Опишите вид звездного неба сегодня в 21 час по московскому времени для наблюдателя в Московской области. Какие планеты можно увидеть в это время

Условия и решения задач
Всероссийская астрономическая олимпиада

Московская область

муниципальный (II) этап
5-7 класс
Задача 1. Опишите вид звездного неба сегодня в 21 час по московскому времени для наблюдателя в Московской области. Какие планеты можно увидеть в это время?

Ответ: В середине ноября в 21 час будут наблюдаться следующие созвездия – в южной части неба: Кит, Водолей, Козерог, Рыбы, Пегас; в восточной части: Овен, Телец, Персей, Возничий; в северной части: Большая Медведица, Малая Медведица, Гончие Псы; в западной части: Северная Корона, Геркулес, Лира, Орел, Лебедь, Дельфин, Лисичка; в районе зенита: Андромеда, Кассиопея, Цефей, Ящерица. В южная части горизона в созвездии Козерога находится Юпитер, недалеко от него – Нептун, а в на границе созвездий Водолея и Рыб – Уран.

Примечание: В приведенном ответе указаны не все созвездия, видимые в день олимпиады. Учащиеся могут назвать не все приведенные созвездия и планеты, достаточно, если будут названы те, чьи названия выделены. Не обязательно точно указывать положения созвездий и планет на небе.
Задача 2. Выпишите из приведенного списка слова, являющиеся названиями созвездий: Ящерица, Лебедь, Рак, Щука, Гидра, Орион, Лира, Кассиопея, Кит, Малый Тигр, Лев, Большой Пес.

Ответ: Ящерица, Лебедь, Рак, Гидра, Орион, Лира, Кассиопея, Кит, Лев, Большой Пес.
Задача 3. Что ближе к Земле — Млечный Путь или Туманность Андромеды? Ответ объясните.

Ответ: Млечный Путь, видимый на небе – это звезды нашей галактики, которая так и называется – Млечный Путь. А Туманность Андромеды – это далекая спиральная галактика, проецирующаяся на небе в область, которую земный астрономы назвали созвездием Андромеды. Поэтому ближе к Земле расположен Млечный Путь, мы в нем живем.
Задача 4. Почему период времени конец мая — середина июля в Московской области считается самым неудачным временем для наблюдения метеоров?

Ответ: На указанный период приходится время с самыми короткими ночами в году. Кроме того, в это время ночи становятся светлыми, т.к. Солнце не глубоко погружается под горизонт. В Подмосковье в конце июня астрономическая ночь (время, когда Солнце опускается более чем на 18 градусов под горизонт) не наступает. А для успешных наблюдений метеоров очень важно, чтобы яркость неба была минимально возможной. Только в этом случае можно зарегистрировать достаточно слабые метеоры.
Задача 5. Как известно, Уран вращается "лежа на боку" — ось вращения планеты лежит практически в плоскости эклиптики. Происходит ли на Уране смена времен года? Ответ обоснуйте.

Ответ: Да, происходит. Смена времен года происходит на всей поверхности планеты. Так же как и на Земле, это связано с изменением угла падения солнечных лучей на поверхность планеты в ходе ее годичного движения по орбите. Характер смены времен года будет зависеть от удаленности от экватора планеты.

Примечание: дополнительно можно отметить попытку проанализировать, как смена времен года будет зависеть от широты точки на поверхности Урана.

8 класс

Задачи полностью совпадают с задачами 9 класса.

9 класс

Задача 1. Опишите вид звездного неба сегодня в 21 час по московскому времени для наблюдателя в Московской области. Какие планеты можно увидеть в это время?

Ответ: В середине ноября в 21 час будут наблюдаться следующие созвездия – в южной части неба: Кит, Водолей, Козерог, Рыбы, Пегас; в восточной части: Овен, Телец, Персей, Возничий; в северной части: Большая Медведица, Малая Медведица, Гончие Псы; в западной части: Северная Корона, Геркулес, Лира, Орел, Лебедь, Дельфин, Лисичка; в районе зенита: Андромеда, Кассиопея, Цефей, Ящерица. В южная части горизона в созвездии Козерога находится Юпитер, недалеко от него – Нептун, а в на границе созвездий Водолея и Рыб – Уран.

Примечание: В приведенном ответе указаны не все созвездия, видимые в день олимпиады. Учащиеся могут назвать не все приведенные созвездия и планеты, достаточно, если будут названы те, чьи названия выделены. Не обязательно точно указывать положения созвездий и планет на небе.
Задача 2. 14 августа 2009 г. наблюдалось противостояние Юпитера. Вычислите, когда будет следующее противостояние (период обращения Юпитера вокруг Солнца равен 11.862 года).

Ответ: Вычислим синодический период обращения Юпитера (т.е. период повторения одноименных конфигураций, например, противостояний). Формула, связывающая синодический и сидерический период обращения для внешних планет имеет вид:

, где S – искомый синодический период, T – сидерический период (период обращений вокург Солнца), E – период обращения Земли вокруг Солнца (примерно 365.26 суток). Подставив значения, получим 398.86 (примерно 399) суток. Т.е. пройдет 1 год и 34 дня. Таким образом, противостояние будет 16-17 сентября 2010 г.

Примечание. Этот ответ можно получить и другим способом, например, методом последовательного "перемещения" планет по орбитам. Любой способ решения надо засчитывать при условии получения близкого к верному ответа.
Задача 3. Какая звезда на небе выглядит ярче: 2 или 4 звездной величины? Во сколько раз?

Ответ: Звезда 2 звездной величины выглядит в 2.512² ≈ 6.31 раз ярче звезды 4 величины.

Примечание. При использовании учащимся числа 2.5 вместо 2.512 следует снимать 1 балл.
Задача 4. Почему период времени конец мая - середина июля в Московской области считается самым неудачным временем для наблюдения метеоров?

Ответ: На указанный период приходится время с самыми короткими ночами в году. Кроме того, в это время ночи становятся светлыми, т.к. Солнце не глубоко погружается под горизонт. В Подмосковье в конце июня астрономическая ночь (время, когда Солнце опускается более чем на 18 градусов под горизонт) не наступает. А для успешных наблюдений метеоров очень важно, чтобы яркость неба была минимально возможной. Только в этом случае можно зарегистрировать достаточно слабые метеоры.
Задача 5. Как известно, Уран вращается "лежа на боку" - ось вращения планеты лежит практически в плоскости эклиптики. Происходит ли на Уране смена времен года? Ответ обоснуйте.

Ответ: Да, происходит. Смена времен года происходит на всей поверхности планеты. Так же как и на Земле, это связано с изменением угла падения солнечных лучей на поверхность планеты в ходе ее годичного движения по орбите. Характер смены времен года будет зависеть от удаленности от экватора планеты.

Примечание: дополнительно можно отметить попытку проанализировать, как смена времен года будет зависеть от широты точки на поверхности Урана.

10 класс
Задача 1. Опишите вид звездного неба сегодня в 21 час по московскому времени для наблюдателя в Московской области. Какие планеты можно увидеть в это время?

Ответ: В середине ноября в 21 час будут наблюдаться следующие созвездия – в южной части неба: Кит, Водолей, Козерог, Рыбы, Пегас; в восточной части: Овен, Телец, Персей, Возничий; в северной части: Большая Медведица, Малая Медведица, Гончие Псы; в западной части: Северная Корона, Геркулес, Лира, Орел, Лебедь, Дельфин, Лисичка; в районе зенита: Андромеда, Кассиопея, Цефей, Ящерица. В южная части горизона в созвездии Козерога находится Юпитер, недалеко от него – Нептун, а в на границе созвездий Водолея и Рыб – Уран.

Примечание: В приведенном ответе указаны не все созвездия, видимые в день олимпиады. Учащиеся могут назвать не все приведенные созвездия и планеты, достаточно, если будут названы те, чьи названия выделены. Не обязательно точно указывать положения созвездий и планет на небе.
Задача 2. 14 августа 2009 г. наблюдалось противостояние Юпитера. Вычислите, когда будет следующее противостояние (период обращения Юпитера вокруг Солнца равен 11.862 года).

Ответ: Вычислим синодический период обращения Юпитера (т.е. период повторения одноименных конфигураций, например, противостояний). Формула, связывающая синодический и сидерический период обращения для внешних планет имеет вид:

, где p – параллакс. R₁ = 10 пк, R₂ = 100 пк. Т.к. звезды одинаковые, то разница в блеске возникает только из-за разного расстояния до них. Количество энергии, приходящей от объекта, с удалением уменьшается как квадрат расстояния. То есть, от второй звезды сигнал будет в 100 раз меньше, чем от первой. Такое уменьшение приходящей энергии соответствует изменению звездной величины на 5^m. Это соответствие известно из книг, но можно подтвердить этот вывод вычислениями:

= 5.

Примечание. В данной задаче не следует требовать обязательного вычисления разницы звездных величин по формуле, достаточно получить отношение освещенностей (или потоков, или энергии и т.д.) 100 и сделать вывод о соответствующей разнице звездных величин. Соответствие 5^m  100 раз приводится во всех книгах и задачниках.
Задача 4. Расставьте в порядке от меньшего к большему следующие величины: астрономическая единица, километр, ангстрем, парсек, световой год, радиус Солнца, радиус орбиты Венеры.

Ответ: ангстрем (10^-10 м), километр, радиус Солнца (696000 км), радиус орбиты Венеры (108 млн. км), астрономическая единица (150 млн. км), световой год (9.5 трлн. км), парсек (30.8 трлн. км).

Примечание. Указание конкретных значений величин не требуется (в ответе они приведены для справки).
Задача 5. Определите высоту на которой кульминирует Мицар ( = 13ч24м,  = +54^О52′) в г. Дмитрове Московской области (φ = 56 ^О 22′,  = 37 ^О 32′) и в крымском поселке Научный (φ = 44 ^О 43′,  = 34 ^О 06′).

Ответ: Высоту кульминации звезды можно вычислить по формуле

. Соответственно, для г. Дмитрова получим h = 88 ^О 31′, а пос. Научного h=100 ^О 08′. Высота измеряется от горизонта до зенита и может принимать значения равные 0-90^О. Получившееся для Крыма значение говорит о то, что кульминация происходит в северной части небосвода между зенитом и Северным полюсом Мира. Т.е. высота кульминации равна 180^О -100 ^О 8′=79 ^О 52′.

Для случая кульминации в северной части небосвода можно использовать другую формулу и сразу получить верный результат.

Примечание. Учащийся может не помнить формулу для вычисления высоты кульминации. В этом случае он должен вывести ее или решить задачу другим способом (например, графически по рисунку небесной сферы). Точность в этом случае будет ниже, но снимать баллы за это не следует.
Задача 6. Для измерения расстояния до небесного тела использовали метод радиолокации. Сигнал, отправленный с поверхности Земли с помощью радиотелескопа, вернулся назад спустя 8 минут 12.4245 секунд. Определите расстояние до этого небесного тела. С какой ошибкой оно определено, если точность измерения времени на телескопе составляет 0.001 сек? Что еще необходимо учесть для повышения точности наблюдений?

Ответ: Очевидно, что радиоволны прошли расстояние до исследуемого тела дважды – испущенный сигнал в одну сторону и отраженный в другую. Полный путь сигнала равен 300000 * (8*60+12.4245) = 147727350 км. Таким образом искомое расстояние: 73863675 км. Погрешности измерения времени вносят в эту величину ошибку: 0.001*300000=300 км. Поэтому ответ имеет смысл записать в таком виде: 73863700±150. Основной же вклад в ошибку измеренного этим способом расстояния даст перемещение Земли за время наблюдения. В случае движения Земли (скорость орбитального движения почти 30 км/с или 1/10000 часть скорости света) вдоль направления на объект эта ошибка может достигать величины 7500 км.

Примечание. Вычисление значения ошибки, вызванной движением Земли, от учащегося не требуется (в ответе оно приведено для справки). Достаточно указать источник ошибки. Дополнительно можно оценить рассмотрение других источников ошибок (если сделаны оценки их величины).

11 класс
Задача 1. Опишите вид звездного неба сегодня в 21 час по московскому времени для наблюдателя в Московской области. Какие планеты можно увидеть в это время?

Ответ: В середине ноября в 21 час будут наблюдаться следующие созвездия – в южной части неба: Кит, Водолей, Козерог, Рыбы, Пегас; в восточной части: Овен, Телец, Персей, Возничий; в северной части: Большая Медведица, Малая Медведица, Гончие Псы; в западной части: Северная Корона, Геркулес, Лира, Орел, Лебедь, Дельфин, Лисичка; в районе зенита: Андромеда, Кассиопея, Цефей, Ящерица. В южная части горизона в созвездии Козерога находится Юпитер, недалеко от него – Нептун, а в на границе созвездий Водолея и Рыб – Уран.

Примечание: В приведенном ответе указаны не все созвездия, видимые в день олимпиады. Учащиеся могут назвать не все приведенные созвездия и планеты, достаточно, если будут названы те, чьи названия выделены. Не обязательно точно указывать положения созвездий и планет на небе.
Задача 2. Почему 1 сентября в Москве (φ = 55^О 45′, = 37^О 40′) верхняя кульминация Солнца (самое высокое положение над горизонтом) наблюдается в 13 часов 30 минут по московскому времени, а не в полдень?

Ответ: Солнце кульминирует в полдень по местному солнечному времени. А московское время – это поясное декретное время, к которому в летний период добавляется еще 1 час. Связь между московским временем и местным задается выражением:

, где Тм – местное время (т.е. время определенное по солнечным часам), N – номер часового пояса, а 1_декр – прибавка «декретного» часа, 1_летн –переход на летнее время. Отсюда и получается разница между московским временем и местным солнечным Т_моск-Т_м=N+1ч+1ч-≈2+1+1-2.5=1.5ч (где 2.5 ч – долгота Москвы, выраженная в часовой мере), т.е кульминация будет наблюдаться в 13ч30м.
Задача 3. 14 августа 2009 г. наблюдалось противостояние Юпитера. Вычислите, когда будет следующее противостояние (период обращения Юпитера вокруг Солнца равен 11.862 года).

Ответ: Вычислим синодический период обращения Юпитера (т.е. период повторения одноименных конфигураций, например, противостояний). Формула, связывающая синодический и сидерический период обращения для внешних планет имеет вид:

, где  – постоянная Стефана-Больцмана, R – радиус звезды, T – эффективная температура. Соответственно, отношение светимостей звезды до изменений параметров и после будет равно:

. Или в звездных величинах:

.

Примечание. За неверное вычисление изменений R и T при колебаниях блеска (увеличение на 20%  1.2, а уменьшение на 20%  0.8) следует снимать 2 балла.
Задача 6. Расставьте в порядке от меньшего к большему следующие величины: астрономическая единица, километр, ангстрем, парсек, световой год, радиус Солнца, радиус орбиты Венеры.

Ответ: ангстрем (10^-10 м), километр, радиус Солнца (696000 км), радиус орбиты Венеры (108 млн. км), астрономическая единица (150 млн. км), световой год (9.5 трлн. км), парсек (30.8 трлн. км).

Примечание. Указание конкретных значений величин не требуется (в ответе они приведены для справки).