IAO 2012, Теория, старша възраст — Задача 6. Remote galaxy

XVII International Astronomy Olympiad — Theoretical round — Group β

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» have to be written in English or Russian.

Planetary data

Элементы орбит. Физические характеристики некоторых планет, Луны, Солнца и Эриды

Parameters of orbits. Physical characteristics of some planets, Moon, Sun and Eris

Небесное тело, планета / Body, planetСреднее расстояние от центрального тела / Average distance to central body, in astr. unitsin 10610^6 kmСидерический (или аналогичный) период обращения / Sidereal period (or analogous), in tropical yearsin daysНаклон орбиты / Orbital inclination, iiЭксцентриситет / Eccentricity, eeЭкваториальн. диаметр / Equat. diameter, kmМасса / Mass, 102410^{24} kgСредняя плотность / Av. density, g/cm³Ускор. своб. пад. у пов. / Grav. accelr. at surf., m/s²Наклон оси / Axial tiltМакс. блеск, вид. с Земли / Max. magn. From Earth **)Альбедо / Albedo
Солнце / Sun1,6⋅1091,6\cdot10^92,5⋅10112,5\cdot10^{11}2,2⋅1082,2\cdot10^88⋅10108\cdot10^{10}139200019890001,409−26,74m-26,74^{\mathrm m}
Меркурий / Mercury0,38757,90,24187,9697,00∘7,00^\circ0,2064 8790,33025,433,700,01∘0,01^\circ0,06
Венера / Venus0,723108,20,615224,70073,400,00712 1044,86905,248,87177,360,78
Земля / Earth1,000149,61,000365,25640,000,01712 7565,97425,5159,8123,440,36
Луна / Moon0,002570,384400,074827,32175,150,0553 4750,07353,341,626,7−12,7m-12,7^{\mathrm m}0,07
Марс / Mars1,524227,91,880686,981,850,0936 7940,64193,943,7125,19−2,0m-2,0^{\mathrm m}0,15
Юпитер / Jupiter5,204778,611,8624 332,591,300,048142 9841899,81,3324,863,13−2,7m-2,7^{\mathrm m}0,66
Сатурн / Saturn9,5841433,729,45810 759,202,480,054120 536568,500,7010,4126,730,7m0,7^{\mathrm m}0,68
Эрида / Eris68,05205 02943,820,4352 3260,01672,520,70,96

**) Для Луны – в среднем противостоянии.

**) For Moon – in mean opposition.

Константи

Некоторые константы и формулы / Some constants and formulae

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\cdot10^{-11}Constant of gravitation, G (N·m²/kg²)
Солнечная постоянная, A (Вт/м²)1367Solar constant, A (W/m²)
Параметр Хаббла, H0H_0 (км/с/МПк), среднее значение71mean value, Hubble parameter, H0H_0 (km/s/Mpc)
диапазон значений50-100diapason of values
Постоянная Планка, h (Дж·с)6.626⋅10−346.626\cdot10^{-34}Plank constant, h (J·s)
Заряд электрона, e (Кл)1.602⋅10−191.602\cdot10^{-19}Charge of electron, e (C)
Масса электрона, mem_e (кг)9.109⋅10−319.109\cdot10^{-31}Mass of electron, mem_e (kg)
Соотношение масс протона и электрона1836.15Proton-to-electron ratio
Постоянная Фарадея, F (Кл/моль)96 485Faraday constant, F (C/mol)
Магнитная постоянная, μ0\mu_0 (Гн/м)1.257⋅10−61.257\cdot10^{-6}Magnetic constant, μ0\mu_0 (H/m)
Универсальная газовая постоянная, R (Дж/моль/К)8.314Universal gas constant, R (J/mol/K)
Постоянная Больцмана, k (Дж/К)1.381⋅10−231.381\cdot10^{-23}Boltzmann constant, k (J/K)
Постоянная Стефана-Больцмана, σ\sigma (Вт/м²/К⁴)5.670⋅10−85.670\cdot10^{-8}Stefan-Boltzmann constant, σ\sigma (W/m²/K⁴)
Константа смещения Вина, b (м·К)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)
Стандартная атмосфера (Па)101 325Standard atmosphere (Pa)
Ослабление видимого света земной атмосферой в зените (минимально)19%, 0.23m19\%,\ 0.23^{\mathrm m}Visible light extinction by the terrestrial atmosphere in zenith (minimum)
Показатель преломления воды при 20°C, n1.334Refractive index of water for 20°C, n
Момент инерции шараI=25MR2I=\frac25 MR^2Moment of inertia of a solid ball
Площадь сферыS=4πR2S=4\pi R^2Area of sphere
π3.14159265π
e2.71828183e
Золотое сечение, φ1.61803399Golden ratio, φ
Data of some stars

Данные о некоторых звёздах / Data of some stars

RADECppm\mathbf mS Cмасса / mass
СолнцеSun⊙\odot0h−24h0^{\mathrm h}-24^{\mathrm h}−23∘26′ +23∘26′-23^\circ26'\ +23^\circ26'8′′.7948''.794−26m.74-26^{\mathrm m}.74G21 M⊙1\ M_\odot
АльдебаранAldebaranα Tau04h35m55s04^{\mathrm h}35^{\mathrm m}55^{\mathrm s}16∘30′33′′16^\circ30'33''0′′.0480''.0480m.85v0^{\mathrm m}.85^{\mathrm v}K52.5 M⊙2.5\ M_\odot
АльтаирAltairα Aql19h50m47s19^{\mathrm h}50^{\mathrm m}47^{\mathrm s}08∘52′06′′08^\circ52'06''0′′.1950''.1950m.770^{\mathrm m}.77A71.7 M⊙1.7\ M_\odot
АнтаресAntaresα Sco16h29m24s16^{\mathrm h}29^{\mathrm m}24^{\mathrm s}−26∘25′55′′-26^\circ25'55''0′′.0060''.0060m.960^{\mathrm m}.96M1+B422.4 M⊙22.4\ M_\odot
АрктурArcturusα Boo14h15m40s14^{\mathrm h}15^{\mathrm m}40^{\mathrm s}19∘10′57′′19^\circ10'57''0′′.0890''.089−0m.04v-0^{\mathrm m}.04^{\mathrm v}K11.1 M⊙1.1\ M_\odot
АхернарAchernarα Eri01h37m43s01^{\mathrm h}37^{\mathrm m}43^{\mathrm s}−57∘14′12′′-57^\circ14'12''0′′.0260''.0260m.460^{\mathrm m}.46B3
зв.БарнардаBarnard’s starOph17h57m48s17^{\mathrm h}57^{\mathrm m}48^{\mathrm s}04∘41′36′′04^\circ41'36''0′′.5450''.5459m.549^{\mathrm m}.54M4
БетельгейзеBetelgeuseα Ori05h55m10s05^{\mathrm h}55^{\mathrm m}10^{\mathrm s}07∘24′25′′07^\circ24'25''0′′.0050''.0050m.5v0^{\mathrm m}.5^{\mathrm v}M1
ВегаVegaα Lyr18h36m56s18^{\mathrm h}36^{\mathrm m}56^{\mathrm s}38∘47′01′′38^\circ47'01''0′′.1290''.1290m.030^{\mathrm m}.03A0
ДенебDenebα Cyg20h41m26s20^{\mathrm h}41^{\mathrm m}26^{\mathrm s}45∘16′49′′45^\circ16'49''0′′.0020''.0021m.251^{\mathrm m}.25A2
КанопусCanopusα Car06h23m57s06^{\mathrm h}23^{\mathrm m}57^{\mathrm s}−52∘41′45′′-52^\circ41'45''0′′.0100''.010−0m.72-0^{\mathrm m}.72F0
КапеллаCapellaα Aur05h16m41s05^{\mathrm h}16^{\mathrm m}41^{\mathrm s}45∘59′53′′45^\circ59'53''0′′.0730''.0730m.080^{\mathrm m}.08G5+G0
ПолярнаяPolarisα UMi02h31m49s02^{\mathrm h}31^{\mathrm m}49^{\mathrm s}89∘15′51′′89^\circ15'51''0′′.00760''.00761m.97v1^{\mathrm m}.97^{\mathrm v}F7
ПроционProcyonα CMi07h39m18s07^{\mathrm h}39^{\mathrm m}18^{\mathrm s}05∘13′30′′05^\circ13'30''0′′.2880''.2880m.380^{\mathrm m}.38F5
РигельRigelβ Ori05h14m32s05^{\mathrm h}14^{\mathrm m}32^{\mathrm s}−08∘12′06′′-08^\circ12'06''0′′.0130''.0130m.120^{\mathrm m}.12B8
СириусSiriusα CMa06h45m09s06^{\mathrm h}45^{\mathrm m}09^{\mathrm s}−16∘42′58′′-16^\circ42'58''0′′.3750''.375−1m.46-1^{\mathrm m}.46A1
СпикаSpicaα Vir13h25m12s13^{\mathrm h}25^{\mathrm m}12^{\mathrm s}−11∘09′41′′-11^\circ09'41''0′′.0230''.0230m.980^{\mathrm m}.98B1
Альфа ЦентавраAlpha Centauriα Cen14h39m36s14^{\mathrm h}39^{\mathrm m}36^{\mathrm s}−60∘50′07′′-60^\circ50'07''0′′.7510''.751−0m.01-0^{\mathrm m}.01 ; 1m.331^{\mathrm m}.33G2 ; K12.0 M⊙2.0\ M_\odot
Бета ЦентавраBeta Centauriβ Cen14h03m49s14^{\mathrm h}03^{\mathrm m}49^{\mathrm s}−60∘22′23′′-60^\circ22'23''0′′.0090''.0090m.610^{\mathrm m}.61B121 M⊙21\ M_\odot
Эпсилон ЭриданаEpsilon Eridaniε Eri03h32m56s03^{\mathrm h}32^{\mathrm m}56^{\mathrm s}−09∘27′30′′-09^\circ27'30''0′′.3110''.3113m.743^{\mathrm m}.74K20.82 M⊙0.82\ M_\odot
Note for jury and team leaders

The proposed sketches are not full; the team leaders have to give more detailed explanations to students. But the correct solutions in the students’ papers (enough for 8 pts) may be shorter.

Basic criteria for examiners — Note

The given sketches are not full; the team leaders have to give more detailed explanations to students. But the correct solutions in the students’ papers (enough for 8 pts) may be shorter.

Условие

Astronomers have discovered a distant galaxy that in the Earth’s sky, at the first glance looks like ε Eridani, the same in colour, but 1000 times less in intensity. It appears, however, that this galaxy is composed only of stars similar to the Sun in physical characteristics. Find the number of stars in the galaxy.

Hertzsprung-Russell diagram

Решение

Теми и трудност

Трудност: неоценена.

Светлина и астрономически измервания · Звезди · Доплерово отместване и червено отместване · Диаграма на Херцшпрунг–Ръсел

Предпоставки: Разширена олимпиадна подготовка


Оригинал в Архива: betatheo.pdf · официални решения: theosol1.png · допълнителни данни: theosol2.png · допълнителни данни: theosol3.png · допълнителни данни: theosol4.png · допълнителни данни: theo_cr_1.png · допълнителни данни: theo_cr_2.png