IAO 2003, Практически тур, Група B — Задача 8. Оценка на масата на Сатурн.

5 октомври 2003 г.

Внимание: Бележка към темата

Ръкописното българско условие е запазено като отделен езиков вариант. Официалното решение е на английски. Липсващите в българските листове таблица и фигури са приложени от съответния руски оригинал. Българският увод посочва само Кийлър и Astronomical Journal; руският и английският оригинал посочват и Белополски и Astrophysical Journal. Различието е запазено без мълчалива редакция.

Условие

Положението на процепа на спектрометъра. С буквите W и E са отбелязани съответно запад и изток.
Положението на процепа на спектрометъра. С буквите W и E са отбелязани съответно запад и изток.
Спектър на Слънцето, отразен от Сатурн. Запад е нагоре, дължината на вълната расте отляво надясно.
Спектър на Слънцето, отразен от Сатурн. Запад е нагоре, дължината на вълната расте отляво надясно.

Въведение.

Откакто пръстенът на Сатурн е бил открит от Галилео Галилей с неговия телескоп, той е станал една от главните астрономически забележителности. Това, че пръстенът не е твърдо тяло, а безчислено множество „малки луни“, обикалящи около Сатурн по кеплерови орбити, е било доказано чрез спектрални наблюдения от Джеймс Е. Кийлър и публикувано в първия брой на Astronomical Journal в 1895 г. В тази задача вие трябва да повторите разсъжденията на Кийлър, като използвате неотдавнашни наблюдения, и също да оцените масата на Сатурн.

Наблюденията.

Сатурн е бил наблюдаван с Nordic Optical Telescope (NOT – 2.5 метров телескоп на един от Канарските острови – Ла Палма) на 25.02.2002 г. в 23:25 UT. Процепът на спектрографа по отношение на Сатурн е бил разположен така, както е показано на фиг. 1. Полученият спектър (фиг. 2) представлява слънчев спектър, отразен от планетата. Вертикалните прави линии са телурични, т.е. линии на поглъщане възникващи при преминаването на светлината през атмосферата на Земята. Наклонените линии са линии на поглъщане на Слънцето, отразени от планетата. Двете най-силни линии на поглъщане, които се виждат в спектъра, съответстват на преходите D2D_2 и D1D_1 на Na I (неутрален натрий), техните дължини на вълните в отправна система в покой са съответно 589,00 nm и 589,59 nm.

[[figure:p8-slit]]

[[figure:p8-spectrum]]

Задачи.

Трябва внимателно да обясните всяка стъпка във вашите изчисления. Отговори без обосновка не се приемат.

8.1. Даденият на фиг. 2 спектър нагледно показва, че пръстенът на Сатурн не може да е едно цяло въртящо се тяло. Нарисувайте какъв би бил спектърът, ако пръстенът наистина се въртеше като едно цяло твърдо тяло.

8.2. Известно е, че сидеричният период на въртене на Сатурн около оста му е равен на 10,66 часа. Използвайте дадения на фиг. 2 спектър и оценете екваториалния диаметър на Сатурн.

8.3. По спектъра на фиг. 2 оценете масата на Сатурн. Ако не помните гравитационната константа, можете да използвате следните данни: 1 AU=1,496⋅1081\,\mathrm{AU}=1{,}496\cdot10^8 km, масата на Слънцето е MSun=1,99⋅1030M_{\mathrm{Sun}}=1{,}99\cdot10^{30} kg.

Можете да използвате факта, че пръстенът на Сатурн е плосък и успореден на екватора на планетата, за да изчислите под какъв ъгъл наблюдателят е виждал системата.

Решение

Reference data

Parameters of orbits. Physical characteristics of some planets, Moon and Sun. Groups A,B.

BodyAverage distance (AU)Average distance (million km)Sidereal or analogous period (tropical years)Period (days)Eccentricity eeEquatorial diameter (km)Mass (102410^{24} kg)Average density (g/cm³)Surface gravity (m/s²)Maximum magnitude from EarthAlbedo
Sun1.6⋅1091.6\cdot10^92.5⋅10112.5\cdot10^{11}2.2⋅1082.2\cdot10^88⋅10108\cdot10^{10}139200019890001.409−26.8
Mercury0.38757.90.24187.970.20648790.33025.433.70−2.20.06
Venus0.723108.20.615224.700.007121044.86905.248.87−4.70.78
Earth1.000149.61.000365.260.017127565.97425.5159.810.36
Moon0.002570.384400.074827.32170.05534750.07353.341.62−12.70.07
Mars1.524227.91.880686.980.09367940.64193.943.71−2.00.15
Jupiter5.204778.611.8624332.590.0481429841899.81.3324.86−2.70.66

For outer planets and Moon — in mean opposition. Blank cells are blank in the original bilingual Russian/English reference sheet.


Оригинал в Архива: bgpract4.jpg · официални решения: pract8sol.doc · допълнителни данни: bgpract5.jpg · допълнителни данни: pract_ru_3.jpg · допълнителни данни: pract_ru_4.jpg · допълнителни данни: data.pdf