Экзамен астрономия егэ

В ЕГЭ по физике появилось новое задание №24 по астрономии. Для его выполнения вам потребуются выучить определенную теорию. В помощь приводятся материалы с примерами решения задач по этому заданию. Читайте (немного теории и практики) и вы с легкостью расправитесь с этим заданием.

Основные типы заданий по астрономии

Все приводимые задания по астрономии можно с достаточной степенью условности разделить на 4-е типа:

• Задание о звездах, здесь все о звездах.
• Задание по планетам Солнечной системы, начиная от Меркурия и кончая Нептуном (Плутон в настоящее время считается малым объектом нашей системы и не относится к планетам).
• Это задание по спутникам нашей Солнечной системы.
• Задание по прочим объектам Солнечной системы: об астероидах, кометах и прочих космических объектах, которые находятся в нашей системе.

Задания о звездах

Для выполнения этого задания достаточно будет знать: понятие о спектральной классификации звезд, распределение звезд по размерам и диаграмму («спектр-светимость»). Рассмотрим более подробно виды классификации звезд.

Спектральная классификация звезд

Согласно этой классификации (рис.1) спектральный класс звезд определяется поверхностной температурой звезды и обозначается определенной буквой (O;B;A;F;G;K;M) – именно в такой последовательности. Класс O – самый высокий класс в иерархии, а класс (M) – самый низкий. Чем выше класс, иерархии, тем звезды горячее, больше, ярче. А чем ниже класс, тем, соответственно они холоднее, меньше, тусклее, но такие звезды живут дольше, чем звезды выше классом. Здесь необходимо понять, что температура определяет спектральный класс звезды. Иногда встречаются вопросы про плотность: чем больше звезда, тем более она разряжена.

Для того, чтобы запомнить порядок классификации, можно использовать такой стишок:
«Один Высокий Англичанин Финики Жевал Как Морковь»

Кратко о Солнце, звезде нашей Солнечной системы. Оно относится к звездам G – класса, так как имеет температуру 5800 градусов Кельвина. Это соответствует желтому цвету. Все звезды, которые будут иметь температуру выше, будут относиться к классам F, A, B, O, а те, что ниже – к классам K, M.

Рассмотрим вопросы по порядку и проанализируем их на правильность.

1. Пункт 1. Белые карлики много меньше гигантов, поэтому их плотность намного больше плотности остальных звезд, включая и гигантов, поэтому это утверждение не верно.
2. Пункт 2. Да, звезда Канопус относится к сверхгигантам, так как имеет размер в 65 раз больше солнечного. Это утверждение правильное.
3. Пункт 3. На диаграмме мы видим, что температура класса А выше G. Да и как мы обсуждали ранее, чем выше класс, тем больше температура, поэтому утверждение верное.
4. Пункт 4. По диаграмме видно, что Солнце относится к спектральному классу G, а не к классу А. То есть утверждение ложное.
5. Пункт 5. На диаграмме видим, что температуре 8000 К соответствует классу А, поэтому данное утверждение правильное.

Правильные ответы: п.п. 2, 5.

Содержание заданий о Солнечной системе

Прежде чем приступать к рассмотрению задания по Солнечной системе вспомним некоторые основные сведения. Вот перечень некоторых фактов, которые необходимо знать:

1. Порядок расположения планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун;
2. Самая большая планета Солнечной системы – это Юпитер;
3. Солнечная система содержит 8 планет, которые делятся на две группы. В первую группу входят планеты земной группы – это Меркурий, Венера, Земля, Марс. Во вторую группу входят газовые гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун; Логично, что газовые гиганты имеют меньшую плотность, чем твердые;
4. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов;
5. Практически все планеты обладают спутниками; для Земли – это Луна; не имеют спутников – Венера и Меркурий; Существует множество факторов, влияющих на наличие спутников у планеты, но основным является гравитация, то есть, чем больше масса планеты, тем наиболее вероятно у нее есть спутники. Например, Юпитер самая большая планета Солнечной системы и у него больше всех спутников.
6. Наличие атмосферы. Все планеты Солнечной системы имеют атмосферу, кроме Меркурия.
7. Все планеты вращаются по эллиптическим орбитам; плоскость вращения планеты Земля называется эклиптикой;
8. Один оборот Земля делает за сутки, одно вращение вокруг Солнца – за год;
9. Наклон оси планет к плоскости вращения определяет смену времен года;
10. Последние исследования обнаружили еще один пояс астероидов за Нептуном, а ранее считавшийся планетой Плутон оказался по своим параметрам сравним с большими астероидами этого пояса, поэтому его перестали признавать планетой.

Для того чтобы двигаться дальше, необходимо познакомиться с некоторыми формулами важными при решении заданий по тематике планет. Причем практически все эти формулы известны из курса физики. Вот эти формулы:

$$ V=frac{4}{3}*pi*{R}^3 ,,,(1)$$

где (R) – радиус планеты.

Масса планеты

$$ M=rho*V ,,,,, (2) $$

где (rho) – плотность планеты.

Ускорение свободного падения для любой планеты, любого тела

$$ g=frac{G*M}{R^2},,,,, (3) $$

где (M) – масса планеты,

(R) – расстояние от тела до центра планеты,
(G) – гравитационная постоянная,

Первая космическая скорость

$$ {V}_{1}=sqrt{g*R},,,,, (4)$$

Вторая космическая скорость

$$ {V}_{2}={V}_{1}sqrt{2},,,,,(5)$$

Используя эти формулы можно легко решать задачи посвященные планетам, спутникам.

Пример 3

Решение:

1. По пункту 1 можно сравнить время обращения вокруг Солнца (меркурианский год) и время вращения вокруг собственной оси (меркурианские сутки). Мы видим, что год равен 87,97 суток, а сутки (меркурианские) равны 58,6 суткам, что значительно меньше. Для измерения принимаются земные сутки. Следовательно, это утверждение не верное.
2. Пункт 2. Сравнивая табличные значения по плотности планет видно, что действительно плотность планет гигантов ниже, чем у Земли. Это правильное утверждение.
3. Пункт 3. Так как нам известна (из справочной таблицы) вторая космическая скорость, то мы легко можем посчитать первую космическую скорость, используя формулу (5). Расчетная скорость равна 15,05, то есть примерно равна 15,1 км/ч, следовательно, данное утверждение правильное.
4. Пункт 4. Используя формулы (5, 3) вычисляем первую космическую скорость для Марса, а затем определяем ускорение свободного падения. Вычисленное значение равно 3,7 м/с. Сравниваем его с табличным значением равным 5,02 и видим, что реальное значение намного меньше. Следовательно, это утверждение неверное.
5. Пункт 5. Этот вопрос совсем простой. Можно воспользоваться формулой (1, 2) и посчитать массу планет. А можно просто посмотреть в таблицу и увидеть, что плотность Земли выше, чем у Венеры, и радиус также у Земли больше, так что и масса будет больше. Таким образом, это утверждение неверное.

Правильные ответы: п.п. 2, 3.

Спутники планет Солнечной системы

Для ответов на вопросы по спутникам, формул, которые мы рассмотрели для планет, будет вполне достаточно. Необходимо также знать хотя бы основные спутники планет. Для Земли – это естественный спутник Луна. Марс имеет два спутника. Венера и Меркурий не имеют спутников. У Юпитера самыми известным являются: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – в порядке удаленности от Юпитера. Кроме того надо помнить, что Сатурн имеет так называемое кольцо, которое содержит множество объектов являющимися спутниками.

Обратите внимание на формулу гравитационного притяжения:

$$ F=G*frac{m*M}{R^2}, $$

где (G=6,67*{10}^{-11}) – гравитационная постоянная; (m) – масса первого объекта, например, спутника; (M) – масса второго объекта, например, планеты; (R) – расстояние между их центрами; (F) – сила, с который оба объекта притягиваются друг к другу.

Как видно из формулы, сила гравитационного притяжения обратно пропорциональна расстоянию между объектами. Значит, как правило, чем ближе спутник находится к планете, тем сильнее он притягивается и тем меньше ее период обращения.

Пример 4. Спутники

Эксперт объяснила, почему из ЕГЭ по физике убрали единственную астрономическую задачу

Астрономия останется обязательным предметом для старшеклассников.

Со следующего года из ЕГЭ по физике уберут задание № 24 — единственную астрономическую задачу, входившую в этот экзамен. Ведущий инженер Краснопресненской лаборатории Государственного астрономического института МГУ имени М. В. Ломоносова, автор и редактор учебных и методических пособий по астрономии для средней школы Ирина Лапина объяснила, почему это произошло.

По ее словам, в 2022 году ЕГЭ окончательно перейдет на современные образовательные стандарты, в которых среди прочего прописано, что астрономия является самостоятельным предметом, за который идет отдельная оценка в аттестат о полном среднем образовании.

Она добавила, что задание по астрономии, которое было в ЕГЭ по физике, «очень формальное» и выполнить его можно даже с минимальной подготовкой, поэтому на интерес школьников к предмету это не повлияет.

«Интерес к астрономии у школьников есть и без ЕГЭ, причем и у младших, и у старших. Очень жаль, что почти все сейчас — и сами ребята, и родители, и даже учителя — главную задачу школы стали видеть лишь в подготовке к сдаче ЕГЭ», — рассказала она «Российской газете».

В России между тем задумались о поэтапной отмене ОГЭ. По мнению депутатов Госдумы, тестирование отражает не реальные знания, а навыки, полученные при подготовке к экзамену.

Теоретический материал по «Астрономии»

ЕГЭ

Раздел «Звезды»

Спектральные классы

О дин Б огатый А мериканец Ф иники Ж евал К ак М орковь

Солнце

Солнца относится к звездам спектрального класса G .

Средняя температура поверхности Солнца составляет

5800 K .

Типы звезд по размеру

По размеру звезды делятся на:

1. Карлики (в 10-100 раз меньше

диаметра Солнца)

2. Солнечной группы

3. Гиганты (в 10 раз больше

диаметра Солнца)

4. Сверхгиганты (в 100 раз больше

диаметра Солнца)

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Величины расстояний в астрономии

Раздел «Солнечная система. Планеты»

Группы планет

Планеты гиганты

Планеты земной группы

Плоскость эклиптики

Период вращения планеты

вокруг звезды называется год.

Период вращение планеты вокруг

своей оси называется сутками.

Наклон оси планеты означает

наличие смены времен года.

Наклонение орбиты

Орбиты планеты

Эксцентриситет эллипса

Венера – единственная планета, которая

вращается в вокруг своей оси в сторону,

противоположную вращению Солнца

(восход на западе, закат на востоке.)

Углы наклона вращения осей планет

Формулы для астрономии

Законы Кеплера

Раздел «Спутники планет»

Раздел «Прочие объекты Солнечной системы»

Пояс астероидов

Пояс Койпера и облако

Оорта

Первая и вторая космические скорости Земли

Астрономия — один из разделов физики, проверяемых на ЕГЭ. В отличии от механики, электродинамики и оптики (в школе они изучаются в полном размере), этой науке уделяется очень мало часов. Лишь в последние пару лет некоторые учебные заведения стали вводить ее как отдельный предмет. В экзамене по физике астрономия представлена одним вопросом — 24. Но если вы стремитесь к высоким баллам, не стоит про него забывать. Выучите эту тему самостоятельно или запишитесь на курсы подготовки к ЕГЭ и ОГЭ, где она разбирается в обязательном порядке. А в статье мы изучим некоторые основы. 

Планеты Солнечной системы

Солнечная система состоит из Солнца — центральной звезды, а также 8 вращающихся вокруг нее планет. Звездой называется самосветящееся тело, состоящее из газа или плазмы. Планетой — вращающееся по орбите тело, достаточно массивное, чтобы принять округлую форму, но недостаточно для начала термоядерной реакции, как в случае со звездами. В астрономии выделяют планеты земной группы  — Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Они названы так, потому что своими свойствами (плотностью, диаметром, составом) похожи на Землю. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун называют газовыми гигантами. У них большой диаметр и маленькая плотность, состоят они из газа. Ранее планетой Солнечной системы являлся Плутон, но позже его исключили и причислили к карликовым планетам. Некоторые понятия: 

• объем. Высчитывается из диаметра или радиуса. Так как форма планеты приближена к шару, получаем V = 4/3 • πR³ = πd³ / 6;
• средняя плотность — отношение массы к объему. Она помогает вычислить массу планеты: m = 4/3 • ρπR³ = ρπd³ / 6;
• первая космическая скорость — скорость, сообщаемая телу для превращения в искусственный спутник планеты. Она определяется по формуле: v1 = √gR = √g • d/2;
• вторая космическая скорость — скорость, сообщаемая телу для превращения в искусственный спутник Солнца. Она определяется как v2 = √2gR = √gd;
• год — время обращения планеты вокруг Солнца. Период вращения определяется формулой T = 2πR / v (R — радиус траектории, v — скорость планеты);
• сутки — время обращения планеты вокруг собственной оси;
• астрономическая единица (а.е.) — величина, используемая для измерения расстояний в астрономии. 1 а.е. = 150 млн км;
• наклон оси. Многие планеты расположены не горизонтально, а под некоторым углом к Солнцу. Величина наклона определяет смену времен года. При близости к нулю (у Меркурия, Юпитера) или к 180° (у Венеры) на планете нет смены сезонов. В остальных случаях она происходит 4 раза в год, как и на Земле.

Спутники планет Солнечной системы

Спутником называют тело, вращающееся вокруг планеты. Вокруг своей оси оно не перемещается, то есть всегда повернуто к планете одной стороной. Спутники намного меньше своих планет. Их форма близка в шарообразной, поэтому объем рассчитывается по формуле V = 4/3 • πR³ . Кроме того, зная вторую космическую скорость планеты, находят ускорение свободного падения на ее спутнике: g = v₂² / 2R. Для решения заданий по астрономии в ЕГЭ нужно знать количество спутников у планет: 

• у Меркурия, Венеры — 0;
• У Земли — 1, Луна. Это второй по яркости, пятый по величине естественный спутник в Солнечной системе. Гравитационное воздействие Луны на Землю вызывает приливы и отливы у водоемов;
• у Марса — 2: Фобос, Деймос;
• у Юпитера — 65. Крупнейшими являются Ио, Европа, Ганимед;
• у Сатурна — 62, среди них 24 регулярных. Крупнейший — Титан;
• у Урана — 27. Крупными считаются Титания, Оберон;
• у Нептуна — 14. Выделяются Нереида, Тритон.

Астероиды планет Солнечной системы

Астероиды — небольшие тела, движущиеся по орбите вдоль Солнца. Они гораздо меньше планет, имеют неправильную форму, атмосферы нет. Большинство астероидов в Солнечной системе расположены в двух поясах: между Юпитером и Марсом, а также за Нептуном (пояс Койпера). При решении задач предполагают, что астероиды шарообразны, и используют уже известную вам формулу объема: V = 4/3 • πR³ . Важнейшей характеристикой являются форма и размер орбиты, определяемые 1-м законом Кеплера: небесные тела Солнечной системы обращаются по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов находится Солнце. Закон применим не только к астероидам, но и к планетам. У орбиты есть несколько характеристик: 

• большая полуось — расстояние от центра до крайней боковой (левой или правой) точки;
• малая полуось — расстояние от центра до верхней или нижней точки;
• эксцентриситет — величина, определяющая вытянутость эллипса: e = √1 — (b² / a²), a — большая полуось, b — малая. Если e = 0, то орбита представляет собой окружность. Чем больше значение, тем более вытянут эллипс. e находится в пределах от 0 до 1. Если эксцентриситеты небольшие, то орбиту приближенно считают окружностью, а большую полуось — расстоянием от астероида до Солнца;
• перигелий — ближайшая к Солнцу точка;
• афелий — наиболее далекая от Солнца точка. 

Звезды, диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Последней темой в теории по астрономии являются звезды. Как вы уже знаете, они состоят из газа, а внутри них происходят (или происходили ранее) термические ядерные реакции. Наиболее полная характеристика звезд представлена на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. По ней определяют некоторые астрономические величины:

1. размер. На диаграмме ярко выделены 4 области, показывающие распределение звезд по величине. Для классификации нужно сравнивать их диаметр с диаметром Солнца. Более 90% звезд относятся к главной последовательности. Их размер — от 0,1 до 10 D_с. Выше них расположены гиганты с размерам от 10 до 100 D_с. В верхней части находятся сверхгиганты. Их диаметр превышает солнечный в более чем 100 раз. Маленькие звезды — белые карлики, они расположились внизу диаграммы. Размеры — от 0,001 до 0,1 D_с;
2. спектральный класс. Эта величина характеризует температуру поверхности, спектр излучения. Всего классов 7. Солнце, например, нагрето до 6.000 К и является желтым карликом. Представим классы в таблице: 

1. плотность. Чем меньше размер, тем она выше. Наиболее плотные звезды — белые карлики, а наименее плотные — сверхгиганты;
2. длительность «жизни». Чем горячее звезда, тем меньше ее жизненный цикл;
3. светимость — энергия, излучаемая звездой за одну секунду. Чем больше размер тела, тем выше эта величина.

Примеры заданий

Для понимания темы важна практика. Попробуем решить задания из экзамена.  

Задание 1. 

Решение. Проанализируем утверждения: 

1. Желтые звезды горячее красных. У горячих звезд жизненный цикл проходит быстрее, поэтому желтая раньше станет красным гигантом. Ответ неверный.
2. Светимость красных звезд меньше, чем желтых, поэтому на небе они менее яркие. Ответ верный.
3. Желтые звезды ярче, горячее и массивнее. Ответ неверный.
4. Температура красных звезд — от 2 до 3,5 тысяч К, а желтых — от 5 до 6 тысяч К. Ответ верный.
5. Солнце является желтым карликом, поэтому ответ неверный.

Ответ: 24.

Задание 2. 

Решение. Анализируем утверждения: 

1. Формула для вычисления плотности: ρ = m / V = 6m / πD³. Сравним плотности Венеры и Земли: Значение меньше 1, значит, плотность Венеры меньше. Ответ верный. 
2. Центростремительное ускорение определяется по формуле a = Gm / r². Марс расположен ближе к Солнцу (r меньше), поэтому его центростремительное ускорение будет больше. Ответ неверный.
3. Первая космическая скорость определяется формулой v1 = √Gm / r. Масса Нептуна больше, а радиус меньше, чем у Урана, поэтому для него космическая скорость выше. Ответ неверный.
4. Формула для ускорения свободного падения на планете: g = 4mG / D². Вычисляем: Следовательно, gМ = 0,42g_З ≈ 4. Ответ верный.
5. Формула для силы притяжения к Солнцу: F = Gm₁m₂ / r². Масса Сатурна меньше, а расстояние до Солнца больше, чем у Юпитера, поэтому его сила притяжения меньше. Ответ неверный. 

Ответ: 14.

Теперь вы знаете основные понятия и формулы по астрономии. Надеемся, это поможет вам при сдаче ЕГЭ. Не забывайте, что изучить эту тему более подробно (а значит, и лучше подготовиться к экзамену) можно на курсах или с репетитором. Желаем вам удачи на итоговой аттестации!

В 2018 году в экзамен были включены задания на множественный выбор двух правильных ответов из пяти предложенных и задания на извлечение астрономической информации из текстов с таблицами. Вместе с тем при изучении курса астрономии также необходимо решать задачи. При решении таких задач обойтись без калькулятора нельзя. Приведем примеры.

Пример 1

Масса Марса составляет 0,1 от массы Земли, диаметр Марса вдвое меньше, чем диаметр Земли. Каково отношение периодов обращения искусственных спутников Марса и Земли Т_М/Т_З, движущихся по круговым орбитам на небольшой высоте?

Решение

Ускорение спутника, движущегося со скоростью v вокруг планеты массой М по круговой траектории радиуса, равно

откуда

Период обращения спутника

Ответ: ≈ 1,1

Пример 2

Меркурий движется по эллиптической орбите с большой полуосью а = 0,38 а.е. Эксцентриситет орбиты ε = 0,2. Найти силу всемирного тяготения (или ускорение Меркурия) между Солнцем и Меркурием в перигелии и афелии.

Решение

1. Находим в таблицах необходимые данные
Меркурия m = 0,3 ˑ 10²⁴ кг,
масса Солнца М = 2 ˑ 10³⁰ кг, 1 а.е. = 1,5 ˑ 10¹¹ м

2. Находим большую полуось орбиты Меркурия
а = 0,38 ˑ 1,5 ˑ 10¹¹ = 5,7 ˑ 10¹⁰

3. Расстояния между Солнцем и Меркурием в перигелии (r) и афелии (R):
r = а (1-е) = 0,38 ˑ 1,5 ˑ 10¹¹ˑ(1-0,2) = 4,56 ˑ 10¹⁰
R = а(1+е) = 0,38 ˑ 1,5 ˑ 10¹¹ ˑ (1+0,2) = 6,84 ˑ 10¹⁰

4. Находим силу взаимодействия F и f

Ответ: F = 1,93 ˑ 10⁴⁴; f = 8,59 ˑ 10⁴³

Пример 3

Прочитайте текст:

Расстояние до звезды R, выраженное в парсеках, обратно параллаксу звезды π, выраженному в секундах дуги, т.е. равно 1/π. Путь, проходимый лучом света в течение года, называется световым годом.
1 парсек = 3,26 световых года=206 265 а.е.=3,08 ∙ 10¹³ км.
Звездную величину М светила, которую оно имело бы, находясь от нас на расстоянии 10 парсеков, называют абсолютной величиной.
М = m + 5 + 5lgπ или М = m + 5 – 5lgr,
где m — наблюдаемая (видимая) звездная величина светила, находящегося на расстоянии r парсеков и имеющего годичный параллакс π.

1) Выполните расчет

Параллакс Сириуса равен 0,37″, а параллакс Спики равен 0,02″. Выразить расстояния до этих звезд в парсеках, в световых годах, в астрономических единицах и в километрах.
Ответы: 2,7 парсек = 8,8 св.г = 558000 а.е. = 8,3 ∙ 10¹³ км;
50 парсек = 163 св.г.

Параллакс Альтаира равен 0,20″, а параллакс Веги равен 0,12″. Выразить расстояния до этих звезд в парсеках, в световых годах, в астрономических единицах и в километрах.
Ответы: 5 парсек = 16,3 св.г = 1,03 ∙ 106 а.е. = 15,4 ∙ 10¹³ км;
8,3 парсек = 27,2 св.г = 1,7 ∙ 106 а.е. = 2,56 ∙ 10¹⁴ км.

2) Выполните расчет

Видимая звездная величина Сириуса равна -1,58, а его спутника 8,44. Во сколько раз истинный блеск Сириуса больше истинного блеска его спутника? Принять во внимание, что расстояние между этими звездами ничтожно мало в сравнении с расстоянием от Земли до Сириуса.
Ответ: Сириус в 10200 раз ярче своего спутника.

Вычислить абсолютную звездную величину Сириуса, зная, что его параллакс равен 0,371″, а видимая звездная величина равна -1,58.
Ответ: +1,27.

Определить абсолютную величину Антареса, зная, что его параллакс равен 0,009″, а видимая величина равна +1,22.
Ответ: -4,0.

Пример 4

Представьте себе, что в какой-то момент Марс остановился на своей орбите. Сколько времени он падал бы на Солнце? Среднее расстояние от Солнца до Марса 1,52 а.е.

Решение

Можно считать, что падение на Солнце — это движение по орбите с большой полуосью а = 1,52 а.е.

Следовательно, время падения — это четверть периода обращения.

Ответ: 0,46894… (лет)