Мир, в котором мы живём

Дистанционный курс 2005 г. «Элементарная астрофизика и космология...»

Мы все живём в этом большом ДОМЕ. Наш адрес – Вселенная, галактика Млечный Путь, звезда Солнце, планета Земля, страна Россия. Главное в предлагаемом курсе – его мировоззренческая ценность. Каждый учитель, обучающий природе вещей (ведь jhsiko1V [физикос] – это «природный» в переводе с греческого), должен обладать достаточно полным набором сведений об окружающем мире. Без этих знаний нельзя иметь кругозор, выходящий за рамки обыденной жизни. Предлагаемый курс предназначен для учителей физики средних школ. Он состоит из восьми лекций. Пять первых посвящены, условно говоря, ближнему космосу – Солнцу, Солнечной системе, звёздам Млечного Пути. Основные проблемы здесь – термоядерные реакции в звёздах, эволюция звёзд, синтез элементов, поиски обитаемых миров. Даются необходимые сведения о методах исследований, о современной космонавтике (орбитальные станции, космические корабли, исследовательские зонды). Две лекции – по космологии: об устройстве и пути эволюции всего мира (наблюдаемой Вселенной). В этой науке в последнее время совершён колоссальный рывок, позволяющий определённо сказать, как возник наш мир и что ему предназначено в будущем. Сейчас физика Вселенной изучена не меньше, чем природа Земли и Солнечной системы. Последняя лекция – о нерешённых до конца проблемах астрофизики и космологии – показывает, что дел у исследователей ближнего и дальнего космоса ещё очень много, а учителя физики много-много лет не останутся без работы.

Приводим решения задач, предложенных в КР1 (№ 19/05, в 2006 г. будут даны аналогичные).

1. Оцените массу Немезиды (гипотетической звезды-компаньона Солнца), если период обращения двойной звёздной системы равен 26 млн лет, а радиус орбиты равен 1 пк (3 . 1016 м).

Решение. Если орбита круговая, то, по третьему закону Кеплера, , где а – радиус орбиты, Р – период обращения, МС, МН – массы Солнца и Немезиды соответственно, G – гравитационная постоянная. Отсюда МС + МН = 2,4 . 1031 кг. Зная МС = 2 . 1030 кг, получаем МН = 2,2 . 1031 кг.

Для эллиптической орбиты МН < 2,2 . 1031 кг.

2. В чём выражается солнечная активность? Каковы её наиболее яркие проявления?

Ответ. Тёмные пятна, солнечные вспышки, массовые корональные выбросы.

3. В Солнечной системе есть два пояса астероидов – между Марсом и Юпитером и за орбитой Плутона (пояс Койпера). Как объясняют их происхождение?

Ответ. Пояса астероидов создали приливные силы Юпитера (пояс между Марсом и Юпитером) и Нептуна (пояс Койпера).

4. Вычиcлите энерговыделение двух ядерных реакций: 41Н 4Не + 2е+ + 2 + Q1; 34Не 12С + + Q2.

Решение. Так как энерговыделение ядерной реакции определяется разностью масс начальных и конечных частиц, получаем:

Q1 = 4mр – M(4He) – 2mе = 27 МэВ; Q2 = 3M(4He) – M(12C) = 7 МэВ.

5. В природе есть четыре типа устойчивых звёзд: звезда Главной последовательности, белый карлик, нейтронная звезда, чёрная дыра. Чем определяется в каждом случае устойчивое состояние звезды?

Ответ. Звезда Главной последовательности: ргаз = рграв; белый карлик, в котором давление создаёт вырожденный электронный газ: рвыр.эл.газа = pграв; нейтронная звезда, в которой давление создаёт вырожденный нейтронный газ: рвыр.нейтр.газа =  pграв; чёрная дыра – предельный случай звёздной эволюции, когда нет противодействия гравитационному давлению: рвыр.нейтр.газа pграв.

6. На заключительной стадии эволюции в результате гравитационного коллапса звезда (М = 2МС,
R = 109 м) становится нейтронной (RНЗ = 10 км). Какая энергия выделится при вспышке Сверхновой?

Решение. Энергия Сверхновой определяется изменением гравитационного потенциала:

ECH = GM2/RНЗ – GM2/R = 1047 Дж.

7. Какую видимую звёздную величину имеют при наблюдении с Земли звёзды туманности Андромеды, находящейся на расстоянии 800 кпк, если их абсолютные звёздные величины такие же, как у Солнца (МС = 4,9) и Сириуса (МСир = 1,4)?

Решение. m = M + 5 lg r – 5. Отсюда: mС = 29,4; mСир = 25,9.

Лектор Б.И.ЛУЧКОВ,
проф. МИФИ, д.ф.-м.н.

Продолжение в № 10

.  .