Астрономия — один из разделов физики, проверяемых на ЕГЭ. В отличии от механики, электродинамики и оптики (в школе они изучаются в полном размере), этой науке уделяется очень мало часов. Лишь в последние пару лет некоторые учебные заведения стали вводить ее как отдельный предмет. В экзамене по физике астрономия представлена одним вопросом — 24. Но если вы стремитесь к высоким баллам, не стоит про него забывать. Выучите эту тему самостоятельно или запишитесь на курсы подготовки к ЕГЭ и ОГЭ, где она разбирается в обязательном порядке. А в статье мы изучим некоторые основы.
Планеты Солнечной системы
Солнечная система состоит из Солнца — центральной звезды, а также 8 вращающихся вокруг нее планет. Звездой называется самосветящееся тело, состоящее из газа или плазмы. Планетой — вращающееся по орбите тело, достаточно массивное, чтобы принять округлую форму, но недостаточно для начала термоядерной реакции, как в случае со звездами. В астрономии выделяют планеты земной группы — Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Они названы так, потому что своими свойствами (плотностью, диаметром, составом) похожи на Землю. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун называют газовыми гигантами. У них большой диаметр и маленькая плотность, состоят они из газа. Ранее планетой Солнечной системы являлся Плутон, но позже его исключили и причислили к карликовым планетам. Некоторые понятия:
- объем. Высчитывается из диаметра или радиуса. Так как форма планеты приближена к шару, получаем V = 4/3 • πR3 = πd3 / 6;
- средняя плотность — отношение массы к объему. Она помогает вычислить массу планеты: m = 4/3 • ρπR3 = ρπd3 / 6;
- первая космическая скорость — скорость, сообщаемая телу для превращения в искусственный спутник планеты. Она определяется по формуле: v1 = √gR = √g • d/2;
- вторая космическая скорость — скорость, сообщаемая телу для превращения в искусственный спутник Солнца. Она определяется как v2 = √2gR = √gd;
- год — время обращения планеты вокруг Солнца. Период вращения определяется формулой T = 2πR / v (R — радиус траектории, v — скорость планеты);
- сутки — время обращения планеты вокруг собственной оси;
- астрономическая единица (а.е.) — величина, используемая для измерения расстояний в астрономии. 1 а.е. = 150 млн км;
- наклон оси. Многие планеты расположены не горизонтально, а под некоторым углом к Солнцу. Величина наклона определяет смену времен года. При близости к нулю (у Меркурия, Юпитера) или к 180° (у Венеры) на планете нет смены сезонов. В остальных случаях она происходит 4 раза в год, как и на Земле.
Спутники планет Солнечной системы
Спутником называют тело, вращающееся вокруг планеты. Вокруг своей оси оно не перемещается, то есть всегда повернуто к планете одной стороной. Спутники намного меньше своих планет. Их форма близка в шарообразной, поэтому объем рассчитывается по формуле V = 4/3 • πR3 . Кроме того, зная вторую космическую скорость планеты, находят ускорение свободного падения на ее спутнике: g = v22 / 2R. Для решения заданий по астрономии в ЕГЭ нужно знать количество спутников у планет:
- у Меркурия, Венеры — 0;
- У Земли — 1, Луна. Это второй по яркости, пятый по величине естественный спутник в Солнечной системе. Гравитационное воздействие Луны на Землю вызывает приливы и отливы у водоемов;
- у Марса — 2: Фобос, Деймос;
- у Юпитера — 65. Крупнейшими являются Ио, Европа, Ганимед;
- у Сатурна — 62, среди них 24 регулярных. Крупнейший — Титан;
- у Урана — 27. Крупными считаются Титания, Оберон;
- у Нептуна — 14. Выделяются Нереида, Тритон.
Астероиды планет Солнечной системы
Астероиды — небольшие тела, движущиеся по орбите вдоль Солнца. Они гораздо меньше планет, имеют неправильную форму, атмосферы нет. Большинство астероидов в Солнечной системе расположены в двух поясах: между Юпитером и Марсом, а также за Нептуном (пояс Койпера). При решении задач предполагают, что астероиды шарообразны, и используют уже известную вам формулу объема: V = 4/3 • πR3 . Важнейшей характеристикой являются форма и размер орбиты, определяемые 1-м законом Кеплера: небесные тела Солнечной системы обращаются по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов находится Солнце. Закон применим не только к астероидам, но и к планетам. У орбиты есть несколько характеристик:
- большая полуось — расстояние от центра до крайней боковой (левой или правой) точки;
- малая полуось — расстояние от центра до верхней или нижней точки;
- эксцентриситет — величина, определяющая вытянутость эллипса: e = √1 — (b2 / a2), a — большая полуось, b — малая. Если e = 0, то орбита представляет собой окружность. Чем больше значение, тем более вытянут эллипс. e находится в пределах от 0 до 1. Если эксцентриситеты небольшие, то орбиту приближенно считают окружностью, а большую полуось — расстоянием от астероида до Солнца;
- перигелий — ближайшая к Солнцу точка;
- афелий — наиболее далекая от Солнца точка.
Звезды, диаграмма Герцшпрунга-Рассела
Последней темой в теории по астрономии являются звезды. Как вы уже знаете, они состоят из газа, а внутри них происходят (или происходили ранее) термические ядерные реакции. Наиболее полная характеристика звезд представлена на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. По ней определяют некоторые астрономические величины:
- размер. На диаграмме ярко выделены 4 области, показывающие распределение звезд по величине. Для классификации нужно сравнивать их диаметр с диаметром Солнца. Более 90% звезд относятся к главной последовательности. Их размер — от 0,1 до 10 Dс. Выше них расположены гиганты с размерам от 10 до 100 Dс. В верхней части находятся сверхгиганты. Их диаметр превышает солнечный в более чем 100 раз. Маленькие звезды — белые карлики, они расположились внизу диаграммы. Размеры — от 0,001 до 0,1 Dс;
- спектральный класс. Эта величина характеризует температуру поверхности, спектр излучения. Всего классов 7. Солнце, например, нагрето до 6.000 К и является желтым карликом. Представим классы в таблице:
- плотность. Чем меньше размер, тем она выше. Наиболее плотные звезды — белые карлики, а наименее плотные — сверхгиганты;
- длительность «жизни». Чем горячее звезда, тем меньше ее жизненный цикл;
- светимость — энергия, излучаемая звездой за одну секунду. Чем больше размер тела, тем выше эта величина.
Примеры заданий
Для понимания темы важна практика. Попробуем решить задания из экзамена.
Задание 1.
Решение. Проанализируем утверждения:
- Желтые звезды горячее красных. У горячих звезд жизненный цикл проходит быстрее, поэтому желтая раньше станет красным гигантом. Ответ неверный.
- Светимость красных звезд меньше, чем желтых, поэтому на небе они менее яркие. Ответ верный.
- Желтые звезды ярче, горячее и массивнее. Ответ неверный.
- Температура красных звезд — от 2 до 3,5 тысяч К, а желтых — от 5 до 6 тысяч К. Ответ верный.
- Солнце является желтым карликом, поэтому ответ неверный.
Ответ: 24.
Задание 2.
Решение. Анализируем утверждения:
- Формула для вычисления плотности: ρ = m / V = 6m / πD3. Сравним плотности Венеры и Земли: Значение меньше 1, значит, плотность Венеры меньше. Ответ верный.
- Центростремительное ускорение определяется по формуле a = Gm / r2. Марс расположен ближе к Солнцу (r меньше), поэтому его центростремительное ускорение будет больше. Ответ неверный.
- Первая космическая скорость определяется формулой v1 = √Gm / r. Масса Нептуна больше, а радиус меньше, чем у Урана, поэтому для него космическая скорость выше. Ответ неверный.
- Формула для ускорения свободного падения на планете: g = 4mG / D2. Вычисляем: Следовательно, gМ = 0,42gЗ ≈ 4. Ответ верный.
- Формула для силы притяжения к Солнцу: F = Gm1m2 / r2. Масса Сатурна меньше, а расстояние до Солнца больше, чем у Юпитера, поэтому его сила притяжения меньше. Ответ неверный.
Ответ: 14.
Теперь вы знаете основные понятия и формулы по астрономии. Надеемся, это поможет вам при сдаче ЕГЭ. Не забывайте, что изучить эту тему более подробно (а значит, и лучше подготовиться к экзамену) можно на курсах или с репетитором. Желаем вам удачи на итоговой аттестации!