IAO 2011, Теория, Група α — Задача 5. Jupiter disappeared

XVI International Astronomy Olympiad. Almaty, Kazakhstan, 22 – 30. IX. 2011. Round Theo, Group α. Theoretical round. Problems to solve · 22 септември 2011 г. · 8 т.

Внимание: Бележка към темата

The shared five-page official solution is a preliminary jury sketch. Tops of scanned pages 2–5 are truncated in the source itself (MediaBox equals CropBox); missing passages are marked explicitly. No detailed grading rubric is present in the year inventory; the solution introduction says correct student solutions are worth 8 points. The Bear drawing for problem 3 and the promised sector/point drawings for problem 5 are not supplied. The ray diagram for problem 4 has a partly clipped lower label. Printed slips, including the solar-mass exponent, latitude inconsistency and planetarium inequality, are retained with notes where relevant.

Бележка

General note. Maybe not all problems have correct questions. Some questions (maybe the main question of the problem, maybe one of the subquestions) may make no real sense. In this case you have to write in your answer (in English or Russian): «impossible situation – ситуация невозможна». Of course, this answer has to be explained numerically or logically.

Data from the tables (Planetary data, stars, constants, etc.) may be used for solving every problem.

The answers «Да-Yes» or «Нет-No» has to be written in English or Russian.

Условие

Let us suppose that Jupiter suddenly disappeared. The moons of Jupiter became independent bodies.

5.1. Which former Galileo moon(s) and in what case may leave the Solar system?

5.2. Which former Galileo moon(s) and in what case may fall into the Sun?

The answers “which moon” and “in what case” (configurations at the moment of Jupiter disappearance) have to be given in the form of drawings, and calculations should be the base for the answers. The names of the moons in the solution and in the drawings should be written in English. Consider the orbit of Jupiter (before its disappearance) to be circular.

Отговори

Решение

Внимание: Непълно решение

Part of the 5.1 continuation is cut off in the scan. The source promises sector/point drawings later, but those drawings are absent.

Parameters of orbits. Physical characteristics of Sun, some planets, Moon and Galilean moons of Jupiter

Элементы орбит. Физические характеристики Солнца, некоторых планет, Луны и Галилеевых спутников Юпитера

Parameters of orbits. Physical characteristics of Sun, some planets, Moon and Galilean moons of Jupiter

Небесное тело, планета / Body, planetСреднее расстояние от центрального тела, в астр. ед. / Average distance to central body, in astr. unitsСреднее расстояние от центрального тела, в млн. км / Average distance to central body, in mln. kmСидерический (или аналогичный) период обращения, в тропич. годах / Sidereal (or analogous) period, in troph. yearsСидерический (или аналогичный) период обращения, в средних сутках / Sidereal (or analogous) period, in daysЭксцентриситет, e / Eccentricity, eЭкваториальн. диаметр, км / Equat. diameter, kmМасса, 102410^{24} кг / Mass, 102410^{24} kgСредняя плотность, г/см³ / Av. density, g/cm³Ускор. своб. пад. у пов., м/с² / Grav. acceler. at surf., m/s²Наклон оси / Axial tiltАльбедо / Albedo
Солнце Sun1,6⋅1091{,}6\cdot 10^{9}2,5⋅10112{,}5\cdot 10^{11}2,2⋅1082{,}2\cdot 10^{8}8⋅10108\cdot 10^{10}139200019890001,409
Меркурий Mercury0,38757,90,24187,970,2064 8790,33025,433,700,01°0,06
Венера Venus0,723108,20,615224,700,00712 1044,86905,248,87177,360,78
Земля Earth1,000149,61,000365,260,01712 7565,97425,5159,8123,440,36
Луна Moon0,002570,384400,074827,32170,0553 4750,07353,341,626,70,07
Марс Mars1,524227,91,880686,980,0936 7940,64193,943,7125,190,15
Юпитер Jupiter5,204778,611,8624 332,590,048142 9841899,81,3324,863,130,66
Сатурн Saturn9,5841433,729,45810 759,200,054120 536568,500,7010,4126,730,68
Спутник / MoonСреднее расстояние от центра планеты, в астр. ед. / Average distance to planet center, in astr. unitsСреднее расстояние от центра планеты, в тыс. км / Average distance to planet center, in thous. kmСидерич. период обращения в средних сутках / Sidereal period in daysНаклонение орбиты (°) / Orbit inclination (°)Эксцентриситет, e / Eccentricity, eДиаметр, км / Diameter, kmМасса, 102110^{21} кг / Mass, 102110^{21} kgСредняя плотность, г/см³ / Av. density, g/cm³Ускор. своб. пад. у пов., м/с² / Grav. acceler. at surf., m/s²Макс. блеск, вид. с Земли *) / Max. magn. From Earth *)Геом Альбедо / Geom Albedo
Ио Io0,00282421,701,7691370,050°0,00413 64389,313,531,805,02m5{,}02^{m}0,63
Европа Europa0,00449671,033,5511810,471°0,00943 12248,003,011,325,29m5{,}29^{m}0,67
Ганимед Ganymede0,007161070,417,1545530,204°0,00115 262148,191,941,434,61m4{,}61^{m}0,43
Каллисто Callisto0,012591882,7116,6890180,205°0,00744 821107,591,831,235,65m5{,}65^{m}0,20

*) В среднем противостоянии. *) In mean opposition.

Some constants and formulae

Некоторые константы и формулы

Some constants and formulae

КонстантаЗначение / ValueConstant
Скорость света в вакууме, c (м/с)299 792 458Speed of light in vacuum, c (m/s)
Гравитационная постоянная, G (Н·м²/кг²)6.674⋅10−116.674\cdot 10^{-11}Constant of gravitation, G (N·m²/kg²)
Солнечная постоянная, A (Вт/м²)1367Solar constant, A (W/m²)
Параметр Хаббла, H₀ (км/с/МПк), среднее значение71mean value, Hubble parameter, H₀ (km/s/Mpc)
Параметр Хаббла, H₀ (км/с/МПк), диапазон значений50-100diapason of values, Hubble parameter, H₀ (km/s/Mpc)
Постоянная Планка, h (Дж·с)6.626⋅10−346.626\cdot 10^{-34}Plank constant, h (J·s)
Заряд электрона, e (Кл)1.602⋅10−191.602\cdot 10^{-19}Charge of electron, e (C)
Масса электрона, mₑ (кг)9.109⋅10−319.109\cdot 10^{-31}Mass of electron, mₑ (kg)
Соотношение масс протона и электрона1836.15Proton-to-electron ratio
Постоянная Фарадея, F (Кл/моль)96 485Faraday constant, F (C/mol)
Магнитная постоянная, μ₀ (Гн/м)1.257⋅10−61.257\cdot 10^{-6}Magnetic constant, μ₀ (H/m)
Универсальная газовая постоянная, R (Дж/моль/K)8.314Universal gas constant, R (J/mol/K)
Постоянная Больцмана, k (Дж/K)1.381⋅10−231.381\cdot 10^{-23}Boltzmann constant, k (J/K)
Стандартная атмосфера (Па)101 325Standard atmosphere (Pa)
Постоянная Стефана-Больцмана, σ (Вт/м²/K⁴)5.670⋅10−85.670\cdot 10^{-8}Stefan-Boltzmann constant, σ (W/m²/K⁴)
Константа смещения Вина, b (м·K)0.002897Wien’s displacement constant, b (m·K)
Лабораторная длина волны Hα (Å)6562.81Laboratory wavelength of Hα (Å)
Длина тропического года, T (сут)365.242199Tropical year length, T (days)
Показатель преломления воды при 20°C, n1.334Refractive index of water for 20°C, n
Момент инерции шараI=2/5 MR2I = {}^{2}/_{5}\, MR^{2}Moment of inertia of a solid ball
Площадь сферыS=4πR2S = 4\pi R^{2}Area of sphere
π3.14159265π
e2.71828183e
Золотое сечение, φ1.61803399Golden ratio, φ

Оригинал в Архива: alphatheo.pdf · официални решения: theosol.pdf