9.2 Рассеянное скопление
В рассеянном скоплении невооруженным глазом видно всего 5 звезд, причем все они 5-ой видимой звездной величины. Глядя в телескоп с диаметром объектива 120 мм, можно увидеть еще некоторое количество звезд этого скопления, причем каждая из них видна как звезда 5 без телескопа, а от всех таких звезд приходит столько же света, как и от одной звезды 4 . Увеличение телескопа больше равнозрачкового. Сколько звезд входит в состав скопления, если в телескоп видно все звезды? Чему равна абсолютная звездная величина всего скопления, если расстояние до него равно 150 пк?
Решение
Показать решение
Решение. Диаметр хорошо приспособившегося к темноте зрачка около = 6 мм. Диаметр объектива телескопа в 120/6 = 20 раз больше. Поскольку число собранных фотонов зависит от площади входного зрачка (2 балла), значит, от звезды 5 приходит в 202 = 400 раз больше квантов света. Иначе, количество собранной телескопом световой энергии также зависит от площади объектива и превосходит в 400 раз количество энергии, собираемой невооруженным глазом. В соответствии с формулой Погсона, звездная величина слабых звезд скопления составляет (2 + 2 балла)
Для того, чтобы все слабые звезды светили как одна звезда 5 , необходимо, чтобы от них приходило в 202 = 400 раз больше фотонов, чем от одной (2 балла). От звезды 4 приходит в 100.4 ≈ 2.512 раз больше света, чем от звезды 5 . Следовательно, число слабых звезд скопления равно 400 · 2.512 ≈ 1005 (2 балла), а полное число звезд скопления равно = 1010 (1 балл).
Пусть — освещенность, создаваемая звездой 5 . Тогда все скопление создает освещенность 5 + 2.512 = 7.512. Видимая звездная величина всего скопления равна (2 балла)
Тогда абсолютная звездная величина скопления (1+2 балла)
Замечание 1. Размер зрачка глаза в темноте у разных людей может колебаться от 4 до 8 мм. В решении использовался средний размер зрачка 6 мм. При иных значениях ответ на первый вопрос будет иным. Для удобства сведем эти значения в таблицу.
Замечание 2. Число звезд скопления можно найти другим способом. Освещенность от звезды 4 больше, чем от звезды 11.5 в 100.4(11.5−4) = 1000 раз. Значит скопление содержит 1000 + 5 звезд. Ответ отличается от приведенного выше, но противоречие только кажущееся. Надо учесть, что в формуле (5) мы округлили значение . Возникает такой же эффект, как
и при измерении больших расстояний маленькой линейкой: абсолютная погрешность растет. Если мы подставим неокругленное (или округленное до большего числа знаков) значение , то получим правильный ответ = 1005 + 5 звезд. Поэтому ответ 1000 + 5 звезд является неправильным.
Критерии
Показать критерии
| Критерии оценивания. | 16 | |
|---|---|---|
| После каждого критерия указывается подробная детализация для оценивания в слу | ||
| чае неправильного ответа на вопрос. Неявное выполнение подпунктов засчитыва | ||
| ется, если в итоге ответ на финальный вопрос правильный. | ||
| К1. | Определена визуальная звездная величина звезд видимых только в телескоп6 | |
| Записана формула Погсона в любом из вариантов 2 | ||
| Освещенность зависит от площади или квадрата диаметра входного зрачка 2 | ||
| Правильное значение звездной величины 2 | ||
| [4; 8], то оценка Если в качестве диаметра зрачка выбирается величина не из диапазона | ||
| уменьшается на 1 балл | ||
| В случае ошибки на любом из предыдущих этапов вычисление звездной величины не оце | ||
| нивается | ||
| К2. | Полное количество звезд в скоплении5 | |
| Есть указание на суммирование освещенностей (света, энергии, фотонов)2 | ||
| Определено количество звезд, видимых только в телескоп2 | ||
| Если допущена ошибка, описанная в замечании 2, оценка уменьшается на 1 балл | ||
| Полное количество звезд в скоплении 1 | ||
| К3. | Абсолютная звездная величина скопления5 | |
| Определена суммарная визуальная звездная величина всего скопления 2 | ||
| Если учтены не все звезды, оценка уменьшается на 1 балл | ||
| Зависимость освещенности от обратного квадрата расстояния (явно или косвенно)1 | ||
| Правильное значение звездной величины 2 | ||
| В случае ошибки на любом из предыдущих этапов вычисление звездной величины не оце | ||
| нивается |