№ 9.4Задача 9.4
- 4. Условие. Метеор наблюдался на поверхности Земли в обширной области радиусом 1000 км, и в двух наиболее удаленных друг от друга точках этой области он имел блеск 0m. Какова была максимальная звездная величина метеора, видимая с поверхности Земли? Длиной пути метеора, рельефом Земли, атмосферной рефракцией и поглощением света пренебречь. (О.С. Угольников)
- 4. Решение. Размер области, в которой можно наблюдать метеор, в пренебрежении рефракцией и поглощением, можно определить из геометрических соображений.

Решение
Две наиболее удаленные друг от друга точки поверхности Земли, где можно увидеть метеор, обозначены как A и B. Они равноудалены по поверхности Земли от точки O, ближайшей к метеору, где он наблюдается в зените, на расстояние L. Угол в центре Земли, образованный направлениями на метеор и точку A, равен
$$\alpha = (L/R)$$ рад = 0.157 рад = 9°.
Здесь R – радиус Земли. Расстояние от точек A и B до метеора равно
$$d = R \operatorname{tg} \alpha = 1010 \operatorname{км} \approx L.$$
Расстояние от метеора до ближайшей точки Земли O – высота метеора – равна:
$$h = R \left( \frac{1}{\cos \alpha} - 1 \right) \approx 80$$ км.
Это значение можно получить с помощью приближенной формулы с учетом малости угла α:
$$h = R \cdot \left(\frac{1}{1 - \alpha^2 / 2} - 1\right) \approx \frac{R\alpha^2}{2} = \frac{L^2}{2R}.$$
Звездная величина метеора с расстояния d (или L) равна $m_0 = 0$ . Пренебрегая атмосферным поглощением, находим звездную величину с расстояния h:
$$m = m_0 - 5 \lg \frac{h}{d} = m_0 - 5 \lg \frac{L}{2R} \approx -5.5.$$
Из точки О метеор выглядел как яркий болид.
4. Система оценивания. Решение задания состоит из нескольких простых частей, которые можно выполнять в виде формул или численно, точно или приближенно (фактически, считая угол $\alpha$ в решении выше малым). Каждый подход допустим и оценивается максимально при условии правильного выполнения. Первый этап состоит в вычислении расстояния от метеора до точек A и B (или указания, что оно фактически равно заданному расстоянию L). Этот этап оценивается в 1 балл. При получении расстояния, существенно отличного от L (более чем на $100 \, \mathrm{km}$ ), вне зависимости от причины ошибки этот балл не выставляется.
Вычисление расстояния от метеора до точки O (высоты метеора) оценивается в 4 балла, при этом допустимая ошибка составляет 3 км (при ошибке до 10 км оценка снижается на 2 балла). Наконец, определение звездной величины метеора оценивается еще в 3 балла. При ошибке в знаке итоговой величины ( $+5.5^{\rm m}$ в ответе) оценка уменьшается на 1 балл, если это вызвано случайными причинами при вычислении, и на 3 балла, если причиной было неверное трактование (использование формул) шкалы звездных величин участником.
Среди работ участников могут встретиться решения, где высота метеора берется как известная (80-100 км). В этом случае за первые два этапа из 5 баллов выставляется только 2 балла, второй этап оценивается полностью при условии правильного выполнения (3 балла). Максимальная оценка в этом случае составляет 5 баллов.
Ответ
-5.5.