Тест по астрономии: Внутреннее строение звёзд (10-11 класс)
Тест по астрономии «Внутреннее строение звёзд» для 10-11 классов — это проверочная работа углубленного уровня, направленная на диагностику знаний учащихся о физике звездных недр. Вопросы охватывают механизмы переноса энергии, типы термоядерных реакций, стратификацию недр в зависимости от массы звезды и процессы нуклеосинтеза.
1
Какой механизм переноса энергии преобладает во внешних слоях (оболочке) звезд, масса которых сравнима с массой Солнца или меньше неё?
Правильный ответ:
КонвекцияПояснение:
Правильный ответ — Конвекция. У звезд малой и средней массы (типа Солнца) температура внешних слоев падает настолько, что вещество становится непрозрачным для излучения. Это приводит к возникновению конвективной неустойчивости: энергия переносится путем физического перемешивания вещества (горячие потоки поднимаются, холодные опускаются), что мы наблюдаем как грануляцию.2
Почему в центре очень массивных звезд формируется конвективное ядро, в отличие от Солнца?
Правильный ответ:
Из-за чрезвычайно высокого темпа энерговыделения, с которым не справляется лучистый переносПояснение:
Правильный ответ — Из-за чрезвычайно высокого темпа энерговыделения. В массивных звездах работает CNO-цикл, эффективность которого очень резко зависит от температуры. Это создает огромный градиент температур и колоссальный поток энергии в центре, который излучение не успевает отводить. Возникает бурная конвекция, перемешивающая ядро.3
Какой химический элемент является конечным продуктом термоядерного синтеза, идущего с выделением энергии в недрах массивных звезд?
Правильный ответ:
ЖелезоПояснение:
Правильный ответ — Железо. Ядра железа обладают максимальной энергией связи на нуклон. Синтез более тяжелых элементов требует затрат энергии (эндотермическая реакция), а не выделяет её. Поэтому, когда в ядре звезды образуется железо, термоядерный «двигатель» останавливается, что ведет к коллапсу звезды.4
Что представляет собой источник энергии в красных гигантах на этапе, когда водород в центре уже выгорел?
Правильный ответ:
Слоевые источники (термоядерные реакции в тонких слоях вокруг ядра)Пояснение:
Правильный ответ — Слоевые источники. Когда в центре заканчивается водород, образуется инертное гелиевое ядро. Водород продолжает гореть в тонком слое, прилегающем к этому ядру, где температура все еще достаточно высока. Позже могут появляться и другие слоевые источники (горение гелия, углерода).5
Как меняется структура звезды главной последовательности при переходе от малых масс к большим (массивным)?
Правильный ответ:
«Выворачивается наизнанку»: у легких — ядро лучистое, оболочка конвективная; у массивных — ядро конвективное, оболочка лучистаяПояснение:
Правильный ответ — «Выворачивается наизнанку». У Солнца (малая масса) — лучистое ядро и конвективная зона снаружи. У массивных звезд наоборот: из-за CNO-цикла ядро бурлит (конвекция), а внешняя оболочка переносит энергию излучением, так как она достаточно горячая и прозрачная.6
Какое утверждение о распределении температуры внутри красных сверхгигантов является верным?
Правильный ответ:
Температура уменьшается от центра к поверхности, и в каждом слое идет свой тип реакцийПояснение:
Правильный ответ — Температура уменьшается от центра к поверхности, и в каждом слое идет свой тип реакций. Сверхгигант имеет «луковичную» структуру. В самом горячем центре может образовываться железо, выше (где холоднее) горит кремний, еще выше — кислород, неон, углерод, гелий, и на периферии — водород.7
Почему образование химических элементов тяжелее железа не происходит в ядрах звезд в ходе обычной эволюции?
Правильный ответ:
Потому что их образование требует затрат энергии, а не выделяет её, что нарушает тепловой баланс звездыПояснение:
Правильный ответ — Потому что их образование требует затрат энергии. Термоядерный синтез служит источником энергии звезды (поддерживает давление против гравитации). Реакции, потребляющие энергию, способствуют охлаждению и потере давления, что приводит к катастрофическому коллапсу, а не к спокойной эволюции.8
От чего в первую очередь зависит температура в недрах звезды главной последовательности?
Правильный ответ:
От массы звездыПояснение:
Правильный ответ — От массы звезды. Масса определяет силу гравитационного сжатия. Чем больше масса, тем сильнее сжатие, и тем выше должны быть давление и температура в центре, чтобы уравновесить гравитацию. Поэтому массивные звезды горячее и сжигают топливо быстрее.9
Что происходит с областью излучения (зоной лучистого переноса) у очень массивных звезд?
Правильный ответ:
Она смещается к внешним областям звезды, окружая конвективное ядроПояснение:
Правильный ответ — Она смещается к внешним областям звезды. В массивных звездах центральная часть занята конвекцией из-за высокого энерговыделения. Однако во внешних слоях плотность падает, а температура остается достаточно высокой, чтобы вещество было прозрачным для фотонов, поэтому там преобладает лучистый перенос.10
Какое явление наблюдается в фотосфере Солнца как следствие работы конвективной зоны под ней?