10.2 Главный пояс астероидов
Общая масса главного пояса астероидов составляет 4% массы Луны. При этом десять самых массивных тел ГПА составляют около 55% от всей массы пояса. Предположим, что практически вся оставшаяся масса находится в астероидах, размер которых превышает 1 км. Средний радиус таких астероидов примем за 5 км. Считая, что все астероиды обращаются вокруг Солнца в одной плоскости и равномерно распределены внутри кольца с внутренним радиусом 2.1 а.е и внешним радиусом 3.3 а.е., определите характерное расстояние между такими астероидами.
Астероиды можно считать сферическими. Средняя плотность астероидов в главном поясе .
Ответ
Показать ответ
Ответ: 7.6 · 105 км или 6.8 · 105 км.
Решение
Показать решение
Решение.
Сначала определим суммарную массу рассматриваемых астероидов. Она составляет 45% от массы всего главного пояса, которая в свою очередь, в 25 раз меньше массы Луны.
Теперь оценим массу одного астероида:
Зная массу всех рассматриваемых астероидов и массу одного астероида, можно определить количество астероидов:
Теперь мы можем ответить на вопрос задачи, а именно оценить характерное расстояние между астероидами, если они распределены равномерно.
По условию задачи все астероиды находятся внутри кольца в одной плоскости, причем распределены в этом кольце равномерно. Тогда отношение площади всего кольца к числу астероидов даст нам площадь области кольца, «занятой» одним астероидом. Если мы посчитаем эту область кольцом, то диаметр этого кольца и будет являться характерным расстоянием между астероидами.
С одной стороны, площадь всего кольца астероидов равна
С другой стороны,
где D – характерное расстояние между астероидами. Выразим величину D.
Подставим значения:
Переведем из астрономических единиц в километры:
Возможны также другие оценки формы этой области (например, можно взять ее квадратной, и принять за характерное расстояние длину стороны этого квадрата). Найдем значение расстояния для такой формы области:
где – характерное расстояние между астероидами. Выразим величину .
Подставим значения:
Переведем из астрономических единиц в километры:
Критерии
Показать критерии
Критерии оценивания. 16 К1. Определение суммарной массы исследуемых астероидов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 К2. Определение числа астероидов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Если на этом этапе участник перепутал радиус астероида с его диаметром, то максимальная оценка за этот пункт – 1 балл, при прочих верных расчетах. Остальные пункты оцениваются, исходя из полученных участником величин. К3. Использование плоской (двумерной) модели для вычисления характерной площади. . .2 Участник может решать задачу и в трехмерной модели, в которой толщина кольца по вертикальной оси равна характерному диаметру астероида. К4. Определение площади главного пояса астероидов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Если участник использовал только один из двух заданных в условии радиусов или считал пояс квадратным, за данный этап ставится 0 баллов К5. Опредение характерного расстояния (в любой из описанных выше моделей). . . . . . . . . . .4 Данный балл ставится только при наличии верного численного ответа. Арифметическая ошибка в данном пункте, в том числе при переводе из одних единиц в другие, снижает оценку на 3 балла.