МАО 2023, Теория, 10. клас — Задача 2
LXXVII Московская астрономическая олимпиада. Теоретический тур. 2023 г. 10 класс · 4 т.
Условие
На Кавказской горной обсерватории ГАИШ МГУ для мониторинга облачности установлен специальный прибор, который измеряет температуру разных участков неба и выводит на экран её распределение по небесной сфере. Облака имеют более высокую температуру, чем чистое небо, поэтому их легко увидеть в инфракрасном диапазоне: чем плотнее облака, тем ярче они в этом диапазоне длин волн. В один из дней в течение нескольких часов прибор демонстрировал распределение яркости схожее с кольцом, показанное на приложенном рисунке. Чёрное пятно внизу изображения между 0 и азимутами — купол телескопа. Объясните наблюдаемую картину.

Отговори
- Небо затянуто равномерным слоем полупрозрачного тумана (облачности): с ростом зенитного расстояния путь луча сквозь слой растёт, и ИК-излучение слоя набирается сильнее, что и даёт эффект кольца.
Решение
Решение. Распределение температуры облаков на рисунке может соответствовать либо распределению именно температуры плотных облаков (и тогда они должны быть расположены вокруг обсерватории по кольцу, что маловероятно, принимая во внимание, что такая картина наблюдалась несколько часов), либо распределению количества излучающей в ИК-диапазоне материи.
Под второй вариант подходит тот случай, когда небо над прибором затянуто равномерно — количество излучающего вещества будет набираться просто за счёт увеличения воздушной массы с увеличением зенитного расстояния. Плотные непрозрачные облака или туман не могут создать такую картину, поскольку в таком случае равномерно светилось бы всё небо.
Остаётся вариант с равномерным слоем полупрозрачного тумана: в околозенитной области он позволяет нам видеть холодное небо лишь, слегка «подогретое» излучением тумана. По мере роста зенитного расстояния увеличивающийся путь сквозь слой тумана приносит всё больше ИК-квантов света, которые и рождают эффект кольца.
Критерии проверки
Объяснение с указанием на то, что наблюдаемая картина может быть получена от полупрозрачного (в оптическом или ИК диапазонах длин волн) равномерного слоя облачности или тумана, оценивается от 0 до 4 баллов. При наличии дополнительных (к верному) объяснений оценка снижается в зависимости от степени некорректности дополнительных объяснений на 1–3 балла.
Некоторые варианты ответов и их оценивание:
- Эффект связан с ориентацией прибора — 0 баллов
- Кольцо из облаков, а в середине ясное небо — 0 баллов
- На горе лежит сплошное облако, но в центре оно «протыкается» горой — 1 балл
- Мы видим тёплый слой воздуха у поверхности — 1 балл
- Явно замечена связь, что луч света дольше взаимодействует со средой при увеличении зенитного расстояния, но дано неверное объяснение эффекта — 2 балла
Максимальная оценка за задачу 4 балла.
(А. М. Татарников)
Справочные данные
Данные о Солнце, Земле, Луне и Галактике
| Светимость Солнца | Вт |
| Видимая звёздная величина Солнца | |
| Абсолютная болометрическая звёздная величина Солнца | |
| Эффективная температура Солнца | К |
| Солнечная постоянная | Вт м |
| Тропический год | сут |
| Звёздные сутки | ч 56 мин 04 с |
| Наклон экватора к эклиптике | |
| Синодический месяц | сут |
| Видимая звёздная величина полной Луны | |
| Число звёзд в нашей Галактике | |
| Радиус диска нашей Галактики | кпк |
| Масса нашей Галактики (в массах Солнца) |
Астрономические и физические постоянные
| Гравитационная постоянная | м кг с |
| Скорость света в вакууме | м с |
| Постоянная Стефана-Больцмана | кг с К |
| Масса протона | кг |
| Астрономическая единица | 1 а.е. м |
| Парсек | 1 пк м |
Формулы приближенного вычисления (при )
Характеристики Солнца, планет и некоторых спутников
| Объект | Большая полуось, а.е. | Эксцентриситет | Орбитальный период | Масса, кг | Радиус, тыс. км | Осевой период |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Солнце | 697 | 25.38 сут | ||||
| Меркурий | 0.3871 | 0.2056 | 87.97 сут | 2.44 | 58.65 сут | |
| Венера | 0.7233 | 0.0068 | 224.70 сут | 6.05 | 243.02 сут | |
| Земля | 1 | 0.0167 | 365.26 сут | 6.37 | 23.93 ч | |
| Луна | 0.002 57 | 0.0549 | 27.322 сут | 1.74 | 27.32 сут | |
| Марс | 1.5237 | 0.0934 | 686.98 сут | 3.40 | 24.62 ч | |
| Юпитер | 5.2028 | 0.0483 | 11.862 лет | 71.5 | 9.92 ч | |
| Сатурн | 9.5388 | 0.0560 | 29.458 лет | 60.3 | 10.66 ч | |
| Уран | 19.1914 | 0.0461 | 84.01 лет | 25.6 | 17.24 ч | |
| Нептун | 30.0611 | 0.0097 | 164.79 лет | 24.7 | 16.11 ч |
Оригинал в Архива: mos_astro_2023_teor_10_prob.pdf · официални решения: mos_astro_2023_teor_10_ans.pdf