НОА 2010, IV кръг, Старша възраст — Задача 4. Небе в звезден куп
XIII Национална олимпиада по астрономия, IV кръг, 11 юли 2010 г., София, теоретичен тур, ученици старша възраст (до 18 г.) · 11 юли 2010 г.
Условие
4 задача. Небе в звезден куп. Общата звездна величина, характеризираща светенето на цялото видимо нощно небе заедно със звездите на Земята, е – . След като е изучил всички съзвездия на земното небе, астрономът Констанин Гундев отлита към странна планета в странен кълбовиден куп от обратната страна на Галактиката, тъй като само на такова място вече разучаването на звездите е достойна задача за него. Радиусът на звездния куп е 20 рс. Всички звезди в него имат абсолютна звездна величина . Купът съдържа 200 000 звезди, равномерно разпределени в целия му обем. Каква ще бъде общата звездна величина, характеризираща светенето на нощното небе на странната планета?
Отговори
Приносът на звездите извън купа (сумарно ) е около 16 пъти по-малък и се пренебрегва.
Решение
Решение:
Нека е осветеността, която една звезда с абсолютна звездна величина създава на разстояние 10 рс. Да пресметнем общата осветеност , която създават за наблюдател в центъра на звездния куп всички звезди, намиращи се в сферичен слой от купа с радиус r и малка дебелина r.
Тъй като дебелината е малка, приблизителният обем на този слой пресмятаме като произведение на площта на вътрешната страна на слоя и дебелината:

Да означим с общия брой звезди в звездния куп, а с R – неговия радиус. Обемът на целия куп ще бъде:
Броят звезди, съдържащи се в тънкия слой ще бъде:
Осветеността, която създава една звезда от слоя за наблюдател в центъра на звездния куп, ще бъде:
където r е в парсеци. Общата осветеност от всички звезди в слоя ще бъде:
Тук R и r също трябва да са в парсеци. Интересното в този резултат е, че както се оказва, общата осветеност от всички звезди в сферичния слой не зависи от неговия радиус r. Това означава, че ако разделим кълбовидния куп на множество такива концентрични слоеве със същата дебелина, но с различни радиуси, то звездите от всеки такъв слой ще имат еднакъв принос към общата осветеност, създавана в центъра на купа. Тъй като осветеността от даден слой е право пропорционална на дебелината му r, то общата осветеност от всички звезди в купа ще намерим, като сумираме приносите на всички слоеве:
Звездната величина m , която съответства на тази осветеност, пресмятаме по формулата на Погсън. Сравняваме я с абсолютната звездна величина на една звезда от купа ():
Има още един фактор, който създава фонова осветеност. Това са звездите от Галактиката, разположени извън купа. В условието се казва, че купът е от другата страна на Млечния път. Следователно можем да приемем, че там има същата концентрация на звезди, каквато и в околностите на Слънцето, т.е. че те дават същата сумарна звездна величина, равна на –. Това съответства на осветеност около 16 пъти по-малка отколкото от звездите в купа. Можем да смятаме, че приносът на звездите извън купа към общия блясък на небето няма да е съществен. Поради това заключаваме, че общата яркост на фона ще е около .
За да се получи по-точна оценка за реален звезден куп, трябва да се отчете, че звездите не са от една и съща абсолютна звездна величина и не са равномерно разпределени в целия обем на купа.
Оригинал в Архива: NOA4_2010_STproblems.pdf · официални решения: NOA4_2010_STsolutions.pdf