Элементы астрофизики в КИМ

Элементы астрофизики в КИМ проверялись
линией заданий 24 на множественный выбор двух утверждений из пяти предложенных. В основной день предлагалось лишь три модели заданий:
С заданиями с привлечением диаграммы Герцшпрунга – Рессела справляются в среднем 66% участников экзамена. При этом большинство успешно: сравнивает длительность «жизненного цикла» звезд различных спектральных классов главной последовательности; распознает по описаниям звезд их отношение к главной последовательности, красным гигантам или белым карликам; распознает различия в плотности красных гигантов, звезд главной последовательности и белых карликов.

Затруднения вызывают утверждения
связанные с понятиями «светимость» и «абсолютная звездная величина». Например, к типичным ошибкам можно отнести выбор в качестве верных утверждений «Чем выше температура звезды, тем больше ее светимость» и «Чем ниже температура поверхности звезды, тем меньше ее абсолютная звездная величина».
С заданиями на базе таблицы с характеристиками звезд (температура поверхности, масса, радиус, название созвездия, к которому относится звезда) справляются в среднем около 68% выпускников. Здесь затруднения были связаны с отнесением звезд по их характеристикам к красным гигантам и сверхгигантам.

Более трудными оказались задания с использованием таблицы с характеристиками звезд, в числе которых указывалась средняя плотность.
Средний процент выполнения этого задания – 58. Затруднение вызывает отнесение
звезд к гигантам, белым карликам и звездам главной последовательности по сравнению их
плотностей. Кроме того, без подсказки в виде диаграммы Герцшпрунга – Рессела
значительная часть участников экзамена затрудняется в определении спектрального
класса звезды по температуре ее поверхности.

Надо знать наизусть

5.4 ЭЛЕМЕНТЫ АСТРОФИЗИКИ
5.4.1 Сол­неч­ная си­сте­ма: пла­не­ты зем­ной груп­пы и пла­не­ты-ги­ган­ты, ма­лые тела Сол­неч­ной си­сте­мы.
5.4.2 Звёз­ды: раз­но­об­ра­зие звёзд­ных ха­рак­те­ри­стик и их за­ко­но­мер­но­сти. Ис­точ­ни­ки энер­гии звёзд.
5.4.3 Со­вре­мен­ные пред­став­ле­ния о про­ис­хож­де­нии и эво­лю­ции Солн­ца и звёзд.
5.4.4 Наша Га­лак­ти­ка. Дру­гие га­лак­ти­ки. Про­стран­ствен­ные мас­шта­бы на­блю­да­е­мой Все­лен­ной.
5.4.5 Со­вре­мен­ные взгля­ды на стро­е­ние и эво­лю­цию Все­лен­ной.

Список принятых сокращений
1) ГП — главная последовательность.
2) БК — белый карлик.
3) СС — Солнечная система.
4) Пк, кпк — парсек, килопарсек.
5) а.е. — астрономическая единица.
6) — Солнце, ⊕ — Земля.

Список формул, которые надо знать наизусть
Достаточно знать, что светимость (количество энергии, излучаемое в единицу времени) пропорциональна площади поверхности (т.е. квадрату радиуса) звезды и четвёртой степени температуры, чтобы сравнивать светимости звёзд:

Список величин, которые надо знать наизусть
Средние расстояния (большие полуоси орбит) от Земли до Солнца aз-с = 1 а.е. = 150 млн км
от Земли до Луны aз-л = 384 000 км
2) Для Земли ϑI = 8 км/с, ϑII = 11 км/с.
Солнца: T = 6000 K.

Что изменилось
Из во­про­сов ис­чез­ла под­сказ­ка, что одна аст­ро­но­ми­че­ская еди­ни­ца — это 150 млн км.
Те­перь это зна­че­ние фи­гу­ри­ру­ет в спра­воч­ных дан­ных.

Лю­бой об­ра­зо­ван­ный че­ло­век, на мой взгляд, из об­ла­сти аст­ро­но­мии дол­жен иметь пред­став­ле­ние о смене се­зо­нов, фа­зах Луны, ка­лен­да­ре, сол­неч­ной си­сте­ме, Га­лак­ти­ке, Все­лен­ной, на­блю­да­е­мых нево­ору­жён­ным гла­зом объ­ек­тах и яв­ле­ни­ях. Ни­че­го это­го де­тям не пред­ла­га­ют. Раз­ве что в во­про­се из ЕГЭ крайне ко­ря­во обыг­ры­ва­ет­ся сме­на се­зо­нов.

Дана таб­ли­ца пла­нет
с ко­лон­кой «На­клон оси вра­ще­ния». На­клон, поз­воль­те по­ин­те­ре­со­вать­ся, к чему? Пред­ла­га­ет­ся со­гла­сить­ся или не со­гла­сить­ся с бес­смыс­лен­ной фра­зой «На Са­турне мо­жет на­блю­дать­ся сме­на вре­мён года». Под­ра­зу­ме­ва­ет­ся, что мо­жет, так как на­клон оси вра­ще­ния Са­тур­на к нор­ма­ли к плос­ко­сти его ор­би­ты, со­глас­но таб­ли­це, око­ло 26°. По­зор­нее во­прос про сме­ну вре­мён года при­ду­мать слож­но. Са­турн — га­зо­вый ги­гант, твёр­дой по­верх­но­сти сол­неч­ный свет не до­сти­га­ет, по­сто­ян­ные силь­ные вет­ры очень быст­ро пе­ре­ме­ши­ва­ют верх­ние слои ат­мо­сфе­ры. Ка­кие там вре­ме­на года? Где?

Выберите два утверждения
, которые соответствуют характеристикам планет:
1) Среднее расстояние от Венеры до Солнца в три раза меньше, чем от Марса до Солнца.
2) Вторая космическая скорость при старте вблизи поверхности Юпитера составляет 25 км/с.
3) Ускорение свободного падения на Марсе составляет около 3,7 м/с 2 .
4) Чем дальше планета от Солнца, тем больше первая космическая скорость для её спутников.
5) На Сатурне может наблюдаться смена времён года.

Выберите два утверждения
, которые соответствуют характеристикам планет:
1) Среднее расстояние от Юпитера до Солнца составляет 780 млн км.
2) Вторая космическая скорость при старте с поверхности Меркурия составляет 1,7 км/с.
3) Ускорение свободного падения на Венере составляет около 8,9 м/с 2 .
4) Чем дальше планета от Солнца, тем больше её диаметр.
5) На Марсе НЕ может наблюдаться смена времён года.

Не лег­че с во­про­сом
«На Мер­ку­рии мо­жет на­блю­дать­ся сме­на вре­мён года» (со­ста­ви­те­ли пред­по­ла­га­ют, что на Мер­ку­рии сме­ны вре­мён года быть не мо­жет). На­клон его оси (пред­по­ло­жу, что всё-таки к нор­ма­ли к плос­ко­сти ор­би­ты, хотя про это в за­да­нии ни сло­ва) очень бли­зок к нулю[1]. Да, солн­це по­чти не ме­ня­ет вы­со­ту над го­ри­зон­том в те­че­ние года. Но, во-пер­вых, у его ор­би­ты зна­чи­тель­ный экс­цен­три­си­тет, так что рас­сто­я­ние до Солн­ца ме­ня­ет­ся от 46 до 70 млн км, то есть по­ток от Солн­ца ме­ня­ет­ся в 2,3 раза! Во-вто­рых, у Мер­ку­рия за один обо­рот во­круг Солн­ца про­хо­дит толь­ко по­ло­ви­на сол­неч­ных су­ток. Мо­жет быть, день и ночь на Мер­ку­рии сле­ду­ет счи­тать при­чи­ной сме­ны вре­мён года?

Бо­юсь,
что в 2020-ом со­ста­ви­те­ли за­ин­те­ре­су­ют­ся, ме­ня­ют­ся ли вре­ме­на года на Ве­не­ре (ось её тоже по­чти пер­пен­ди­ку­ляр­на плос­ко­сти ор­би­ты). Во­прос в рав­ной сте­пе­ни бес­смыс­лен­ный — ат­мо­сфе­ра Ве­не­ры непро­зрач­на для сол­неч­но­го све­та.

Дана таб­ли­ца пла­нет с ко­лон­кой
«На­клон оси вра­ще­ния». На­клон, поз­воль­те по­ин­те­ре­со­вать­ся, к чему? Пред­ла­га­ет­ся со­гла­сить­ся или не со­гла­сить­ся с бес­смыс­лен­ной фра­зой «На Са­турне мо­жет на­блю­дать­ся сме­на вре­мён года». Под­ра­зу­ме­ва­ет­ся, что мо­жет, так как на­клон оси вра­ще­ния Са­тур­на к нор­ма­ли к плос­ко­сти его ор­би­ты, со­глас­но таб­ли­це, око­ло 26°. По­зор­нее во­прос про сме­ну вре­мён года при­ду­мать слож­но. Са­турн — га­зо­вый ги­гант, твёр­дой по­верх­но­сти сол­неч­ный свет не до­сти­га­ет, по­сто­ян­ные силь­ные вет­ры очень быст­ро пе­ре­ме­ши­ва­ют верх­ние слои ат­мо­сфе­ры. Ка­кие там вре­ме­на года? Где?

Про фазы Луны
ни сло­ва, а ведь 95% лю­дей не по­ни­ма­ет, по­че­му они ме­ня­ют­ся. Го­раз­до по­лез­нее аби­ту­ри­ен­там бу­дет вы­зуб­рить пе­ред эк­за­ме­ном, ра­зу­ме­ет­ся, ин­фор­ма­цию про спек­траль­ные клас­сы звёзд и по­ди­вить­ся на диа­грам­му Герц­ш­прун­га-Рас­се­ла. Аб­сурд. Бо­лее того, кар­тин­ка, ко­то­рую они при­во­дят в ка­че­стве та­ко­вой диа­грам­мы, ужас­на. По осям (тем­пе­ра­ту­ра и све­ти­мость) не ука­за­ны еди­ни­цы из­ме­ре­ния. И это вто­рой год под­ряд. За та­кие ошиб­ки сни­жа­ют балл на про­вер­ке. Об­ласть глав­ной по­сле­до­ва­тель­но­сти от­ме­че­на очень стран­ной по­ло­сой, ни­ко­гда в жиз­ни не ви­дел ни­че­го по­доб­но­го.

Пред­став­ле­ние о Сол­неч­ной си­сте­ме
да­ёт­ся в ужа­са­ю­щем виде. Есть во­прос, где в таб­ли­це дан экс­цен­три­си­тет ряда асте­ро­и­дов. Да­лее пря­мо в во­про­се идёт тол­ко­ва­ние это­го па­ра­мет­ра. И по­том пред­ла­га­ет­ся со­гла­сить­ся или не со­гла­сить­ся с фра­зой «Асте­ро­ид Ак­ви­та­ния вра­ща­ет­ся по бо­лее „вы­тя­ну­той” ор­би­те, чем асте­ро­ид Це­ре­ра». В во­про­се для пол­ной гар­мо­нии не хва­та­ет толь­ко сло­ва «овал».

Эксцентриситет орбиты определяется

Та­к­же есть во­прос, тре­бу­ю­щий зна­ния для фор­мул пер­вой и вто­рой кос­ми­че­ской ско­ро­стей, объ­ё­ма шара, уско­ре­ния сво­бод­но­го па­де­ния. Всё бы ни­че­го, это знать и впрямь нуж­но, но де­лать рас­чё­ты с эти­ми чис­ла­ми (не при­ду­ман­ны­ми спе­ци­аль­но, в от­ли­чие от дру­гих за­да­ний) крайне непри­ят­но. Бо­лее того, ока­зы­ва­ет­ся, что в боль­шин­стве тре­ни­ро­воч­ных ва­ри­ан­тов это за­ча­стую единственный во­прос, где ну­жен каль­ку­ля­тор. Боль­шин­ство осталь­ных за­да­ний мож­но ре­шить на бу­ма­ге или в уме бла­го­да­ря хо­ро­шо по­до­бран­ным зна­че­ни­ям.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.
1) Масса Луны больше массы Ио.
2) Ускорение свободного падения на Тритоне примерно равно 0,79 м/с2.
3) Сила притяжения Ио к Юпитеру больше, чем сила притяжения Европы.
4) Первая космическая скорость для Фобоса составляет примерно 0,08 км/с.
5) Период обращения Каллисто меньше периода обращения Европы вокруг Юпитера.

Зна­че­ния в таб­ли­цах, несмот­ря на оче­вид­ное улуч­ше­ние по срав­не­нию с про­шлым го­дом, со­дер­жат боль­шое ко­ли­че­ство оши­бок. Ска­жем,
Аль­де­ба­ран име­ет мас­су око­ло 1,2 сол­неч­ной, то­гда как в таб­ли­це ука­за­но 5.
Мас­са Ри­ге­ля за­вы­ше­на в два раза (40 про­тив ~20 масс Солн­ца), ра­ди­ус тоже по­чти в два раза. От­ку­да эти дан­ные — непо­нят­но.

Вы­бе­ри­те два утвер­жде­ния, ко­то­рые со­от­вет­ству­ют ха­рак­те­ри­сти­кам звезд.
1) Звез­да Аль­де­ба­ран яв­ля­ет­ся сверх­ги­ган­том.
2) Звез­ды Аль­де­ба­ран и Эль­нат имеют оди­на­ко­вую массу, зна­чит, они от­но­сят­ся к од­но­му и тому же спек­траль­но­му клас­су.
3) Звез­да Бе­тель­гей­зе от­но­сит­ся к крас­ным звез­дам спек­траль­но­го клас­са М.
4) Звез­ды Аль­де­ба­ран и Эль­нат от­но­сят­ся к од­но­му со­звез­дию, зна­чит, на­хо­дят­ся на оди­на­ко­вом рас­сто­я­нии от Солн­ца.
5) Тем­пе­ра­ту­ра на по­верх­но­сти Солн­ца боль­ше, чем тем­пе­ра­ту­ра на по­верх­но­сти звез­ды Ка­пел­ла.

Сверхгига́нты — одни из самых массивных звёзд.
На диаграмме Герцшпрунга — Рассела расположены в верхней части.
В Йеркской классификации сверхгигантам соответствуют классы Ia (яркие сверхгиганты) и Ib (менее яркие сверхгиганты). Обычно полная (болометрическая) абсолютная звёздная величина сверхгиганта находится между −5m и −12m. Особо яркие сверхгиганты, ярче −8m часто классифицируются как гипергиганты.
Массы сверхгигантов варьируются от 10 до 70 масс Солнца,
светимости — от 30 000 вплоть до сотен тысяч солнечных.
Радиусы могут сильно отличаться — от 30 до 500, а иногда и превышают 1000 солнечных, тогда их ещё можно называть гипергигантами.

У Луны вто­рая кос­ми­че­ская ско­рость в ва­ри­ан­тах но­мер 5, 6, 17, 18 дана 2400 м/​с (пра­виль­но), а в ва­ри­ан­тах 29, 30 — 2074 м/​с (непра­виль­но). Од­на­ко в 30 ва­ри­ан­те нуж­но рас­счи­тать первую кос­ми­че­скую для Луны. И если взять пра­виль­ное зна­че­ние, то не сой­дёт­ся с непра­виль­ным 1,47 км/​с, ко­то­рое они пред­ла­га­ют вме­сто на­сто­я­щих 1,68 км/​с.

За­га­доч­но и про­ис­хож­де­ние дан­ных про Ка­пел­лу. Это си­сте­ма из че­ты­рёх звёзд, две по­мас­сив­нее из ко­то­рых при­мер­но рав­ны по мас­се (2,5 сол­неч­ной мас­сы). О ка­кой из них идёт речь, если ука­за­на мас­са 3,3 сол­неч­ной? Ра­ди­у­сы этих ком­по­нент — око­ло 9 и 12 сол­неч­ных. В за­да­нии пред­ла­га­ет­ся 23 сол­неч­ных ра­ди­у­са.

Вывод
Надо было очень по­ста­рать­ся, что­бы во­прос по аст­ро­но­мии был са­мым неудач­ным в эк­за­мене с боль­шим от­ры­вом. Кста­ти, мож­но ли про­стым смерт­ным по­ин­те­ре­со­вать­ся, кто при­ду­мал до­ба­вить этот во­прос и вы­брал темы? При­ни­ма­лось ли во вни­ма­ние мне­ние ве­ду­щих аст­ро­но­мов и фи­зи­ков, ра­бо­та­ю­щих в сфе­ре об­ра­зо­ва­ния?