Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Ноября 2013 в 02:30, задача
Первое на что мы обращаем внимание, глядя на звезду, - это ее блеск – световая энергия, приходящая от звезды. Во II веке до н.э. Гиппарх ввел специальную шкалу звездных величин. Самые яркие звезды он отнес к 1-й звездной величине, а едва различимые невооруженным глазом – к 6-й величине. По латыни величина – magnituda, поэтому звездные величины обозначают индексом m, который ставят вверху после числового значения: 5m. Сейчас условно принято, что звезды 6m, которые можно увидеть в безлунную ночь вдали от городских огней, слабее звезд 1m ровно в 100 раз. А это означает, что при переходе от одной звездной величины к последующей блеск звезд ослабевает в n раз. Найдем n.
Звезды
Звездные величины
Первое на что мы обращаем внимание, глядя на звезду, - это ее блеск – световая энергия, приходящая от звезды. Во II веке до н.э. Гиппарх ввел специальную шкалу звездных величин. Самые яркие звезды он отнес к 1-й звездной величине, а едва различимые невооруженным глазом – к 6-й величине. По латыни величина – magnituda, поэтому звездные величины обозначают индексом m, который ставят вверху после числового значения: 5m.
Сейчас условно принято, что звезды 6m, которые можно увидеть в безлунную ночь вдали от городских огней, слабее звезд 1m ровно в 100 раз. А это означает, что при переходе от одной звездной величины к последующей блеск звезд ослабевает в n раз. Найдем n.
, .
В общем виде
, ,
.
Последнее выражение называется формулой Погсона, определяющей шкалу звездных величин. С ее помощью можно звездные величины объектов, более ярких, чем с m=1. Для них m<1 и может принимать отрицательные значения. При дробных значениях m получаются промежуточные градации.
Звездные величины и расстояния до звезд
1. (3) Видимая звездная величина звезды Веги (a Лиры) равна + 0.14m и ее параллакс 0.123”, а у звезды b Водолея видимая звездная величина +3.07m и параллакс 0.003”. Найти отношение видимого блеска этих двух звезд и истинной светимости этих двух звезд.
Данные: m1=+0.14m, p1 = 0.123”;
m2=+3.07m, p2 = 0.003”;
, , - видимый блеск Веги больше в 15 раз, чем у b Водолея.
,
- светимость b Водолея больше светимости Веги в 112 раз!
2. (1) Во сколько раз звезда Арктур (a Волопаса) ярче звезд a Андромеды и h Девы, если визуальная звездная величина Арктура равна +0.24m, а зв. величины остальных звезд соответственно равны +2.15m и 4.00m?
,
, Арктур ярче a Андромеды;
, Арктур ярче h Девы.
3. (1) Во сколько раз звезды e Лебедя и g Водолея слабее Сириуса (a Большого Пса), если их видимая звездная величина соответственно равна +2.64m, +3.97m и -1.58m?
, e Лебедя слабее Сириуса;
, g Водолея слабее Сириуса.
4. (1) Найти разность звездных величин звезд, различающихся по блеску в 10, 100 и 1000 раз.
,
, , .
5. (2) Сколько звезд нулевой видимой звездной величины могут заменить свет, испускаемый всеми звездами восьмой видимой звездной величины, число которых близко к 26700?
Найдем во сколько раз отличается блеск звезды 0m от звезды 8m.
, , раз.
По условию имеем 26700 звезд 8m, поэтому звезд 0m заменят 26700 звезд 8m.
6. (2) На сколько изменится видимая звездная величина звезды при ее удалении в n раз?
Найдем уменьшение блеска звезды при :
- блеск уменьшится в n2 раз.
, - звездная величина увеличится на 5 lg n.
7. (1) Определить отношение освещенностей, создаваемых на Земле Луной в полнолуние и в первой четверти, если в первом случае блеск Луны равен -12.7m, а во втором -9.2m.
, , .
8. (1) Во сколько раз полная Луна светит слабее Солнца, если ее видимая звездная величина –12.7m, а видимая звездная величина Солнца –26.8m?
, , раз.
9. (1) Во сколько раз Земля получает больше света от Солнца (–26.78m), чем от самой яркой звезды неба Сириуса (a Большого Пса), видимая визуальная звездная величина которого равна –l.58m?
, ,
В 12 000 000 000 раз.
10. (3 каждый вариант) Вычислить угловой диаметр Солнца с планет Меркурия, Марса и Плутона и определить освещенность этих планет Солнцем в сравнении с освещенностью Земли. Расстояния этих планет от Солнца равны соответственно 0.387 а. е., 1.524 а. е. и 39.5 а. е. Видимый с Земли диаметр Солнца 32’, а видимая звездная величина –26.78m.
Определим угловой диаметр Солнца, видимый с планеты.
, ,
,
.
.
Сравним освещенности на планетах.
, ,
,
, .
11. (4) Звезда Сириус (a Большого Пса) с видимой звездной величиной –l.58m находится в 20 раз ближе к Земле, чем звезда e Змеи, видимая звездная величина которой +3.85m. Какая из этих звезд и во сколько раз кажется нам ярче и какое отношение их светимости?
Сравним видимый блеск обеих звезд
, ,
Сириус нам кажется ярче в 150 раз. Но находятся звезды на разных расстояниях. Сравним их светимости
, ,
12. (4) Звезда a Орла имеет видимую звездную величину +0.89m и параллакс 0.198”, а звезда s Ориона - видимую звездную величину +3.78m и параллакс 0.002”. Какая из этих звезд и во сколько раз кажется нам ярче (отношение блесков) и какое отношение их светимости?
, , ,
Видимый блеск a Орла в 14 раз больше, чем s Ориона.
, .
.
13. (1) Во сколько раз планета, имеющая видимую звездную величину -3m, ярче звезды второй звездной величины? Ответ дать не проводя вычислений.
100.
14. (1 каждый вариант) Параллаксы Полярной звезды (a Малой Медведицы), Мицара (z Большой Медведицы) и звезды Каптейна равны соответственно 0.005”, 0.037” и 0.251”. Выразить расстояния этих звезд в парсеках и световых годах.
200 пк и 652 св.года; 27 пк и 88 св.лет; 3.98 пк и 13 св. лет.
15. (1 каждый вариант) Расстояние от звезды Денеба (a Лебедя) до Земли свет проходит за 815 лет, расстояние от звезды Альдебарана (a Тельца) – за 67.9 года и от звезды Толимана (a Центавра) – за 4.34 года. Чему равны годичные параллаксы этих звезд?
0.004”, 0.048” и 0.752”.
16. (1) Параллакс Проциона (a М.Пса) 0.286”. Сколько времени идет свет от этой звезды до Земли?
r = 1/0.286 = 3.5 пк = 3.5*3.26 = 11.4 св. года.
17. (1) Расстояние до звезды Бетельгейзе (a Ориона) 407 св. лет. Чему равен ее параллакс?
,
18. (2) Какова абсолютная звездная величина Веги и Солнца?
Расстояние до Веги 8.13 пк, при этом ее видимая зв. величина +0.14m. Если увеличить расстояние до 10 пк, то блеск звезды уменьшится. Пусть индекс 1 относится к расстоянию 8.13 пк, а индекс 2 – к расстоянию 10 пк. Тогда
, раза уменьшится видимый блеск Веги.
.
Поскольку m1=+0.14m, то m2 = 0.14+0.45 = +0.6m.
Это абсолютная звездная величина Веги.
Аналогично проводим вычисления для Солнца. Расстояние до Солнца 1 а.е., при этом его видимая звездная величина -26.7m. Если увеличить расстояние до 10 пс, то блеск Солнца уменьшится. Пусть индекс 1 относится к расстоянию 1 а.е., а индекс 2 – к расстоянию 10 пк. Тогда
,
раза уменьшится видимый блеск Солнца.
.
Поскольку m1=-26.7m, то m2 = 31.6-26.7 = +4.9m.
Это абсолютная звездная величина Солнца.
19. (2) Абсолютная звездная величина Солнца +4.9m. На каком расстоянии Солнце будет видно как звезда +14.9m ?
, , ,
На какое расстояние надо удалить Солнце, чтобы его блеск уменьшился в 10000 раз, по сравнению с блеском на расстоянии 10 пк?
, , пк.
20. (2) Параллакс звезды 0.01”, видимая звездная величина +10m. Какова ее абсолютная звездная величина?
Звезда находится на расстоянии 1/0.01=100 пк. При этом ее зв. величина m2 = +10m. Абс. зв. величина M – это звездная величина с расстояния 10 пк.
. Как изменяется блеск, если расстояние уменьшается в 10 раз? , .
, М = +5m.
21. (2) Какой будет видимая звездная величина Солнца, если его удалить на расстояние 100 пк? Абсолютная звездная величина Солнца +4.9m.
На расстоянии 10 пк звездная величина Солнца +4.9m. Как изменится блеск Солнца, если его удалить на расстояние 100 пк?
.
, .
22. (2) Чему равна абсолютная звездная величина Сириуса (a Б.Пса), если видимая звездная величина –1.46m , а расстояние до нее 2.64 пк?
.
, .
23. (1) Определить пространственную скорость движения звезды, если модули лучевой (параллельной лучу зрения) и тангенциальной (перпендикулярной лучу зрения) составляющих соответственно равны 30 и 25 км/с. Сделать чертеж.
км/с.
24. (2) Определить модуль тангенциальной составляющей скорости звезды Канопус (a Киля), если ее параллакс 0.01”, а собственное движение 0.02”/год. (см. рис. выше)
Расстояние до Канопуса пк.
Скорость движения Канопуса в направлении, перпендикулярном лучу зрения
;
Важно не ошибиться в размерностях:
,
25. (1) Звезда движется к нам с пространственной скоростью 36 км/с под углом 30О к лучу зрения. Чему равны модули лучевой и тангенциальной составляющих скорости?
26. (2) Чему равно собственное движение звезды, находящейся от нас на расстоянии 15 пк, если модуль тангенциальной составляющей ее скорости равен 25 км/с?
, , км.
27. (5) Параллакс Альтаира (a Орла) составляет p = 0.198", собственное движение m = 0.658" в год, радиальная скорость Vr = - 26 км/сек , звёздная величина m = 0.89. На каком расстоянии Альтаир пролетит мимо Солнца, когда это произойдёт, и какой при этом будет звёздная величина Альтаира.
Расстояние до Альтаира
пк.
1пк = = 206265 а.е.
1пк = 30.86*1012 км.
R = 1.56*1014 км
Скорость движения Альтаира
;
w = 0.658”/год = 3.19*10-6 рад/год.
= 3.19*10-6 * 1.56*1014 = 497 000 000 км/год = 15.7 км/сек.
26 км/сек.
30.4 км/сек.
Найдем угол a: 0.855; a = 0.545 рад.
Альтаир пролетит от Солнца на расстоянии 2.62 пк.
Это произойдет через время 4.38*1012 сек = 139 000 лет.
Вспомним формулу Погсона , где Е1 и Е2 освещенности от звезд с соответствующими зв. величинами. Освещенность от источника уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния . Тогда 0.269, 2.5 lg 0.269,
-1.43,
-1.43,
Через 139 тыс. лет видимая зв. величина Альтаира будет -0.54m.
Двойные звезды
28. (2) Определить видимую звездную величину двойной звезды a Рыб, видимая звездная величина компонентов которой +4.3m и +5.2m.
Суммарный блеск системы
Положим в формуле Погсона , . Тогда
или , .
Найдем блеск каждого компонента
, .
Сложим и найдем суммарный блеск
,
суммарная звездная величина .
ВАРИАНТЫ:
m1 |
m2 |
Sm |
m1 |
m2 |
Sm | |
8.0 |
8.5 |
7.5 |
-0.5 |
-0.6 |
-1.3 | |
10.3 |
11.6 |
10.0 |
0.0 |
-1.6 |
-1.8 | |
0.6 |
-1.0 |
-1.2 |
6.5 |
4.1 |
4.0 | |
7.7 |
5.2 |
5.1 |
8.6 |
9.9 |
8.3 | |
6.9 |
9.4 |
6.8 |
4.1 |
9.5 |
4.1 | |
4.4 |
3.2 |
2.9 |
5.1 |
3.9 |
3.6 | |
6.3 |
7.6 |
6.0 |
-1.2 |
-1.2 |
-2.0 |