Задание 18 ЕГЭ по физике · задача AA7C14
На рисунке представлена диаграмма Герцшпрунга Рессела.
Выберите два правильных утверждения о звёздах.
| 1) | Звезда Ригель имеет температуру поверхности 11 200 К, а её радиус в 138 раз превышает радиус Солнца, следовательно, эта звезда относится к гигантам спектрального класса M . | |
| 2) | «Жизненный цикл» звезды спектрального класса K главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса A главной последовательности. | |
| 3) | Светимость красных гигантов превышает светимость Солнца не более чем в 10 раз. | |
| 4) | Средняя плотность звёзд главной последовательности существенно меньше средней плотности белых карликов. | |
| 5) | Чем ниже температура поверхности звезды, тем меньше её абсолютная звёздная величина. |
Показать ответ и разбор
Ответ: 24 (верны: 2, 4)
Разбор
Привет! Давай разберёмся с этой задачей. Диаграмма Герцшпрунга — Рессела может показаться запутанной из-за обилия информации, но на самом деле это просто удобная «карта» звёздного мира. Главное — внимательно читать графики и сопоставлять данные.
Пройдёмся по каждому утверждению:
1) Звезда Ригель имеет температуру поверхности 11 200 К, а её радиус в 138 раз превышает радиус Солнца, следовательно, эта звезда относится к гигантам спектрального класса M.
Смотрим на ось температур (сверху) и спектральных классов (снизу). Температура 11 200 К соответствует спектральному классу B (он находится между 10 000 К и 30 000 К). Класс M — это холодные звёзды с температурой около 2500–3500 К. Значит, утверждение неверно.
2) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса K главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса A главной последовательности.
Звёзды класса K холоднее и менее массивны, чем звёзды класса A. Чем меньше масса звезды на главной последовательности, тем медленнее она расходует своё термоядерное топливо, и тем дольше её жизненный цикл. Утверждение верно.
3) Светимость красных гигантов превышает светимость Солнца не более чем в 10 раз.
Находим на диаграмме область гигантов (справа вверху, над главной последовательностью). Их светимость (ось слева) составляет от $10^2$ до $10^4$ светимостей Солнца, то есть превышает солнечную в сотни и тысячи раз. Утверждение неверно.
4) Средняя плотность звёзд главной последовательности существенно меньше средней плотности белых карликов.
Белые карлики — это конечная стадия эволюции звёзд небольшой массы. Они имеют массу, сравнимую с массой Солнца, но размер примерно с Землю. Из-за этого их плотность колоссальна (тонны в кубическом сантиметре). Звёзды главной последовательности (как наше Солнце) имеют гораздо больший объём при сопоставимой массе, поэтому их плотность значительно меньше. Утверждение верно.
5) Чем ниже температура поверхности звезды, тем меньше её абсолютная звёздная величина.
Абсолютная звёздная величина (ось справа) связана со светимостью: чем ярче звезда (больше светимость), тем меньше (или даже отрицательнее) её звёздная величина. На диаграмме видно, что есть холодные звёзды (справа) с очень высокой светимостью (сверхгиганты) — у них абсолютная звёздная величина мала (отрицательна). А есть горячие белые карлики (слева) с низкой светимостью — у них звёздная величина велика (положительна). Прямой зависимости только от температуры нет. Утверждение неверно.
Таким образом, правильные утверждения — 2 и 4.
Пройдёмся по каждому утверждению:
1) Звезда Ригель имеет температуру поверхности 11 200 К, а её радиус в 138 раз превышает радиус Солнца, следовательно, эта звезда относится к гигантам спектрального класса M.
Смотрим на ось температур (сверху) и спектральных классов (снизу). Температура 11 200 К соответствует спектральному классу B (он находится между 10 000 К и 30 000 К). Класс M — это холодные звёзды с температурой около 2500–3500 К. Значит, утверждение неверно.
2) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса K главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса A главной последовательности.
Звёзды класса K холоднее и менее массивны, чем звёзды класса A. Чем меньше масса звезды на главной последовательности, тем медленнее она расходует своё термоядерное топливо, и тем дольше её жизненный цикл. Утверждение верно.
3) Светимость красных гигантов превышает светимость Солнца не более чем в 10 раз.
Находим на диаграмме область гигантов (справа вверху, над главной последовательностью). Их светимость (ось слева) составляет от $10^2$ до $10^4$ светимостей Солнца, то есть превышает солнечную в сотни и тысячи раз. Утверждение неверно.
4) Средняя плотность звёзд главной последовательности существенно меньше средней плотности белых карликов.
Белые карлики — это конечная стадия эволюции звёзд небольшой массы. Они имеют массу, сравнимую с массой Солнца, но размер примерно с Землю. Из-за этого их плотность колоссальна (тонны в кубическом сантиметре). Звёзды главной последовательности (как наше Солнце) имеют гораздо больший объём при сопоставимой массе, поэтому их плотность значительно меньше. Утверждение верно.
5) Чем ниже температура поверхности звезды, тем меньше её абсолютная звёздная величина.
Абсолютная звёздная величина (ось справа) связана со светимостью: чем ярче звезда (больше светимость), тем меньше (или даже отрицательнее) её звёздная величина. На диаграмме видно, что есть холодные звёзды (справа) с очень высокой светимостью (сверхгиганты) — у них абсолютная звёздная величина мала (отрицательна). А есть горячие белые карлики (слева) с низкой светимостью — у них звёздная величина велика (положительна). Прямой зависимости только от температуры нет. Утверждение неверно.
Таким образом, правильные утверждения — 2 и 4.