе их средняя плотность оказывается ничтожно малой, в тысячи раз меньше плотности комнатного воздуха.6
Какой цвет имеют самые горячие звёзды спектрального класса O?
Правильный ответ:
ГолубойПояснение:
Правильный ответ — Голубой. Согласно закону смещения Вина, чем выше температура абсолютно черного тела (которым приближенно является звезда), тем короче длина волны максимума излучения. Звёзды класса O имеют температуру поверхности 30 000–60 000 К, поэтому максимум их излучения приходится на ультрафиолетовую и синюю часть спектра, что придает им голубой цвет.7
Линии какого химического элемента преобладают в спектрах самых горячих звёзд класса B?
Правильный ответ:
Нейтрального гелияПояснение:
Правильный ответ — Нейтрального гелия. При температурах около 20 000–25 000 К (класс B) энергии теплового движения достаточно для возбуждения атомов гелия, но еще недостаточно для его полной ионизации. Водород при таких температурах уже сильно ионизован и его линии слабеют, а металлы находятся в состояниях высокой ионизации.8
К какой группе на диаграмме Герцшпрунга — Рессела относится наше Солнце?
Правильный ответ:
Главная последовательностьПояснение:
Правильный ответ — Главная последовательность. Солнце — типичный жёлтый карлик спектрального класса G2V. Оно, как и 90% всех звёзд, находится на стадии горения водорода в ядре, что соответствует положению на главной последовательности диаграммы Г-Р. Параметры Солнца (масса, радиус, светимость) являются эталонными для этой группы.9
Какой метод позволяет напрямую определить массу звезды?
Правильный ответ:
Анализ параметров орбиты и периода обращения в двойных звёздных системахПояснение:
Правильный ответ — Анализ параметров орбиты в двойных системах. Согласно третьему обобщенному закону Кеплера, сумма масс компонентов двойной системы связана с периодом обращения и большой полуосью орбиты. Это единственный прямой гравитационный метод измерения масс звёзд; для одиночных звёзд масса оценивается косвенно.10
Что вызывает появление полос поглощения молекул (например, TiO) в спектрах холодных звёзд?
Правильный ответ:
Низкая температура фотосферы, позволяющая молекулам существовать не разрушаясьПояснение:
Правильный ответ — Низкая температура фотосферы. Молекулярные соединения устойчивы только при относительно низких температурах (порядка 3000 К и ниже). В более горячих звёздах энергия теплового движения разрывает химические связи, и молекулы распадаются на атомы (термическая диссоциация), поэтому молекулярные полосы исчезают.11
Какое из перечисленных небесных тел является примером белого карлика?
Правильный ответ:
Сириус BПояснение:
Правильный ответ — Сириус B. Это спутник ярчайшей звезды неба Сириуса А. Сириус B был первым открытым белым карликом. При массе, близкой к солнечной, он имеет размер, сопоставимый с Землей, и чудовищную плотность. Его открытие подтвердило существование материи в состоянии вырожденного газа.12
Какова последовательность спектральных классов звёзд в порядке убывания их температуры?
Правильный ответ:
O, B, A, F, G, K, MПояснение:
Правильный ответ — O, B, A, F, G, K, M. Это гарвардская спектральная классификация. Класс O соответствует самым горячим голубым звёздам, а класс M — самым холодным красным. Для запоминания этой последовательности существует мнемоническое правило: «Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковь».13
Как соотносятся светимости двух звёзд одинакового спектрального класса (температуры), если одна из них — красный гигант, а другая — карлик главной последовательности?
Правильный ответ:
Светимость гиганта в сотни и тысячи раз больше светимости карликаПояснение:
Правильный ответ — Светимость гиганта в сотни и тысячи раз больше. Согласно закону Стефана-Больцмана, светимость звезды пропорциональна четвертой степени температуры и площади поверхности (L = 4πR²σT⁴). Если температуры равны, то звезда с огромным радиусом (гигант) будет излучать гораздо больше энергии, чем маленькая звезда (карлик).14
Что такое светимость звезды?
Правильный ответ:
Полная энергия, излучаемая звездой в космическое пространство за единицу времениПояснение:
Правильный ответ — Полная энергия, излучаемая звездой за единицу времени. Светимость (L) — это абсолютная характеристика мощности излучения звезды, не зависящая от расстояния до наблюдателя. Она обычно выражается в Ваттах или в единицах светимости Солнца.15
Какова температура поверхности звезды, если она имеет жёлтый цвет, подобно нашему Солнцу?
Правильный ответ:
Около 6000 КПояснение:
Правильный ответ — Около 6000 К. Цвет звезды определяется температурой её фотосферы. Красные звёзды имеют температуру около 3000 К, белые — около 10 000 К, голубые — свыше 20 000 К. Жёлтый цвет соответствует промежуточному значению температуры, характерному для спектрального класса G.16
Какое утверждение о плотности белых карликов является верным?
Правильный ответ:
Их плотность чрезвычайно высока (сотни тонн в кубическом сантиметре)Пояснение:
Правильный ответ — Их плотность чрезвычайно высока. Белые карлики — это компактные остатки звёзд, в которых масса, сравнимая с солнечной, сжата в объем, сравнимый с объемом Земли. Вещество в них находится в состоянии вырожденного электронного газа, что обеспечивает колоссальную плотность.17
Что показывает формула m = –2,5 lg E – 19?
Правильный ответ:
Связь между видимой звёздной величиной и освещённостью, создаваемой звездой на ЗемлеПояснение:
Правильный ответ — Связь между видимой звёздной величиной и освещённостью. Эта формула, являющаяся выражением закона Вебера-Фехнера для астрономии, показывает, что звёздная величина (m) логарифмически зависит от освещённости (E). Знак минус означает, что чем ярче звезда (больше E), тем меньше её звёздная величина.18
В спектрах каких звёзд хорошо видны линии ионизированных металлов, но линии водорода ослаблены?
Правильный ответ:
Класса G и F (типа Солнца)Пояснение:
Правильный ответ — Класса G и F. При температурах 6000–7000 К энергии достаточно для ионизации многих металлов (например, кальция Ca II), и их линии становятся очень заметными. Для возбуждения водорода эта температура еще маловата, поэтому водородные линии слабее, чем в классе A.19
Почему Полярная звезда, имея светимость в 4600 раз больше солнечной, выглядит на небе лишь как звезда 2-й величины?
Правильный ответ:
Потому что она находится на огромном расстоянии от ЗемлиПояснение:
Правильный ответ — Потому что она находится на огромном расстоянии от Земли. Видимый блеск (освещенность E) убывает обратно пропорционально квадрату расстояния (E∼1/r2E sim 1/r^2E∼1/r2). Расстояние до Полярной звезды составляет около 430 световых лет (или ~130 парсек), что очень много даже для такой мощной светимости.20
Какое химическое соединение определяет вид спектра самых холодных звёзд (класса M)?