Астрономия (с ответами). Всероссийская олимпиада школьников в Москве (2021-2009 год) - часть 8

 

  Главная      Книги - Разные     Астрономия (с ответами). Всероссийская олимпиада школьников в Москве (2021-2009 год)

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

   

 

   

 

содержание      ..     6      7      8      9     ..

 

 

 

Астрономия (с ответами). Всероссийская олимпиада школьников в Москве (2021-2009 год) - часть 8

 

 

 

6

звездную

 

величину

 

или

 

еще

 

проще

: «

звезда

 

С

 

дальше

 

от

 

звезды

 B, 

чем

 

от

 

звезды

 A. 

Соотношение

 

расстояний

 

соответствует

 

разнице

 

видимой

 

звездной

 

величины

 

на

 1

m

». 

 

Этап

 3 (3 

балла

).

 

Вывод

 

о

 

том

что

 

звезды

 A 

и

 B 

будут

 

выглядеть

 

из

 

окрестностей

 

звезды

 C 

равными

 

по

 

звездной

 

величине

.  

 

При

 

наличии

 

ошибок

 

в

 

решении

 

участника

 

этап

на

 

котором

 

делается

 

ошибка

не

 

засчитывается

.  

 

 
6. 

Условие

.

 12 

декабря

 2023 

года

 

произойдет

 

редкое

 

явление

 – 

покрытие

 

яркой

 

звезды

 

Бетельгейзе

  (

α

 

Ориона

α 

= 05

ч

55.2

м

δ 

= +7

°

24

астероидом

 

Леона

Перед

 

Вами

 

карта

 

видимости

 

этого

 

явления

на

 

которой

 

указана

 

полоса

 

видимости

  (

границы

 

соответствуют

 

внутренним

 

жирным

 

линиям

и

 

моменты

 

середины

 

покрытия

 

в

 

разных

 

пунктах

 

Земли

 

по

 

Всемирному

 

времени

 

в

 

минутах

 

после

  1

ч

Считая

 

орбиту

 

Леоны

 

круговой

оцените

 

ее

 

видимую

 

звездную

 

величину

 

в

 

момент

 

явления

Считать

 

сферическое

 

альбедо

 

Леоны

 

равным

 

0.05, 

а

 

Бетельгейзе

 – 

точечным

 

источником

 

на

 

небе

 

 

 

 
6. 

Решение

.

 

По

 

координатам

 

Бетельгейзе

 

и

 

дате

 

явления

 

мы

 

видим

что

 

в

 

это

 

время

 

звезда

 

и

 

астероид

 

будут

 

располагаться

 

практически

 

в

 

противостоянии

 

с

 

Солнцем

причем

 

недалеко

 

от

 

эклиптики

Это

 

значительно

 

упрощает

 

все

 

оценки

 

Так

 

как

 

Бетельгейзе

 

располагается

 

несравнимо

 

дальше

 

Леоны

скорость

 

области

 

покрытия

 

относительно

 

Земли

 

есть

 

просто

 

скорость

 

Леоны

 

относительно

 

Земли

Сравнив

 

перемещение

 

тени

 

Леоны

 

за

 

какое

-

то

 

время

 

с

 

диаметром

 

Земли

мы

 

определяем

 

эту

 

скорость

u

 = 10.8 

км

/c. 

Обратим

 

внимание

что

 

эта

 

скорость

 

значительно

 

больше

 

скорости

 

поверхности

 

Земли

 

за

 

счет

 

ее

 

осевого

 

вращения

поэтому

 

последнюю

 

мы

 

можем

 

не

 

принимать

 

в

 

расчет

Также

 

мы

 

пренебрежем

 

наклоном

 

скорости

 

Леоны

 

к

 

эклиптике

что

 

также

 

можно

 

делать

судя

 

по

 

карте

 

 

7

Солнце

Земля

Леона

v

0

a

0

a

v

 

 

Обратим

 

внимание

что

 

скорость

 

u

 

направлена

 

с

 

востока

 

на

 

запад

то

 

есть

 

противоположно

 

орбитальному

 

движению

 

Земли

Это

 

связано

 

с

 

тем

что

 

Леона

 

располагается

 

дальше

 

от

 

Солнца

и

 

ее

 

гелиоцентрическая

 

скорость

 

v

 

меньше

чем

 

у

 

Земли

 (

v

0

). 

Мы

 

можем

 

найти

 

эту

 

скорость

v

 = 

v

0

 – 

u

 = 19.0 

км

/

с

 

По

 

условию

 

задачи

мы

 

считаем

 

орбиту

 

Леоны

 

круговой

Тогда

 

для

 

скоростей

 

Леоны

 

и

 

Земли

 

справедливо

 

соотношение

: (

v

/

v

0

)

2

 = (

a

0

/

a

), 

где

 

a

 

и

 

a

0

 – 

радиусы

 

орбит

 

Леоны

 

и

 

Земли

Отсюда

 

мы

 

находим

 

расстояние

 

от

 

Солнца

 

до

 

Леоны

a

 = 2.5 

а

.

е

Учитывая

что

 

явление

 

на

 

небе

 

происходит

 

недалеко

 

от

 

эклиптики

мы

 

можем

 

считать

 

расстояние

 

от

 

Земли

 

до

 

Леоны

 

равным

 

a

 – 

a

0

 = 1.5 

а

.

е

Отметим

что

 

реальное

 

расстояние

 

Леоны

 

от

 

Солнца

 

в

 

момент

 

покрытия

 

будет

 

немного

 

больше

 – 2.8 

а

.

е

., 

причина

 

нашей

 

неточности

 

в

 

том

что

 

реальная

 

орбита

 

Леоны

 

вытянута

и

 

скорость

 

движения

 

в

 

этот

 

день

 

будет

 

больше

 

круговой

 

для

 

данного

 

расстояния

 

от

 

Солнца

 

Чтобы

 

определить

 

видимую

 

звездную

 

величину

 

Леоны

найдем

 

ее

 

диаметр

Он

 

равен

 

ширине

 

полосы

 

покрытия

которую

 

мы

 

можем

 

приближенно

 

оценить

 

по

 

карте

 

как

 100 

км

Если

 

радиус

 

Леоны

 

r

 

равен

 50 

км

а

 

сферическое

 

альбедо

 

A

 

равно

 0.05, 

то

 

мы

 

можем

 

определить

 

звездную

 

величину

 

Леоны

сравнив

 

ее

 

в

 

небе

 

Земли

 

с

 

Солнцем

 

 

.

13

)

(

4

lg

5

.

2

4

)

(

4

1

4

lg

5

.

2

2

0

2

2

2

0

0

2

0

0

2

0

2

2

0

0

+

=

=

a

a

a

Ar

a

m

a

J

a

a

r

A

a

J

m

m

π

π

π

π

 

 

Здесь

 

J

0

 – 

светимость

 

Солнца

Здесь

 

мы

 

фактически

 

предположили

что

 

Леона

 

отражает

 

солнечный

 

свет

 

в

 

равной

 

степени

 

во

 

всех

 

направлениях

что

 

конечно

 

не

 

вполне

 

соответствует

 

действительности

Подобная

 

оценка

 

была

 

бы

 

более

 

оправдана

 

для

 

фазы

 

около

 0.5, 

что

 

неосуществимо

 

для

 

внешних

 

астероидов

Мы

 

можем

 

уточнить

 

оценку

 

и

 

считать

что

 

Леона

 

отражает

 

свет

 

только

 

в

 

одну

 

полусферу

 (

тогда

 

мы

 

получим

 

звездную

 

величину

 

чуть

 

слабее

 

12

m

или

 

даже

 

в

 

четверть

 

сферы

что

 

является

 

хорошим

 

приближением

 

для

 

противостояния

 

(

результат

 

около

 11.5

m

). 

Такой

 

же

 

ответ

 

мы

 

получим

если

 

сравним

 

Леону

 

с

 

Луной

 (

радиус

 

R

альбедо

 

A

L

звездная

 

величина

 

m

L

), 

расположенной

 

на

 

расстоянии

 

a

0

 

от

 

Солнца

 

и

 

l

 

от

 

Земли

 

 

.

11

)

(

lg

5

.

2

2

0

2

2

2

2

2

0

+

=

a

a

R

a

l

r

a

A

A

m

m

L

L

 

 

Здесь

 

мы

 

считаем

что

 

Леона

как

 

и

 

Луна

особенно

 

хорошо

 

отражает

 

свет

 

в

 

обратном

 

направлении

что

 

справедливо

 

для

 

твердых

 

тел

 

без

 

атмосферы

 

с

 

пористой

 

поверхностью

это

 

и

 

является

 

причиной

 

большей

 

итоговой

 

яркости

Однако

в

 

реальности

 

блеск

 

Леоны

 

составит

 

примерно

 13-14

m

Дело

 

в

 

том

что

 

в

 

реальности

 

астероид

 

будет

 

дальше

 

от

 

Солнца

 

и

 

Земли

 

(

его

 

орбита

 

эллиптическая

), 

а

 

его

 

размер

 

несколько

 

меньше

при

 

расчете

 

ширины

 

видимости

 

явления

 

был

 

также

 

учтен

 

видимый

 

диаметр

 

Бетельгейзе

.  

 

 

8

6. 

Система

 

оценивания

.

 

Задание

 

имеет

 

практический

 

характер

все

 

параметры

определяемые

 

из

 

карты

могут

 

иметь

 

существенные

 

погрешности

В

 

отличие

 

от

 

других

 

заданий

данная

 

задача

 

оценивается

 

по

 10-

балльной

 

системе

 

Этап

 1 (3 

балла

):

 

определение

 

геоцентрической

 

скорости

 

Леоны

Допустимая

 

погрешность

 – 

0.5 

км

/

с

Участники

 

могут

 

учитывать

 

осевое

 

вращение

 

Земли

направленное

 

в

 

противоположную

 

сторону

что

 

уменьшит

 

итоговое

 

значение

 

скорости

 

на

 0.4 

км

/

с

.  

 

Этап

 2 (4 

балла

):

 

определение

 

расстояния

 

до

 

Леоны

С

 

учетом

 

погрешности

 

в

 

определении

 

скорости

расстояние

 

может

 

отличаться

 

от

 

найденного

 

выше

 

на

 0.2 

а

.

е

.  

 

Вариант

 

излишне

 

усложненного

 

выполнения

 

этапа

:

 

учет

 

того

что

 

Бетельгейзе

 

и

 

Леона

 

в

 

момент

 

покрытия

 

не

 

будут

 

точно

 

в

 

противостоянии

 

с

 

Солнцем

Бетельгейзе

 

вступает

 

в

 

противостояние

 

за

 

день

 

до

 

зимнего

 

солнцестояния

то

 

есть

 20 

декабря

Покрытие

 

происходит

 

на

 8 

дней

 

раньше

и

 

Бетельгейзе

 

с

 

Леоной

 

отстоят

 

от

 

противосолнечной

 

точки

 

по

 

долготе

 

на

 

λ

=8

°

Учет

 

этого

 

эффекта

 

достаточно

 

сложен

 

и

 

при

 

этом

 

не

 

требуется

 

для

 

решения

 

данной

  

задачи

 

по

 

оценке

 

звездной

 

величины

 

Леоны

так

 

как

 

в

 

реальности

 

он

 

увеличивает

 

значение

 

радиуса

 

орбиты

 

Леоны

 

всего

 

на

 0.04 

а

.

е

., 

эффект

 

значительно

 

меньше

 

допустимой

 

погрешности

Подобное

 

решение

 

засчитывается

 

при

 

условии

 

правильного

 

выполнения

 – 

ответ

 

не

 

должен

 

выходить

 

за

 

рамки

 

допустимой

 

погрешности

.  

 

Вариант

 

излишне

 

усложненного

 

выполнения

 

этапа

:

 

попытка

 

учесть

 

наклон

 

скорости

 

движения

 

Леоны

 

к

 

плоскости

 

эклиптики

 

γ

По

 

рисунку

 

мы

 

можем

 

определить

 

угол

 

между

 

геоцентрической

 

скоростью

 

Леоны

 

и

 

экватором

 

Земли

 (8

°

). 

Если

 

считать

что

 

прямое

 

восхождение

 

Бетельгейзе

 

близко

 

к

  6

ч

то

 

угол

 

между

 

геоцентрической

 

скоростью

 

Леоны

 

и

 

эклиптикой

 

будет

 

таким

 

же

 – 8

°

в

 

реальности

 

он

 

мало

 

отличается

 

от

 

этого

 

значения

: 7.5

°

Гелиоцентрическая

 

скорость

 

Леоны

 

в

 

этом

 

случае

 

определяется

 

из

 

треугольника

 

скоростей

 

v

0

v

u

γ

 

 

v

2

 = (

v

0

 – 

u

cos

γ

)

2

 + (

u

sin

γ

)

2

 = 

v

0

2

 + 

u

2

 – 2

v

0

u

cos

γ

;    

v

 = 19.2 

км

/c. 

 

Тот

 

же

 

результат

 

можно

 

получить

 

из

 

теоремы

 

косинусов

Радиус

 

орбиты

 

Леоны

 

a

 

при

 

этом

 

получается

 

равным

 2.4 

а

.

е

Таким

 

образом

учет

 

наклона

 

орбиты

 

не

 

выводит

 

ответ

 

за

 

рамки

 

указанных

 

выше

 

погрешностей

 

и

вообще

 

говоря

для

 

решения

 

данной

 

задачи

 

также

 

не

 

нужен

 

Аналогичная

 

ситуация

 

имеет

 

место

если

 

далее

 

при

 

вычислении

 

расстояния

 

от

 

Земли

 

до

 

Леоны

 

участник

 

принимает

 

во

 

внимание

 

удаление

 

Бетельгейзе

 

на

 

небе

 

от

 

эклиптики

 

на

 

β

=16

°

Записывая

 

аналогичное

 

соотношение

мы

 

получаем

 

расстояние

 

от

 

Земли

 

до

 

Леоны

 

d

2

 = 

a

0

2

 + 

a

2

 – 2

a

0

a

cos

β

;    

d

 = 1.5 

а

.

е

 

Изменение

 

расстояния

 

составляет

 

менее

 0.1 

а

.

е

., 

более

 

того

 – 

при

 

учете

 

трех

 

описанных

 

выше

 

уточнений

 

они

 

частично

 

компенсируют

 

друг

 

друга

и

 

расстояние

 

от

 

Земли

 

до

 

Леоны

 

вновь

 

оказывается

 

около

 1.5 

а

.

е

Решение

 

с

 

одним

 

или

 

несколькими

 

уточнениями

 

оценивается

 

полностью

если

 

выполняется

 

верно

и

 

ответы

 

оказываются

 

в

 

рамках

 

допустимых

 

погрешностей

 

 

9

Вероятная

 

ошибка

 

при

 

выполнении

 

этапа

:

 

участник

 

путает

 

геоцентрическую

 

и

 

гелиоцентрическую

 

скорость

 

Леоны

полагая

 

последнюю

 

равной

 

около

 11 

км

/

с

 

и

 

расстояние

 

Леоны

 

от

 

Солнца

 7±1 

а

.

е

В

 

этом

 

случае

 

за

 

этап

 

выставляется

 

максимум

 1 

балл

если

 

есть

 

иные

 

математические

 

ошибки

 – 0 

баллов

Последующий

 

этап

 

оценивается

 

исходя

 

из

 

правильности

 

его

 

выполнения

 

с

 

учетом

 

полученного

 

расстояния

 

до

 

Леоны

 

Вероятная

 

ошибка

 

при

 

выполнении

 

этапа

:

 

неверное

 

направление

 

геоцентрической

 

скорости

 

Леоны

в

 

результате

 

гелиоцентрическая

 

скорость

 

получается

 

ее

 

сложением

а

 

не

 

вычитанием

 

из

 

гелиоцентрической

 

скорости

 

Солнца

Итог

 

составляет

 40.6 

км

/

с

что

 

невозможно

 

для

 

тела

 

на

 

круговой

 

орбите

превосходящей

 

по

 

радиусу

 

орбиту

 

Земли

За

 

данный

 

этап

 

выставляется

 

балл

при

 

этом

 

не

 

оценивается

 

следующий

 

этап

так

 

как

 

его

 

выполнение

 

становится

 

абсурдным

 

Этап

 3 (3 

балла

).

 

Вычисление

 

видимой

 

звездной

 

величины

 

Леоны

Участник

 

может

 

сравнивать

 

Леону

 

с

 

Солнцем

Луной

 

или

 

любой

 

внешней

 

планетой

 

Солнечной

 

системы

 

в

 

противостоянии

каждый

 

подход

 

трактуется

 

как

 

верный

Это

 

может

 

вносить

 

существенную

 

разницу

 

в

 

итоговый

 

ответ

так

 

как

 

фактически

 

при

 

этом

 

предполагается

 

разный

 

характер

 

неравномерности

 

распределения

 

отраженного

 

света

Правильный

 

ответ

 

зависит

 

от

 

методики

 

решения

  (

сравнения

 

с

 

Луной

с

 

Солнцем

 

или

 

иными

 

источниками

предположение

 

о

 

характере

 

отражения

 

света

), 

то

 

есть

 

один

 

и

 

тот

 

же

 

численный

 

ответ

 

участника

 

может

 

трактоваться

 

как

 

правильный

 

или

 

нет

 

в

 

зависимости

 

от

 

подхода

а

 

также

 

от

 

величин

полученных

 

на

 

предыдущих

 

этапах

Отклонение

 

ответа

 

участника

 

относительно

 

приведенных

 

выше

 

значений

 

за

 

счет

 

погрешностей

 

на

 

первых

 

этапах

 

решения

 

может

 

достигать

 2

m

.  

 
 

10 

класс

 

 

1. 

Условие

.

 

Пункты

 A 

и

 B 

находятся

 

на

 

широте

 +60

°

 

в

 

одном

 

часовом

 

поясе

Некоторая

 

далекая

 

звезда

расположенная

 

на

 

небесном

 

экваторе

в

 

один

 

день

 

взошла

 

над

 

горизонтом

 

в

 

пункте

 A 

в

 06

ч

00

м

 

по

 

поясному

 

времени

Она

 

же

 

зашла

 

за

 

горизонт

 

в

 

этот

 

день

 

в

 

пункте

 B 

в

 

17

ч

55

м

 

по

 

времени

 

того

 

же

 

пояса

Найдите

 

расстояние

 

между

 

пунктами

 A 

и

 B 

по

 

поверхности

 

Земли

Рельефом

 

Земли

 

пренебречь

 

1. 

Решение

.

 

По

 

условию

 

задачи

звезда

 

находится

 

на

 

небесном

 

экваторе

Если

 

бы

 

не

 

эффект

 

атмосферной

 

рефракции

то

 

в

 

любой

 

точке

 

Земли

кроме

 

полюсов

звезда

 

находилась

 

бы

 

над

 

горизонтом

 

ровно

 

половину

 

звездных

 

суток

то

 

есть

 11 

часов

 

и

 58 

минут

а

 

потом

 

такое

 

же

 

время

 

располагалась

 

под

 

горизонтом

Однако

рефракция

 

несколько

 

увеличивает

 

период

 

нахождения

 

звезды

 

над

 

горизонтом

Если

 

мы

 

обозначим

 

угловую

 

величину

 

рефракции

 

у

 

горизонта

 

через

 

ρ

то

 

восход

 

звезды

 

на

 

10

 

Если

 

принять

 

рефракцию

 

на

 

уровне

 

моря

 

равной

 34

то

 

во

 

временном

 

выражении

 

величина

 

τ

 

составляет

 4.5 

звездных

 

минут

Мы

 

можем

 

считать

 

ее

 

равной

 4.5 

солнечным

 

или

 

поясным

 

минутам

разница

 

будет

 

несущественна

 

для

 

данной

 

задачи

Такой

 

же

 

интервал

 

времени

 

добавляется

 

на

 

заходе

 

звезды

 

за

 

горизонт

В

 

итоге

время

 

от

 

восхода

 

до

 

захода

 

звезды

 

в

 

одном

 

пункте

 

на

 

широте

 60 

увеличивается

 

на

 9 

минут

 

и

 

достигает

 12

ч

07

м

.  

 

Если

 

звезда

 

на

 

небесном

 

экваторе

 

взошла

 

в

 

пункте

 

А

 

в

 06

ч

00

м

то

 

она

 

зайдет

 

в

 

этом

 

пункте

 

в

 

18

ч

07

м

В

 

другом

 

пункте

 B 

она

 

зашла

 

в

 17

ч

55

м

то

 

есть

 

на

 12 

минут

 

раньше

Вновь

 

пренебрегая

 

разницей

 

хода

 

звездного

 

и

 

поясного

 

времени

 

на

 

столь

 

малом

 

интервале

мы

 

получаем

что

 

пункт

 B 

должен

 

располагаться

 

на

 12 

минут

 

или

 

на

 3

°

 

восточней

 

пункта

 

А

Это

 

не

 

столь

 

большая

 

разница

 

долгот

 

Δλ

Выражая

 

ее

 

в

 

радианах

мы

 

можем

 

определить

 

расстояние

 

между

 

пунктами

 

по

 

простой

 

формуле

 

R

 cos 

ϕ

 

Δλ

 = 167 

км

 

Здесь

 

R

 – 

радиус

 

Земли

 

1. 

Система

 

оценивания

.

 

Итоговая

 

оценка

 

за

 

решение

 

задачи

 

определяется

 

правильным

 

учетом

 

всех

 

необходимых

 

факторов

влияющих

 

на

 

время

 

восхода

/

захода

 

звезды

Если

 

тот

 

или

 

иной

 

фактор

 

опускается

соответствующее

 

число

 

баллов

 

участнику

 

не

 

выставляется

но

 

все

 

оставшееся

 

решение

если

 

оно

 

выполнено

 

верно

 

с

 

уже

 

иным

 

ответом

оценивается

 

полностью

Если

 

тот

 

или

 

иной

 

фактор

 

учтен

 

неточно

  (

с

 

ошибкой

 

не

 

более

 

чем

 

в

 2 

раза

),  

соответствующий

 

этап

 

задания

 

засчитывается

 

частично

вновь

 

без

 

влияния

 

на

 

другие

 

этапы

 

при

 

условии

 

их

 

правильного

 

выполнения

Дополнительное

 

понижение

  (

в

 2 

раза

всей

 

итоговой

 

оценки

 

производится

если

 

участник

 

получил

 

заведомо

 

абсурдное

 

большое

 

расстояние

 

между

 

пунктами

 A 

и

 B, 

несовместимое

 

с

 

их

 

расположением

 

в

 

одном

 

часовом

 

поясе

 (

более

 15

°

 

по

 

долготе

 

или

 

более

 800 

км

 

по

 

расстоянию

).  

 

Фактор

 1 (2 

балла

).

 

Отличие

 

звездных

 

суток

 

от

 

солнечных

Если

 

его

 

не

 

учитывать

но

 

не

 

делать

 

иных

 

ошибок

то

 

звезда

 

находилась

 

бы

 

над

 

горизонтом

 

на

 2 

минуты

 

дольше

 – 12

ч

09

м

Соответственно

разница

 

долгот

 

пунктов

 A 

и

 B 

составила

 

бы

 14 

минут

 

или

 3.5

°

расстояние

 

между

 

ними

 – 195 

км

.  

 

Фактор

 2 (3 

балла

).

 

Учет

 

атмосферной

 

рефракции

Если

 

его

 

не

 

производить

то

 

время

 

нахождения

 

звезды

 

над

 

горизонтом

 

составит

 11

ч

58

м

разница

 

долгот

 

пунктов

 A 

и

 B – 3

м

 

или

 

0.75

°

расстояние

 

составит

 40 

км

Участник

 

может

 

брать

 

несколько

 

иные

 

значения

 

рефракции

приводящие

 

к

 

сдвигу

 

времени

 

восхода

/

захода

 

звезды

 

от

 4 

до

 5 

минут

Это

 

меняет

 

разницу

 

долгот

 

пунктов

 A 

и

 B 

на

 

±

минуту

что

 

соответствует

 

изменению

 

расстояния

 

на

 13-

14 

км

не

 

влияя

 

на

 

оценку

.  

 

Возможная

 

ошибка

 

при

 

учете

 

фактора

:

 

опускание

 

множителя

 2 

при

 

вычислении

 

увеличения

 

времени

 

наблюдения

 

звезды

 

за

 

счет

 

рефракции

 

из

-

за

 a) 

учета

 

широты

 

места

б

учета

 

как

 

восхода

так

 

и

 

захода

 

звезды

В

 

таком

 

случае

 

время

 

нахождения

 

звезды

 

над

 

горизонтом

 

уменьшается

 

до

 12

ч

02

м

-12

ч

03

м

разница

 

долгот

 – 7-8 

минут

расстояние

 – 100-

110 

км

В

 

этом

 

случае

 

за

 

учет

 

фактора

 2 

ставится

 1 

балл

Если

 

делаются

 

обе

 

ошибки

и

 

фактор

 

рефракции

 

занижается

 

в

 4 

раза

 – 

этап

 

не

 

засчитывается

 

Фактор

 3 (2 

балла

).

 

Учет

 

уменьшения

 

длины

 

параллели

 

на

 

Земле

 

при

 

удалении

 

от

 

экватора

Если

 

его

 

опустить

то

 

расстояние

 

между

 

пунктами

 A 

и

 B 

увеличивается

 

в

 2 

раза

 

до

 330 

км

.  

 

 

11

Фактор

 4 (1 

балл

). 

Вычисление

 

окончательного

 

расстояния

Ошибки

сделанные

 

на

 

предыдущих

 

этапах

не

 

влияют

 

на

 

оценивание

 

финального

 

этапа

если

 

в

 

итоге

 

не

 

получается

 

абсурдная

 

величина

 (

см

выше

). 

 

 
2. 

Условие

.

 30 

октября

 2021 

года

 

планета

 

Венера

 

оказалась

 

в

 

наибольшей

 

восточной

 

элонгации

 

в

 

небе

 

Земли

а

 

сама

 

Земля

 – 

в

 

наибольшей

 

западной

 

элонгации

 

в

 

небе

 

Сатурна

Какая

 

из

 

планет

 – 

Венера

 

или

 

Сатурн

 – 

после

 

этого

 

раньше

 

вступит

 

в

 

соединение

 (

любое

с

 

Солнцем

 

в

 

небе

 

Земли

 

и

 

на

 

сколько

 

времени

Орбиты

 

всех

 

планет

 

считать

 

круговыми

 

и

 

лежащими

 

в

 

одной

 

плоскости

.  

 

2. 

Решение

.

 

Изобразим

 

положение

 

всех

 

трех

 

планет

 

на

 

своих

 

орбитах

 

в

 

указанный

 

день

 

γ

Сатурн

r

1

β

1

β

2

r

2

r

0

 

 

Коль

 

скоро

 

Земля

 

оказалась

 

в

 

наибольшей

 

западной

 

элонгации

 

при

 

наблюдении

 

с

 

Сатурна

угол

  «

Солнце

 – 

Земля

 – 

Сатурн

» 

составляет

 90°, 

то

 

есть

 

Сатурн

 

при

 

наблюдении

 

с

 

Земли

 

находится

 

в

 

квадратуре

причем

 

в

 

восточной

Венера

 

при

 

наблюдении

 

с

 

Земли

 

также

 

располагается

 

к

 

востоку

 

от

 

Солнца

Угол

 «

Солнце

 – 

Венера

 – 

Земля

» 

также

 

равен

 90°. 

Венера

 

отстает

 

от

 

Земли

 

в

 

своем

 

орбитальном

 

движении

 

на

 

угол

 

 

β

1

 = arccos (

r

1

/

r

0

) = 43.7°. 

 

Здесь

 

r

0

 

и

 

r

1

 – 

радиусы

 

орбит

 

Земли

 

и

 

Венеры

Постепенно

 

Венера

как

 

внутренняя

 

планета

будет

 

догонять

 

Землю

и

 

этот

 

угол

 

будет

 

уменьшаться

Если

 

перейти

 

в

 

систему

 

отсчета

связанную

 

с

 

направлением

 «

Солнце

-

Земля

», 

то

 

Венера

 

будет

 

совершать

 

в

 

ней

 

полный

 

круг

 

с

 

синодическим

 

периодом

 

S

1

 = 583.9 

сут

Таким

 

образом

время

 

до

 

ближайшего

 

нижнего

 

соединения

 

Венеры

 

с

 

Солнцем

 

равно

 

 

T

1

 = 

S

1

 

β

1

 / 360° = 71 

сут

 

В

 

случае

 

Сатурна

 

ситуация

 

несколько

 

иная

 – 

Земля

 

уже

 

опережает

 

его

 

в

 

своем

 

движении

 

по

 

орбите

 

и

 

продолжает

 

удаляться

Соединение

 

Сатурна

 

и

 

Солнца

 

в

 

небе

 

Земли

 

наступит

когда

 

Земля

 

и

 

Сатурн

 

окажутся

 

с

 

разных

 

сторон

 

от

 

Солнца

Для

 

этого

 

разность

 

их

 

долгот

 

должна

 

возрасти

 

на

 

угол

 

β

2

 = 180° – arccos (

r

0

/

r

2

) = 96.0°. 

 

Здесь

 

r

2

 – 

радиус

 

орбиты

 

Сатурна

Обозначив

 

синодический

 

период

 

Сатурна

 (378.1 

суток

через

 

S

2

найдем

 

время

оставшееся

 

до

 

его

 

соединения

 

с

 

Солнцем

 

T

2

 = 

S

2

 

β

2

 / 360° = 101 

сут

 

12

 

В

 

итоге

нижнее

 

соединение

 

Венеры

 

произойдет

 

на

 30 

дней

 

раньше

 

соединения

 

Сатурна

В

 

реальности

нижнее

 

соединение

 

Венеры

 

действительно

 

наступает

 9 

января

 2022 

года

через

 

71 

дней

 

после

 

ситуации

описанной

 

в

 

условии

 

задачи

а

 

соединение

 

Сатурна

 – 4 

февраля

через

 97 

дней

Различие

 

связано

 

с

 

эллиптичностью

 

орбит

 

планет

 

2. 

Система

 

оценивания

этап

 (2 

балла

):

 

Правильное

 

текстовое

 

или

 

графическое

 

описание

 

взаимной

 

конфигурации

 

Земли

 

и

 

Венеры

 (1 

балл

и

 

Земли

 

и

 

Сатурна

 (1 

балл

).  

 

этап

 (4 

балла

):

 

Определение

 

величин

на

 

которые

 

должны

 

измениться

 

разности

 

долгот

 

Венеры

 

и

 

Земли

 (2 

балла

и

 

Земли

 

и

 

Сатурна

 (2 

балла

), 

чтобы

 

наступили

 

соединения

в

 

численном

 

или

 

аналитическом

 

виде

Требуемая

 

точность

 – 1°.  

 

Вероятная

 

ошибка

 

участника

:

 

неверная

 

интерпретация

 

понятия

 

соединения

что

 

может

 

изменить

 

искомые

 

величины

 

на

 180°: 

поиск

 

момента

 

верхнего

 

соединения

 

Венеры

 

либо

 

противостояния

 

Сатурна

В

 

этом

 

случае

 

не

 

засчитывается

 

часть

 

этапа

соответствующая

 

данной

 

планете

и

 

следующий

 

этап

.  

 

Вероятная

 

ошибка

 

участника

:

 

вместо

 

угла

 

β

2

 

находится

 

его

 

дополнение

 

до

 180° (84°), 

что

 

приближает

 

соединение

 

Сатурна

 

на

 13 

дней

В

 

этом

 

случае

 

не

 

засчитывается

 

часть

 

данного

 

этапа

связанная

 

с

 

Сатурном

последующий

 

этап

 

засчитывается

 

наполовину

 

этап

 (2 

балла

):

 

определение

 

разницы

 

времен

 

до

 

ближайших

 

соединений

 

Венеры

 

и

 

Сатурна

 

с

 

Солнцем

Этап

 

проще

 

всего

 

выполнить

используя

 

величины

 

синодических

 

периодов

 

обеих

 

планет

приведенные

 

в

 

справочных

 

данных

можно

 

также

 

производить

 

вычисления

 

через

 

орбитальные

 

периоды

Требуемая

 

точность

 – 1 

сутки

при

 

правильной

 

очередности

 

(

соединение

 

Венеры

 

происходит

 

раньше

). 

 

 
3. 

Условие

.

 

Двойная

 

система

 

состоит

 

из

 

одинаковых

 

звезд

идентичных

 

Солнцу

 

и

 

обращающихся

 

по

 

круговым

 

орбитам

 

на

 

расстоянии

 1 

а

.

е

друг

 

от

 

друга

В

 

результате

 

близкого

 

пролета

 

еще

 

одной

 

такой

 

же

 

звезды

 

система

 

распалась

все

 

три

 

звезды

 

навсегда

 

покинули

 

окрестности

 

друг

 

друга

Определите

 

минимальную

 

скорость

 

третьей

 

звезды

 

относительно

 

центра

 

двойной

 

системы

 

до

 

сближения

.  

 

3. 

Решение

Обозначим

 

массы

 

каждой

 

звезды

 

как

 

M

расстояние

 

между

 

ними

 – 

a

Каждая

 

из

 

них

 

движется

 

по

 

окружности

 

радиусом

 

a

/2 

со

 

скоростью

 

v

0

для

 

которой

 

справедливо

 

соотношение

 

.

2

;

2

0

2

0

2

2

a

GM

v

a

M v

 

a

GM

=

=

 

 

Полная

 

энергия

 

двойной

 

системы

 

равна

 

 

 

.

2

2

2

2

2

2

0

0

a

GM

a

GM

M v

 

E

=

=

 

 

Третья

 

звезда

 

до

 

сближения

 

не

 

взаимодействует

 

с

 

двойной

 

системой

 

и

 

имеет

 

скорость

 

v

Тем

 

самым

энергия

 

системы

 

из

 

трех

 

звезд

 

в

 

системе

 

отсчета

связанной

 

с

 

положением

 

центра

 

масс

 

двойной

 

системы

 

до

 

сближения

 

с

 

третьей

 

звездой

есть

 

 

 

13

.

2

2

2

2

a

GM

M v

 

E

=

 

 

Нас

 

интересует

 

минимальное

 

значение

 

скорости

 

v

при

 

котором

 

система

 

распадется

то

 

есть

 

у

 

звезд

 

не

 

останется

 

потенциальной

 

энергии

 

взаимодействия

 

друг

 

с

 

другом

Однако

в

 

данной

 

системе

 

отсчета

 

полная

 

кинетическая

 

энергия

 

движения

 

трех

 

звезд

 

не

 

может

 

обратиться

 

в

 

ноль

так

 

как

 

ее

 

центр

 

масс

 

системы

 

из

 

всех

 

трех

 

звезд

 

движется

 

со

 

скоростью

 

v

/3, 

и

 

эта

 

скорость

 

не

 

может

 

измениться

 

в

 

результате

 

взаимодействия

Наименьшая

 

кинетическая

 

энергия

 

системы

 

после

 

взаимодействия

 

будет

 

в

 

том

 

случае

если

 

все

 

звезды

 

на

 

большом

 

расстоянии

 

друг

 

от

 

друга

 

будут

 

иметь

 

скорость

 

v

/3. 

Тогда

 

мы

 

можем

 

записать

 

закон

 

сохранения

 

полной

 

энергии

 

 

.

6

2

)

3

/

(

3

2

2

2

2

2

2

M v

 

v

M

a

GM

M v

 

=

=

 

 

Отсюда

 

мы

 

получаем

 

выражение

 

для

 

минимальной

 

скорости

 

третьей

 

звезды

 

до

 

взаимодействия

 

.

/

5

.

36

3

2

3

0

c

км

v

a

GM

v

=

=

=

 

 

Вероятные

 

потери

 

энергии

 

при

 

взаимодействии

 

звезд

 

могут

 

привести

 

только

 

к

 

увеличению

 

требуемой

 

для

 

распада

 

системы

 

скорости

 

звезды

поэтому

 

полученное

 

значение

 

действительно

 

является

 

минимальным

 

3. 

Система

 

оценивания

При

 

проверке

 

необходимо

 

учитывать

что

 

решение

 

может

 

вестись

 

как

 

в

 

системе

 

отсчета

связанной

 

с

 

центром

 

масс

 

двойной

 

системы

 

до

 

взаимодействия

как

 

сделано

 

выше

так

 

и

 

в

 

системе

 

отсчета

связанной

 

с

 

общим

 

центром

 

масс

 

всех

 

звезд

оба

 

подхода

 

в

 

равной

 

степени

 

обоснованы

 

этап

 (2 

балла

).

 

Выражение

 

для

 

полной

 

энергии

 

системы

 

до

 

взаимодействия

Предложенный

 

выше

 

ход

 

решения

 

наиболее

 

полный

участники

 

олимпиады

 

вправе

 

сразу

 

написать

что

 

полная

 

энергия

 

системы

 

из

 

двух

 

звезд

 

есть

 –

GM

2

/2

a

как

 

общеизвестный

 

факт

.  

 

этап

 (4 

балла

).

 

Выражение

 

для

 

минимальной

 

полной

 

энергии

 

системы

 

после

 

взаимодействия

.  

Вероятная

 

ошибка

 

участника

:

 

решение

 

ведется

 

в

 

системе

 

отсчета

связанной

 

с

 

изначальным

 

центром

 

двойной

 

системы

а

 

минимальная

 

полная

 

энергия

 

после

 

взаимодействия

 

считается

 

равным

 

нулю

что

 

противоречит

 

закону

 

сохранения

 

импульса

Это

 

приводит

 

к

 

ответу

 

без

 

коэффициента

 3/2 

под

 

знаком

 

корня

 

и

 

численному

 

значению

 29.8 

км

/

с

В

 

этом

 

случае

 

второй

 

этап

 

решения

 

не

 

засчитывается

 

полностью

 (0 

баллов

), 

третий

 

этап

 

оценивается

исходя

 

из

 

правильности

 

его

 

выполнения

 (

максимум

 

за

 

решение

 – 4 

балла

). 

 

этап

 (2 

балла

).

 

Вычисление

 

минимальной

 

скорости

 

звезды

 

14

4. 

Решение

.

 

Амплитуда

 

параллактического

 

смещения

 

звезды

 

при

 

наблюдении

 

с

 

планеты

 

составляет

 

p

 = 206265

 

r

/

L

 = 

r

 (a.e.) / 

L

 (

пк

), 

 

где

 

r

 – 

радиус

 

орбиты

 

планеты

L

 – 

расстояние

 

до

 

звезды

Амплитуда

 

аберрационного

 

смещения

 

есть

 

a

 = 206265

 

v

/

c

 = 206265

 (

r/r

0

–1/2

 

v

0

/

c

 = 20.5

/ (

(a.e.))

1/2

 

Здесь

 

r

0

 – 

радиус

 

орбиты

 

Земли

v

0

 – 

орбитальная

 

скорость

 

Земли

 (29.8 

км

/

с

). 

По

 

условию

 

задачи

амплитуды

 

одинаковы

а

 

расстояние

 

до

 

звезды

 

составляет

 10 

пк

Опуская

 

обозначения

 

единиц

 

измерения

получаем

 

выражение

 

для

 

радиуса

 

орбиты

 

r

 / 10 = 20.5 / 

r

1/2

;   

r

 = 205 

2/3

 = 34.8 

а

.

е

 

Очевидно

обсерватория

 

располагается

 

на

 

транснептуновом

 

теле

Период

 

его

 

обращения

 

легко

 

определить

так

 

как

 

при

 

выражении

 

в

 

годах

 

он

 

равен

 

T

 = 

r

3/2

 = 205 – 

величине

которая

 

была

 

определена

 

по

 

ходу

 

выкладок

 

в

 

предыдущей

 

формуле

 

4. 

Система

 

оценивания

.  

этап

 (2 

балла

).

 

Правильная

 

связь

 

амплитуды

 

параллактического

 

смещения

 

и

 

радиуса

 

орбиты

 

обсерватории

Если

 

участник

 

делает

 

ошибку

приводящую

 

к

 

появлению

 

численного

 

коэффициента

но

 

не

 

меняющую

 

характер

 

зависимости

 

p

~

– 

этап

 

не

 

засчитывается

но

 

все

 

остальные

при

 

условии

 

их

 

правильного

 

выполнения

оцениваются

 

в

 

полной

 

мере

Если

 

ошибка

 

приводит

 

к

 

изменению

 

самого

 

характера

 

зависимости

 – 

этап

 

не

 

засчитывается

этап

 2 

оценивается

 

исходя

 

из

 

правильности

 

его

 

выполнения

этапы

 3 

и

 4 

засчитываются

 

не

 

более

 

чем

 

наполовину

 

этап

 (2 

балла

).

 

Правильная

 

связь

 

амплитуды

 

аберрационного

 

смещения

 

и

 

радиуса

 

орбиты

 

обсерватории

Участник

 

может

 

не

 

представлять

 

выкладок

а

 

сразу

 

написать

 

аберрационное

 

смещение

 

на

 

орбите

 

Земли

 

как

 

известное

 (20

 

или

 20.5

Если

 

участник

 

делает

 

ошибку

приводящую

 

к

 

появлению

 

численного

 

коэффициента

но

 

не

 

меняющую

 

характер

 

зависимости

 

a

~

r

–1/2

 

– 

этап

 

не

 

засчитывается

но

 

все

 

остальные

при

 

условии

 

их

 

правильного

 

выполнения

оцениваются

 

в

 

полной

 

мере

Если

 

ошибка

 

приводит

 

к

 

изменению

 

самого

 

характера

 

зависимости

 – 

этап

 

не

 

засчитывается

этап

 1 

оценивается

 

исходя

 

из

 

правильности

 

его

 

выполнения

этапы

 3 

и

 4 

засчитываются

 

не

 

более

 

чем

 

наполовину

 

этап

 (2 

балла

).

 

Формулировка

 

выражения

 

либо

 

численное

 

определение

 

радиуса

 

орбиты

 

тела

на

 

котором

 

установлена

 

обсерватория

При

 

численном

 

исполнении

 

допустимая

 

погрешность

 

составляет

 0.5 

а

.

е

.  

 

этап

 (2 

балла

). 

Вычисление

 

орбитального

 

периода

 

карликовой

 

планеты

Допустимая

 

погрешность

 – 5 

лет

  (

в

 

частности

значение

 

ровно

 

в

 200 

лет

 

получится

если

 

использовать

 

величину

 

аберрации

 

на

 

орбите

 

Земли

 

ровно

 

в

 20

и

 

это

 

допустимо

).  

 
 

5. 

Условие

.

 

При

 

наблюдении

 

из

 

окрестностей

 

звезды

 A 

звезды

 B 

и

 C 

имеют

 

одинаковую

 

звездную

 

величину

  1

m

При

 

наблюдении

 

из

 

окрестностей

 

звезды

 B 

звезды

 A 

и

 C 

имеют

 

одинаковую

 

звездную

 

величину

  2

m

Какая

 

из

 

звезд

 – A 

или

 B – 

выглядит

 

ярче

 

из

 

окрестностей

 

звезды

 C 

и

 

на

 

сколько

 

звездных

 

величин

Межзвездным

 

поглощением

 

пренебречь

 

5. 

Решение

 

и

 

система

 

оценивания

.

 

См

задание

 5 

для

 9 

класса

.  

 

15

 

 
6. 

Условие

.

 12 

декабря

 2023 

года

 

произойдет

 

редкое

 

явление

 – 

покрытие

 

яркой

 

звезды

 

Бетельгейзе

  (

α

 

Ориона

α 

= 05

ч

55.2

м

δ 

= +7

°

24

астероидом

 

Леона

Перед

 

Вами

 

карта

 

видимости

 

этого

 

явления

на

 

которой

 

указана

 

полоса

 

видимости

  (

границы

 

соответствуют

 

внутренним

 

жирным

 

линиям

и

 

моменты

 

середины

 

покрытия

 

в

 

разных

 

пунктах

 

Земли

 

по

 

Всемирному

 

времени

 

в

 

минутах

 

после

  1

ч

Считая

 

орбиту

 

Леоны

 

круговой

оцените

 

ее

 

видимую

 

звездную

 

величину

 

в

 

момент

 

явления

Считать

 

сферическое

 

альбедо

 

Леоны

 

равным

 

0.05, 

а

 

Бетельгейзе

 – 

точечным

 

источником

 

на

 

небе

 

6. 

Карта

решение

 

и

 

система

 

оценивания

См

задание

 6 

для

 9 

класса

 
 
11 

класс

 

 
1. 

Условие

В

 

первый

 

день

 

нового

 

года

,

 

января

Луна

 

оказалась

 

в

 

фазе

 

полнолуния

одновременно

 

на

 

ее

 

диске

 

наблюдались

 

максимальные

 

либрации

 

по

 

широте

 

к

 

югу

 

и

 

по

 

долготе

 

к

 

западу

то

 

есть

 

наилучшим

 

возможным

 

образом

 

были

 

видны

 

участки

 

южного

 

и

 

западного

 

полушарий

 

Луны

  (

см

рисунок

). 

В

 

какую

 

дату

 

начавшегося

 

года

 

можно

 

ожидать

 

полное

 

солнечное

 

затмение

Драконический

 

месяц

  (

период

 

между

 

двумя

 

прохождениями

 

Луны

 

одного

 

узла

 

своей

 

орбиты

составляет

 27.2122 

суток

.

 

Север

Луна

1. 

Решение

Полная

 

Луна

 1 

января

 

располагается

 

на

 

той

 

же

 

эклиптической

 

долготе

на

 

которой

 

Солнце

 

оказывается

 

в

 

конце

 

июня

 – 

начале

 

июля

Коль

 

скоро

 

максимума

 

достигла

 

южная

 

либрация

 

Луны

 

по

 

широте

можно

 

сделать

 

вывод

что

 

Луна

 

находилась

 

на

 

максимальном

 

удалении

 

к

 

северу

 

от

 

эклиптики

на

 

полпути

 

от

 

восходящего

 

к

 

нисходящему

 

узлу

 

орбиты

Таким

 

образом

сами

 

узлы

 

орбиты

 – 

точки

около

 

которых

 

возможны

 

затмения

 

– 

удалены

 

от

 

данной

 

точки

 

на

 90

°

 

вправо

 

и

 

влево

располагаясь

 

на

 

участках

 

эклиптики

которые

 

Солнце

 

пройдет

 

в

 

конце

 

марта

 – 

начале

 

апреля

 

и

 

в

 

конце

 

сентября

 – 

начале

 

октября

 

Кроме

 

этого

максимума

 

достигла

 

либрация

 

по

 

долготе

 

к

 

западу

Это

 

можно

 

трактовать

 

как

 

опережение

 

осевого

 

вращения

 

Луны

идущего

 

от

 

запада

 

к

 

востоку

относительно

 

ее

 

орбитального

 

движения

Осевое

 

вращение

 

Луны

 

происходит

 

равномерно

а

 

вот

 

орбитальное

 

– 

нет

оно

 

ускоряется

 

вблизи

 

перигея

 

и

 

замедляется

 

в

 

апогее

Таким

 

образом

можно

 

сделать

 

вывод

что

 

Луна

 

на

 

рисунке

 

находится

 

на

 

пути

 

от

 

апогея

где

 

ее

 

орбитальное

 

движение

 

отстало

 

от

 

осевого

к

 

перигею

где

 

оно

 

будет

 

его

 

догонять

Таким

 

образом

в

 

данный

 

момент

 

перигей

 

орбиты

 

Луны

 

находится

 

примерно

 

в

 

четверти

 

дуги

 

орбиты

 

впереди

 

ее

 

нынешнего

 

положения

то

 

есть

 

на

 

эклиптических

 

долготах

на

 

которых

 

Солнце

 

будет

 

в

 

сентябре

 – 

октябре

.  

 

Таким

 

образом

солнечные

 

затмения

 

в

 

начинающемся

 

году

 

случатся

 

вблизи

 

равноденствий

когда

 

видимый

 

диаметр

 

Солнца

 

будет

 

близок

 

к

 

среднему

 

значению

Полным

 

из

 

них

 

может

 

быть

 

то

которое

 

окажется

 

ближе

 

к

 

перигею

 

лунной

 

орбиты

то

 

есть

 

осеннее

Для

 

того

чтобы

 

максимально

 

точно

 

указать

 

дату

учтем

что

 

драконический

 

месяц

  (

период

 

прохода

 

Луны

 

мимо

 

одного

 

узла

 

своей

 

орбиты

меньше

 

периода

 

его

 

обращения

и

 

за

 

предстоящие

 9 

месяцев

 

узлы

 

сместятся

 

навстречу

 

движению

 

видимому

 

годовому

 

движению

 

Солнца

Солнечное

 

затмение

 

случится

 

в

 

новолуние

от

 1 

января

 

до

 

затмения

 

пройдет

 8.5 

синодических

 

периодов

 

Луны

 

или

 251 

суток

За

 

это

 

же

 

время

 

Луна

 

сделает

 9 

и

 1/4 

оборота

 

относительно

 

линии

 

узлов

 

(9.25 

драконических

 

месяцев

и

 

окажется

 

вблизи

 

нисходящего

 

узла

 

орбиты

Полное

 

солнечное

 

затмение

 

можно

 

ожидать

 

через

 251 

день

 

после

 1 

января

то

 

есть

 8 

или

 9 

сентября

.  

 

 

16

Можно

 

обратить

 

внимание

хотя

 

это

 

и

 

не

 

требуется

 

для

 

решения

 

данной

 

задачи

что

 8.5 

синодических

 

месяцев

 (251.0 

суток

чуть

 

меньше

чем

 9.25 

драконических

 

месяцев

 (251.7 

суток

), 

поэтому

 

во

 

время

 

сентябрьского

 

новолуния

 

и

 

затмения

 

Луна

 

чуть

 

не

 

дойдет

 

до

 

нисходящего

 

узла

 

своей

 

орбиты

и

 

затмение

 

будет

 

наблюдаться

 

в

 

северном

 

полушарии

 

Земли

 

Ситуация

смещенная

 

на

 3 

дня

 

относительно

 

условия

 

задачи

имела

 

место

 

в

 1950 

году

. 4 

января

 

произошло

 

полнолуние

совпавшее

 

с

 

максимальной

 

южной

 

и

 

западной

 

элонгацией

 

Луны

Полное

 

солнечное

 

затмение

 

наблюдалось

 

на

 

Чукотском

 

полуострове

 

и

 

прилегающих

 

акваториях

 12 

сентября

 1950 

года

.  

 

1. 

Система

 

оценивания

этап

 (2 

балла

). 

Вывод

 

о

 

том

что

 

Луна

 1 

января

 

располагается

 

примерно

 

посередине

 

между

 

двумя

 

узлами

 

своей

 

орбиты

Вывод

 

может

 

быть

 

сделан

 

в

 

текстовом

 

и

 

графическом

 

виде

Участник

 

может

 

оперировать

 

как

 

понятием

 «

узла

», 

так

 

и

 

понятием

 

дат

 

и

 

сезонов

 

года

когда

 

может

 

произойти

 

затмение

.  

 

этап

 (2 

балла

).

 

Вывод

 

о

 

том

что

 

перигей

 

орбиты

 

Луны

 

находится

 

в

 

передней

 

дуге

 

ее

 

орбиты

 

по

 

отношению

 

к

 

ее

 

текущему

 

положению

 1 

января

Участник

 

может

 

написать

что

 

он

 

располагается

 

в

 90

°

 

спереди

хотя

 

это

 

и

 

не

 

является

 

точным

оценка

 

за

 

это

 

не

 

снижается

.  

 

этап

 (2 

балла

). 

Определение

 

месяца

в

 

котором

 

произойдет

 

затмение

Оба

 

балла

 

выставляются

если

 

участник

 

учитывает

 

движение

 

узлов

 

лунной

 

орбиты

 

и

 

делает

 

вывод

что

 

затмение

 

случится

 

в

 

сентябре

В

 

случае

 

двойного

 

ответа

  (

сентябрь

 

или

 

октябрь

или

 

однозначного

 

ответа

  «

октябрь

» 

этап

 

оценивается

 1 

баллом

При

 

указании

 

других

 

месяцев

 

этап

 

не

 

засчитывается

последующий

 

оценивается

исходя

 

из

 

его

 

выполнения

 

этап

 (2 

балла

).

 

Определение

 

даты

 

затмения

допустимая

 

погрешность

 

при

 

решении

 

описанным

 

выше

 

методом

 1 

день

Участник

 

должен

 

определить

 

интервал

 

времени

 

до

 

затмения

 

как

  (

N

–0.5) 

синодических

 

периодов

 

Луны

где

 

N

 – 

номер

 

месяца

 

затмения

  (

в

 

правильном

 

варианте

 

N

=9, 

ошибка

 

в

 

числе

 

N

идущая

 

из

 

предыдущего

 

этапа

не

 

влияет

 

на

 

оценку

 

за

 

этот

 

этап

). 

Участник

 

может

 (

но

 

не

 

обязан

сравнить

 

его

 

с

 

интервалом

 

в

 (

N

+0.25) 

драконических

 

месяцев

чтобы

 

сделать

 

вывод

 

о

 

том

что

 

Луна

 

действительно

 

окажется

 

вблизи

 

узла

Однако

если

 

делается

 

только

 

расчет

 

интервала

 

в

  (

N

+0.25) 

драконических

 

месяцев

то

 

такое

 

решение

 

считается

 

неточным

так

 

как

 

затмение

 

может

 

произойти

 

на

 

некотором

 

удалении

 

от

 

узла

 

орбиты

оценка

 

снижается

 

на

 1 

балл

.  

 

Участник

 

может

 

пытаться

 

учесть

 

неравномерность

 

движения

 

Луны

 

по

 

орбите

 

вследствие

 

эллиптичности

 

орбиты

В

 

реальности

это

 

не

 

выводит

 

ответ

 

из

 

рамок

 

принятой

 

погрешности

 

(1 

день

). 

Тем

 

не

 

менее

при

 

попытке

 

учета

 

этих

 

факторов

 

величина

 

допустимой

 

погрешности

 

в

 

решении

 

участника

 

увеличивается

 

до

 3 

дней

.  

 

Вероятная

 

ошибка

 

участника

:

 

вместо

 

полнолуния

 

считается

что

 

Луна

 

располагалась

 

рядом

 

с

 

Солнцем

в

 

новолунии

  (

либо

 

же

 

предполагается

 

полнолуние

но

 

далее

 

ищется

 

момент

 

лунного

 

затмения

 

вместо

 

солнечного

). 

Если

 

дальнейшее

 

решение

 

ведется

 

без

 

иных

 

ошибок

то

 

в

 

итоге

 

должно

 

получиться

что

 

затмение

 

произойдет

 

через

 3 

синодических

 

периода

 

Луны

то

 

есть

 

около

 30 

марта

В

 

этом

 

случае

 

могут

 

быть

 

засчитаны

 

первые

 

два

 

этапа

 

решения

а

 

также

 

выставлен

 1 

балл

 

за

 

последний

 

этап

максимальная

 

оценка

 – 5 

баллов

.  

 

Вероятная

 

ошибка

 

участника

:

 

неверная

 

интерпретация

 

либрации

 

по

 

долготе

 

и

 

определение

 

положения

 

перигея

 (

на

 180

°

 

от

 

истинного

 

значения

). 

При

 

отсутствии

 

иных

 

ошибок

 

участник

 

должен

 

получить

что

 

затмение

 

случится

 

через

 2.5 

лунных

 

месяца

 

после

 1 

января

то

 

есть

 

 

17

около

 15 

марта

  (

возможен

 

еще

 

неточный

 

ответ

 13-14 

апреля

). 

При

 

таком

 

решении

 

не

 

засчитывается

 

второй

 

этап

последний

 

этап

 

засчитывается

 

наполовину

 – 

максимальная

 

оценка

 

также

 5 

баллов

 

Наиболее

 

сложный

 

случай

:

 

участник

 

делает

 

обе

 

описанные

 

выше

 

ошибки

предполагая

что

 

затмение

 

отстоит

 

на

 

целое

 

число

 

лунных

 

месяцев

 

от

 1 

января

а

 

точка

 

перигея

 

отстает

 

на

 90

°

 

от

 

текущего

 

положения

 

Луны

 

на

 

орбите

В

 

этом

 

случае

 

наиболее

 

вероятная

 

дата

 

солнечного

 

затмения

 

будет

 

отстоять

 

на

 9 

лунных

 

месяцев

 

от

 1 

января

то

 

есть

 

затмение

 

состоится

 

около

 

27 

сентября

Хотя

 

дата

 

оказывается

 

не

 

так

 

далеко

 

от

 

верной

это

 

дважды

 

ошибочное

 

решение

при

 

котором

 

не

 

засчитываются

 

второй

 

и

 

третий

 

этапы

четвертый

 

может

 

быть

 

зачтен

 

только

 

наполовину

если

 

участник

 

не

 

делает

 

иных

 

ошибок

Максимальная

 

оценка

 

за

 

решение

 

составляет

 3 

балла

 

При

 

формулировке

 

правильного

 

или

 

частичного

 

правильного

 

ответа

 

на

 

третьем

-

четвертом

 

этапах

 

с

 

недостатком

 

или

 

вовсе

 

без

 

соответствующих

 

обоснований

 

18

 

Во

-

первых

мы

 

можем

 

случайно

 

забыть

 

о

 

свойствах

 

космологического

 

красного

 

смещения

 

и

 

считать

что

 

квазар

 

просто

 

удаляется

 

по

 

линии

 

от

 

центра

 

нашей

 

Галактики

 

со

 

скоростью

  

V

 = 

с

 z

 = 75 000 

км

/

с

 

В

 

соответствии

 

с

 

законом

 

Хаббла

расстояние

 

до

 

квазара

 

есть

 

 

L

 = 

V

 / 

H

 = 1.1 

Гпк

 

Галактический

 

параллакс

 

квазара

 

равен

  

 

p

 = 

r

 / 

L

 = 7.7

10

–6

 = 1.6

 

Если

 

мы

 

считаем

что

 

квазар

 

летит

 

от

 

центра

 

галактики

 

со

 

скоростью

 

V

то

 

при

 

наблюдении

 

с

 

Солнца

 

у

 

него

 

появится

 

тангенциальная

 

скорость

 

V

T

 = 

Vp

 = 0.6 

км

/c 

и

 

собственное

 

движение

Квазар

Солнце

L

p

r

v

μ

T

 = 

V

T

/

L

 ~ 10

–10

 

год

 

 

Такое

 

собственное

 

движение

 

не

 

сможет

 

зафиксировать

 

никакой

 

современный

 

астрометрический

 

прибор

к

 

тому

 

же

 

мы

 

определили

 

его

 

из

 

неверных

 

физических

 

соображений

Однако

существуют

 

и

 

другие

 

факторы

которые

 

могут

 

привести

 

к

 

видимому

 

движению

 

квазара

В

 

частности

Солнце

 

движется

 

вокруг

 

центра

 

Галактики

 

со

 

скоростью

 

v

=230 

км

/

с

Это

 

движение

 

вызывает

 

параллактическое

 

смещение

 

квазара

 

μ

P

 = 

v

/

L

 ~ 4.4

10

–8

 

год

 

 

Это

  «

собственное

 

движение

» – 

часть

 

параллактической

 

окружности

которую

 

квазар

расположенный

 

у

 

галактического

 

полюса

 

на

 

небе

опишет

 

за

 

один

 

оборот

 

Солнца

 

вокруг

 

центра

 

Галактики

Этот

 

эффект

 

уже

 

сильнее

но

 

тоже

 

пока

 

за

 

пределами

 

возможностей

 

современной

 

астрометрии

Наконец

положение

 

квазара

 

смещается

 

за

 

счет

 

аберрации

 

света

 

α

 = 

v

 / 

c

 = 7.7

10

–4

 = 158

 

По

 

ходу

 

движения

 

Солнца

 

вокруг

 

центра

 

Галактики

 

аберрационное

 

смещение

 

квазара

 

у

 

галактического

 

полюса

 

на

 

небе

 

будет

 

также

 

описывать

 

окружность

Соответствующая

 

угловая

 

скорость

 

составит

 

 

μ

A

 = 2

πα

/

T

 = 

v

α

/

r

 = 

v

2

/

rc

 = 

a

/

c

 = 4.4

10

–6

 

год

 

Здесь

 

T

 – 

период

 

вращения

 

Солнца

a

 – 

его

 

центростремительное

 

ускорение

Такое

 

собственное

 

движение

 

обнаружимо

 

современными

 

средствами

 

радиоинтерферометрии

 

и

 

уже

 

на

 

пределе

 

возможностей

 

оптической

 

астрометрии

 

уровня

 

телескопа

 GAIA. 

Этот

 

эффект

 

кажущегося

 

собственного

 

движения

 

квазаров

не

 

зависящий

 

от

 

расстояния

 

до

 

них

учитывается

 

при

 

обработке

 

астрометрических

 

данных

.  

 

4. 

Система

 

оценивания

.

 

Оценка

 

участника

 

за

 

решение

 

этой

 

задачи

 

определяется

 

тем

 

механизмом

 

возникновения

 

эффекта

 

собственного

 

движения

который

 

укажет

 

участник

и

 

правильностью

 

оценки

 

его

 

величины

Если

 

участник

 

указывает

 

сразу

 

несколько

 

таких

 

механизмов

оценивается

 

тот

который

 

дает

 

максимальный

 

эффект

То

 

есть

правильное

 

 

19

оценивание

 

величины

 

аберрационного

 

собственного

 

движения

 

само

 

по

 

себе

 

достаточно

 

для

 

выставления

 

максимальной

 

оценки

 

за

 

решение

.  

 

Случай

  1

 – 

оценка

 

собственного

 

движения

 

за

 

счет

 

тангенциальной

 

скорости

 

квазара

 

относительно

 

Солнца

Подобное

 

представление

 

противоречит

 

свойствам

 

космологического

 

красного

 

смещения

Выполнение

 

подобной

 

оценки

 

с

 

правильным

 

ответом

 

порядка

  

10

–10

 

год

 

оценивается

 

в

 2 

балла

 (1 

балл

 

за

 

оценку

 

расстояния

 

до

 

Галактики

 

и

 1 

балл

 

за

 

оценку

 

скорости

). 

Данные

 

расчеты

 

не

 

оцениваются

если

 

далее

 

участник

 

рассматривает

 

более

 

адекватные

 

механизмы

 

появления

 

собственного

 

движения

 

Случай

  2

 – 

оценка

 

собственного

 

движения

 

за

 

счет

 

параллактического

 

смещения

При

 

правильном

 

выполнении

 

оценивается

 

в

 

балла

если

 

далее

 

не

 

приводится

 

анализ

 

аберрации

 

света

Эти

 4 

балла

 

раскладываются

 

по

 2 

балла

 

за

 

определения

 

расстояния

 

и

 

собственного

 

движения

 

квазара

Промежуточные

 

результаты

 

могут

 

не

 

выводиться

 

в

 

численном

 

виде

тогда

 

оцениваются

 

формулы

по

 

которым

 

они

 

получались

В

 

случае

 

ошибки

 

на

 

каком

-

либо

 

этапе

 

решения

 

остальные

 

оцениваются

 

в

 

полной

 

мере

.  

 

Случай

  3

 – 

оценка

 

аберрационного

 

смещения

Правильное

 

выполнение

 

оценивается

 

в

 

баллов

При

 

этом

 

участнику

 

не

 

требуется

 

вычислять

 

расстояние

 

до

 

квазара

Достаточно

 

определить

 

величину

 

аберрационного

 

смещения

 

квазара

 

в

 

общем

 

или

 

численном

 

виде

 (4 

балла

при

 

численном

 

определении

 

допустимая

 

погрешность

 10%) 

и

 

угловую

 

скорость

 

смещения

 

квазара

 (4 

балла

такое

 

же

 

требование

 

по

 

точности

). 

Прямое

 

использование

 

формулы

 

a

/

c

 

для

 

аберрационного

 

собственного

 

движения

как

 

общеизвестной

 

без

 

вывода

 –  

также

 

допускается

 

и

 

не

 

является

 

основанием

 

для

 

снижения

 

оценки

 

Элементарное

 

неверное

 

решение

:

 

вывод

 

о

 

том

что

 

собственное

 

движение

 

квазара

 

будет

 

равно

 

нулю

Данный

 

ответ

 

не

 

может

 

быть

 

оценен

 

выше

 1 

балла

 
 

5. 

Условие

Звезда

 

ровно

 

в

 3 

раза

 

больше

 

Солнца

 

по

 

радиусу

температура

 

ее

 

поверхности

 

10000 K. 

Расстояние

 

до

 

нее

 10 

пк

видимая

 

звездная

 

величина

 +1.0

m

Эта

 

звезда

 

окружена

 

шарообразной

 

пылевой

 

туманностью

угловой

 

диаметр

 

которой

 

в

 

небе

 

Земли

 

равен

  2.0

Найдите

 

эффективную

 

температуру

 

туманности

Межзвездным

 

поглощением

 

за

 

пределами

 

туманности

 

пренебречь

 

5. 

Решение

Определим

 

светимость

 

звезды

 

через

 

ее

 

радиус

 

R

 

и

 

температуру

 

T

сравнив

 

звезду

 

с

 

Солнцем

 (

индекс

 «0»): 

 

.

80

0

4

0

2

0

0

L

T

T

R

R

L

L

=

⎟⎟

⎜⎜

⎟⎟

⎜⎜

=

 

 

Абсолютная

 

звездная

 

величина

 

звезды

 

равна

 

 

M

 = 

M

0

 – 2.5lg (

L

/

L

0

) = 0. 

 

Так

 

как

 

расстояние

 

до

 

звезды

 

D

 

равно

 10 

пк

ее

 

видимая

 

звездная

 

величина

по

 

идее

должна

 

была

 

быть

 

также

 

равна

 0. 

Но

 

в

 

реальности

 

звезда

 

на

 

одну

 

величину

то

 

есть

 

в

 

K

=2.512 

раз

 

слабее

Связано

 

это

 

с

 

тем

что

 

значительная

 ((

K

–1)/

K

часть

 

излучения

 

звезды

 

задерживается

 

в

 

пылевой

 

туманности

Это

 

излучение

 

нагревает

 

туманность

 

и

 

в

 

конечном

 

итоге

 

высвечивается

 

в

 

ней

но

 

уже

 

в

 

невидимом

 

глазу

 

инфракрасном

 

диапазоне

Определить

 

эффективную

 

температуру

 

туманности

 

мы

 

можем

 

по

 

закону

 

Стефана

-

Больцмана

Радиус

 

туманности

 

равен

  

 

20

r

 = 

D

δ

/2 = 10 

а

.

е

. = 2.14

10

3

 

R

0

 = 7.1

10

2

 

R

 

где

 

δ

 – 

угловой

 

диаметр

 

туманности

Ее

 

светимость

 

равна

 

L

(

K

–1)/

K

Отсюда

 

мы

 

имеем

 

.

1

)

1

(

4

0

2

0

0

4

0

2

0

0

⎟⎟

⎜⎜

⎟⎟

⎜⎜

=

⎟⎟

⎜⎜

⎟⎟

⎜⎜

=

T

t

R

r

L

K

K

T

T

R

R

L

K

K

L

 

 

Температура

 

туманности

 

равна

 

 

.

330

1

4

/

1

2

/

1

K

K

K

r

R

T

t

=

⎛ −

=

 

 

5. 

Система

 

оценивания

этап

 (2 

балла

):

 

Определение

 

светимости

 

звезды

Требуемая

 

точность

 – 5%. 

Если

 

в

 

качестве

 

эффективной

 

температуры

 

Солнца

 

участник

 

берет

 

величину

 6000 K, 

итоговая

 

погрешность

 

оказывается

 

несколько

 

большей

Оценка

 

за

 

этап

 

уменьшается

 

на

 1 

балл

остальные

 

оцениваются

 

в

 

полной

 

мере

.  

 

этап

 (2 

балла

).

 

Определение

 

части

 

светимости

 

звезды

которая

 

задерживается

 

в

 

пылевой

 

туманности

 (

фактически

определение

 

светимости

 

туманности

). 

Требуемая

 

точность

 – 10%. 

 

этап

 (2 

балла

). 

Вычисление

 

радиуса

 

туманности

В

 

процессе

 

выполнения

 

участник

 

может

 

спутать

 

радиус

 

с

 

диаметром

что

 

даст

 

ошибку

 

в

 2 

раза

 

на

 

этом

 

этапе

 

и

 

в

 1.4 

раза

 – 

в

 

итоговом

 

значении

 

температуры

В

 

этом

 

случае

 

данный

 

этап

 

не

 

засчитывается

последующий

 

оценивается

 

исходя

 

из

 

точности

 

его

 

выполнения

.  

 

этап

 (2 

балла

).

 

Определение

 

температуры

 

туманности

Ввиду

 

того

что

 

зависимость

 

от

 

фактора

  (

K

 – 1)/

K

 

у

 

температуры

 

слабая

а

 

фактор

  (

R

/

r

участники

 

должны

 

определить

 

достаточно

 

точно

допустимая

 

погрешность

 

составляет

 5%. 

 

Возможное

 

приближенное

 

решение

:

 

участник

 

не

 

вычисляет

 

или

 

неверно

 

вычисляет

 

долю

 

излучения

 

звезды

которая

 

задерживается

 

в

 

туманности

и

 

считает

что

 

ее

 

светимость

 

по

 

порядку

 

величины

 

просто

 

совпадает

 

со

 

светимостью

 

звезды

Это

 

исключает

 

множитель

  

(

K

 – 1)/

K

 

из

 

последней

 

формулы

 

и

 

весьма

 

незначительно

 

меняет

 

температуру

 

туманности

которая

 

становится

 

равной

 375 K. 

При

 

таком

 

решении

 

не

 

засчитывается

 

его

 

второй

 

этап

остальные

при

 

условии

 

верного

 

выполнения

оцениваются

 

полностью

итоговая

 

оценка

 

не

 

превышает

 6 

баллов

.  

 
 

6. 

Условие

.

 12 

декабря

 2023 

года

 

произойдет

 

редкое

 

явление

 – 

покрытие

 

яркой

 

звезды

 

Бетельгейзе

  (

α

 

Ориона

α 

= 05

ч

55.2

м

δ 

= +7

°

24

астероидом

 

Леона

Перед

 

Вами

 

карта

 

видимости

 

этого

 

явления

на

 

которой

 

указана

 

полоса

 

видимости

  (

границы

 

соответствуют

 

внутренним

 

жирным

 

линиям

и

 

моменты

 

середины

 

покрытия

 

в

 

разных

 

пунктах

 

Земли

 

по

 

Всемирному

 

времени

 

в

 

минутах

 

после

  1

ч

Считая

 

орбиту

 

Леоны

 

круговой

оцените

 

ее

 

видимую

 

звездную

 

величину

 

в

 

момент

 

явления

Считать

 

сферическое

 

альбедо

 

Леоны

 

равным

 

0.05, 

а

 

Бетельгейзе

 – 

точечным

 

источником

 

на

 

небе

 

6. 

Карта

решение

 

и

 

система

 

оценивания

См

задание

 6 

для

 9 

класса

 

 

Всероссийская олимпиада школьников по астрономии 

Заключительный этап – 2022 год 

Условия, решения заданий и система оценивания 

 

Первый (базовый) тур

 

 

БАЗОВЫЙ ТУР 

 

9/10.1. СПУТНИК В НЕБЕ 

 

Условие.

 Искусственный спутник Земли движется по круговой орбите. При наблюдении из 

некоторой точки на поверхности Земли он может располагаться на высотах от –80

 (спутник 

под  горизонтом)  до  +10

  (спутник  над  горизонтом).  Найдите  высоту  спутника  над 

поверхностью Земли. Рефракцией пренебречь.  
 

Решение.

  Изобразим  Землю  в  плоскости,  содержащей  ее  полюса,  и  перпендикулярной 

плоскости орбиты спутника. 
 

 

 i

 

Экватор

О

рб

ита

сп

утн

ика

2

R

L

O

1

2

 i

 

2

1

1

2

R

L

Суточный путь

 

 

Орбита  спутника  наклонена  на  некоторый  угол 

i

  к  плоскости  экватора.  Коль  скоро  в 

указанной в условии точке Земли 

O

 спутник не поднимается в зенит и не опускается в надир, 

эта  точка  находится  на  широте,  по  модулю  большей,  чем  угол 

i

.  Положим  для 

определенности,  что  эта  точка  располагается  в  северном  полушарии,  ее  широта  есть 

i

+

причем этот угол должен быть меньше 90

. Отметим точки 

1

 и 

2

 – положения спутника, при 

котором  он  окажется  на  наибольшей  и  наименьшей  высоте  над  горизонтом.  Обратим 
внимание,  что  оба  случая  относятся  к  одному  и  тому  же  положению  точки 

O

  в  ходе  ее 

суточного вращения, показанного пунктиром.  
 
Обозначим  как 

1

  (

2

)  углы  между  направлениями  на  спутник  и  центр  Земли.  Эти  углы 

определяются высотами спутника над горизонтом: 
 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     6      7      8      9     ..