IAO 2016, Практически тур, Група α — Задача 6. Наблюдатель кометы

XXI Международная астрономическая олимпиада. Задачи практического тура. Группа α · 5 октомври 2016 г. · 12 т.

Об источниках

Русское условие напечатано с пометкой «Только для перевода». Отсутствующие в нём рисунки и таблица восстановлены из соответствующей английской версии того же задания. Официальное решение приведено на исходном английском языке; отдельного русского ключа в архиве нет. Английская языковая версия задачи сохраняется отдельно. Баллы для пунктов взяты из официального ключа.

Условие

В таблице 1 представлены эфемериды 20 наблюдений кометы P/2007 R2 (Гиббса), полученные через равные промежутки времени в 121 дней 18 часов (3 наблюдения в год). Угол наклона орбиты кометы составляет i=1,4339∘i = 1{,}4339^{\circ} и им можно пренебречь. Использованы следующие обозначения:

  • N – порядковый номер наблюдения.
  • Date (UT) – дата, а HR и MN – это время наблюдения (час, минуты) по всемирному времени.
  • R. A. (измеряется в часах, минутах и секундах) и DEC (градусах, минутах и секундах) – прямое восхождение и склонение центра кометы соответствено.
  • T-mag – примерная полная видимая звёздная величина кометы.
  • Delta – расстояние от наблюдателя до центра кометы в момент наблюдения в астрономических единицах (а.е.).
  • S-O-C (Sun-Observer-Comet) – угол Солнце-Наблюдатель-Комета в градусах, (видимая солнечная элонгация кометы, измеряемая с места наблюдения в диапазоне 0º – 180º).
  • Столбец «r'» – видимое положение кометы относительно Солнца на небе;
    /T означает что комета следует за Солнцем (восходит и заходит позже Солнца)
    /L означает что комета находится впереди Солнца (восходит и заходит раньше Солнца), как показано на Рис.1.

На рисунке 1 изображена орбита Земли вокруг Солнца, как она видна с северного полюса эклиптики. Направление орбитального движения Земли показано стрелкой.

С помощью этих данных:

6.1. Нарисуйте на мллиметровой бумаге орбиту кометы как её видно с северного полюса эклиптики. Обозначите точки (положения кометы) соответствующими номерами NN. Считайте, что Земля движется с постоянной орбитальной скоростью. [2 т.]

6.2. Вычислите величину большой полуоси её орбиты aa и эксцентриситета ee. [3 т.]

6.3. Оцените орбитальный период кометы TT, не исспользуя при этом никаких других данных (как, например, массу Солнца или III закон Кеплера). [1 т.]

6.4. Вычислите скорость кометы в перигелии vpv_p и афелии vav_a, не используя при этом никаких других данных (например, массу Солнца). [2 т.]

6.5. Вычислите массу Солнца MM. Гравитационной постоянная равна G=6.67⋅10−11 N⋅m2/kg2G = 6.67\cdot 10^{-11}\ \mathrm{N\cdot m^2/kg^2}. [2 т.]

6.6. Вычислите скорость кометы vv и скорость убегания (вторую космическую скорость) vev_e для положения N=7N = 7. [2 т.]

Таблица 1. Эфемериды кометы

Таблица и рисунок восстановлены из второй страницы английского оригинала practical_6a.pdf. Заголовки таблицы двуязычны в источнике.

Рис.1 из английской версии: Земля, Солнце, направления /T и /L
NDate (UT)HR:MNR. A.DECT-magDeltaS-O-C/r
12004-09-3000:0012 26 37.40-02 35 00.433.126.4850.271/T
22005-01-2918:0013 28 32.58-09 15 06.532.324.967105.966/L
32005-05-3112:0012 38 34.29-04 26 57.731.774.493120.555/T
42005-09-3006:0013 29 55.02-09 49 15.131.825.71517.327/T
52006-01-3000:0015 07 52.88-18 16 04.630.604.41980.257/L
62006-05-3118:0014 28 41.00-15 54 56.728.802.940149.891/T
72006-09-3012:0015 08 57.98-18 38 54.328.093.88442.866/T
82007-01-3006:0018 31 38.72-24 18 09.125.773.25232.669/L
92007-06-0100:0023 02 49.26-07 42 38.021.351.46486.189/L
102007-09-3018:0003 31 15.59+20 03 36.318.620.649131.671/L
112008-01-3012:0003 43 46.19+21 38 57.923.181.616108.756/T
122008-05-3106:0006 55 11.41+23 55 34.827.273.72432.564/T
132008-09-3000:0009 38 45.54+15 09 48.229.094.23445.116/L
142009-01-2918:0009 57 24.96+13 53 18.229.553.204163.127/L
152009-05-3112:0009 31 40.74+15 30 19.431.204.84570.213/T
162009-09-3006:0011 04 18.66+06 35 02.132.135.85422.454/L
172010-01-3000:0011 42 42.32+02 32 28.131.904.447134.801/L
182010-05-3118:0010 57 35.25+07 03 49.932.455.19692.885/T
192010-09-3012:0012 04 42.28-00 18 36.233.006.4075.875/L
202011-01-3006:0012 58 53.76-06 12 50.732.404.920113.868/L

Отговори

Решение

Справочный лист 2016: параметры орбит, тел и звёзд

Дополнительный справочный лист из архива того же года; в шапке напечатано «Theo». Ограничения на использование дополнительных данных в отдельных пунктах условия сохраняются.

BodyDistance (AU)Distance (10⁶ km)Period (tropical years)Period (days)EccentricityEquatorial diameter (km)Mass (10²⁴ kg)Density (g/cm³)Gravity (m/s²)Maximum magnitudeAlbedo
Sun1.6⋅1091.6\cdot10^92.5⋅10112.5\cdot10^{11}2.2⋅1082.2\cdot10^88⋅10108\cdot10^{10}139200019890001.409−26.8
Mercury0.38757.90.24187.9690.20648790.33025.433.70−2.20.06
Venus0.723108.20.615224.7010.007121044.86905.248.87−4.70.78
Earth1.000149.61.000365.2560.017127565.97425.5159.810.36
Moon0.002570.384400.074827.32170.05534750.07353.341.62−12.70.07
Mars1.524227.91.880686.9800.09367940.64193.943.71−2.00.15
Ceres2.774144.6016810.0779630.00092.160.276.70.09
Jupiter5.204778.611.8624332.590.0481429841899.81.3324.86−2.70.66
Saturn9.5841433.729.45810759.200.054120536568.500.7010.410.70.68
Uranus19.1912871.084.01530685.930.0465111886.6251.308.445.50.74
Neptune30.0714498.6164.77860187.640.00849532102.781.7611.207.80.58
Pluto39.4825906.4248.09906130.24923740.01301.860.6115.10.6
Makemake45.4365906.4306.281118670.16315020.0031.700.400.77
Eris67.668102105572035000.44123260.01672.520.680.90

For outer planets and Moon — in mean opposition. Blank cells are blank in the source.

Данные о некоторых звёздах / Data of some stars

NameDesignationRADECDistanceMagnitudeTemperatureMass
Солнце / Sun☉0h–24h−23°26′ to +23°26′1 au−26.745777 K1 M☉
Бетельгейзе / Betelgeuseα Ori05h55m10s07°24′25″197 pc0.53590 K11.6 M☉
Альфа Центавра / Alpha Centauri A; Bα Cen14h39m36s−60°50′07″1.33 pc−0.01; 1.335810 K; 5260 K1.11 M☉; 0.93 M☉

В таблице Makemake напечатано 45.436 au и 5906.4 млн км; оба исходных значения сохранены. Звёздная величина Солнца напечатана −26.8 в планетной таблице и −26.74 в таблице звёзд.

Справочный лист 2016: константы и формулы

Дополнительный справочный лист из архива того же года; в шапке напечатано «Theo». Ограничения на использование дополнительных данных в отдельных пунктах условия сохраняются.

Constant or formulaValue
Speed of light in vacuum c (m/s)299792458
Constant of gravitation G (N·m²/kg²)6.674⋅10−116.674\cdot10^{-11}
Solar constant A (W/m²)1367
Hubble parameter H₀ (km/s/Mpc), mean68
Hubble parameter, range50–100
Planck constant h (J·s)6.626⋅10−346.626\cdot10^{-34}
Charge of electron e (C)1.602⋅10−191.602\cdot10^{-19}
Mass of electron mₑ (kg)9.109⋅10−319.109\cdot10^{-31}
Proton-to-electron ratio1836.15
Faraday constant F (C/mol)96485
Magnetic constant μ₀ (H/m)1.257⋅10−61.257\cdot10^{-6}
Universal gas constant R (J/mol/K)8.314
Boltzmann constant k (J/K)1.381⋅10−231.381\cdot10^{-23}
Stefan–Boltzmann constant σ (W/m²/K⁴)5.670⋅10−85.670\cdot10^{-8}
Wien displacement constant b (m·K)0.002897
Laboratory wavelength Hα (Å)6562.81
Tropical year length T (days)365.242199
Sidereal year length T (days)365.25636
Anomalistic year length T (days)365.259636
Nodal period of lunar orbit (years)−18.6
Standard atmosphere (Pa)101325
Visible light extinction by terrestrial atmosphere in zenith (minimum)19%, 0.23 magnitudes
Height of homogeneous atmosphere (m)7991
Refractive index of water for 20°C n1.334
Moment of inertia of a solid ballI=25MR2I=\frac25MR^2
Moment of inertia of sphereI=23MR2I=\frac23MR^2
Volume of a ballV=43πR3V=\frac43\pi R^3
Area of sphereS=4πR2S=4\pi R^2
π3.14159265
e2.71828183
Golden ratio φ1.61803399

Оригинал в Архива: 6a_ru.pdf · официални решения: practical_6a-solution.pdf · допълнителни данни: practical_6a.pdf · допълнителни данни: data_1.png · допълнителни данни: data_2.png