Звёзды и экзопланеты, 11 класс: примеры с решением

Как по кривой блеска узнать размер экзопланеты, а по кривым лучевых скоростей найти период и отношение масс двойной звезды. Разбор метода и частых ошибок, ниже список решённых заданий.

11 заданий11 класс
Астрономия11 классДвойные звёзды: спектральный класс и затмения

Какому спектральному классу из перечисленных может принадлежать главный компонент? Солнцеподобная звезда Голубой субгигант Коричневый карлик Звезда…

Астрономия11 класс2 заданияДвойные звёзды, лучевые скорости и массы

На рисунке показана зависимость лучевой скорости двух компонентов двойной звёздной системы от времени. По оси абсцисс отложена модифицированная юлианская дата…

Астрономия11 класс4 заданияОтношение масс компонентов двойной звезды

На рисунке показана зависимость лучевой скорости двух компонентов двойной звёздной системы от времени. По оси абсцисс отложена смещённая модифицированная…

Астрономия11 классДвойные звёзды, лучевые скорости, затмения

На рисунке показана зависимость лучевой скорости двух компонентов двойной звёздной системы от времени. По оси абсцисс отложена смещенная модифицированная…

Астрономия11 классЗатмения в двойной системе по кривой лучевых скоростей

Могут ли в данной системе наблюдаться затмения одним компонентом другого? Варианты ответа: - Да, причём каждый период - Да, иногда - Нет, это невозможно …

Астрономия11 класс3 заданияДвойная звезда: кривые лучевых скоростей

На рисунке показана зависимость лучевой скорости двух компонентов двойной звездной системы от времени. По оси абсцисс отложена смещенная модифицированная…

Астрономия11 классРазмер экзопланеты по кривой блеска

К какому типу с наибольшей вероятностью относится экзопланета в соответствии с ее размером? Варианты: Холодный субнептун; Горячий юпитер; Планета земного типа.

Астрономия11 классТранзит планеты: кривая блеска, период обращения, спектральный класс

На рисунке показана кривая блеска, полученная JWST при прохождении планеты по диску родительской звезды. На оси абсцисс отложено время наблюдения по часовому…

Астрономия11 классКривая блеска при транзите планеты

На рисунке показана кривая блеска, полученная JWST при прохождении планеты по диску родительской звезды. На оси абсцисс отложено время наблюдения по часовому…

Астрономия11 классКривая блеска, часовые пояса

На рисунке показана кривая блеска, полученная JWST при прохождении планеты по диску родительской звезды. На оси абсцисс отложено время наблюдения по часовому…

Астрономия11 классКривая блеска транзита планеты

На рисунке показана кривая блеска, полученная JWST при прохождении планеты по диску родительской звезды. На оси абсцисс отложено время наблюдения по часовому…

Звёзды и экзопланеты: какие задания встречаются

В заданиях по теме «звёзды и экзопланеты» почти всегда дан график, и по нему нужно что-то найти. Графиков два вида.

  • Кривая блеска: как меняется яркость звезды со временем. Когда планета проходит по диску звезды (это называется транзит), яркость немного падает.
  • Кривая лучевых скоростей: как меняется скорость звезды вдоль луча зрения. По ней видно, что звезда двойная или что рядом с ней есть планета.

По этим графикам спрашивают период обращения, размер планеты, отношение масс компонентов, возможны ли затмения, какого типа планета или звезда. Всё это считается несколькими короткими формулами, главное понять, что откуда берётся на графике.

Как по кривой блеска найти размер экзопланеты

Во время транзита планета закрывает часть диска звезды. Доля потерянного света равна отношению площадей дисков:

ΔF / F = (Rп / Rз)²

Здесь ΔF / F — глубина провала (на графике обычно в процентах), Rп — радиус планеты, Rз — радиус звезды. Чтобы получить отношение радиусов, нужно извлечь корень из глубины.

Длительность транзита — это ширина провала на графике, период обращения планеты — расстояние между серединами двух соседних провалов. Часовой пояс на оси времени для этого не важен: ты вычитаешь одно время из другого. Пояс нужен, только если в вопросе просят назвать момент по другому времени.

Подробнее о том, чем такие наблюдения делают, читай в теме телескопы и наблюдения.

Разбор: что за планета, если яркость упала на 1%

Условие. Яркость звезды типа Солнца во время транзита упала на 1%. Планета какого типа: горячий юпитер, холодный субнептун или планета земного типа?

  1. Переводим провал в долю: 1% = 0,01.
  2. Извлекаем корень: Rп / Rз = √0,01 = 0,1.
  3. Радиус Солнца около 696 000 км, значит Rп ≈ 0,1 × 696 000 ≈ 70 000 км.
  4. Радиус Юпитера около 71 500 км. Планета размером с Юпитер — газовый гигант.
  5. Провал заметен, а период короткий (несколько суток), поэтому планета близко к звезде. Это горячий юпитер.

Для сравнения: Земля закрывает у Солнца (6371 / 696 000)² ≈ 0,0084% диска. Такой провал в сто раз слабее, поэтому планеты земного типа ловить намного труднее.

Двойные звёзды: период, массы и затмения по лучевым скоростям

У двойной звезды обе компоненты обращаются вокруг общего центра масс, и на графике две синусоиды. Одна показывает скорость первой звезды, другая второй. Если они в противофазе, когда одна звезда приближается, другая удаляется.

  • Период — расстояние по времени между двумя соседними одинаковыми точками одной кривой, например двумя максимумами. Если максимумы на 2,0 и 5,5 суток, период 3,5 суток.
  • Амплитуда K — половина разности максимума и минимума, то есть (vmax − vmin) / 2. Отсчитывай её от средней линии, а не от нуля.
  • Отношение масс: m₁ / m₂ = K₂ / K₁. Чем меньше амплитуда, тем массивнее звезда. Если K₁ = 30 км/с, а K₂ = 90 км/с, то m₁ / m₂ = 3.

Если орбиты круговые, расстояние между звёздами находят как a = (K₁ + K₂) × P / (2π). Сумму масс потом считают по третьему закону Кеплера.

Затмения. Они возможны, когда орбита повёрнута к нам ребром. Если в условии сказано, что луч зрения лежит в плоскости орбиты, одна звезда проходит перед другой на каждом обороте. Если угол наклона неизвестен, ответ «невозможно определить». Читай условие внимательно, именно оно подсказывает вариант.

Для вопроса о спектральном классе главного компонента оцени его массу по отношению масс и сумме масс. Дальше сравни с вариантами: у коричневого карлика масса меньше примерно 0,08 массы Солнца, и главной (более массивной) звездой он быть не может.

Где ошибаются чаще всего

  • Глубину транзита принимают за отношение радиусов. Провал в 1% означает отношение радиусов 0,1, а не 0,01. Нужен корень.
  • Перепутали, какая звезда массивнее. Отношение масс обратно отношению амплитуд: у более массивной звезды скорость меньше.
  • Измеряют амплитуду от нуля. У системы есть общая скорость, и синусоиды могут быть смещены. Бери половину размаха.
  • Считают за период половину цикла. Период — полный оборот, от максимума до следующего максимума, а не от максимума до минимума.

Ещё одна частая путаница: транзит и затмение в двойной звезде похожи, но в первом случае перед звездой проходит тёмная планета, во втором — другая звезда, и провалов может быть два, глубокий и неглубокий.

Как пользоваться страницей

Ученики 11 класса присылают по этой теме задания в основном с графиками: кривая блеска JWST с вопросами о периоде, размере и типе планеты, кривые лучевых скоростей двойной звезды с вопросами о периоде, массах, затмениях и спектральном классе. В списке выше найди задание с похожим графиком и сравни ход решения со своим. Если такого нет, сфотографируй своё условие и получи решение с ходом. О том, что рядом с Землёй, читай в теме Солнечная система, а о звёздах в масштабе Вселенной в теме галактики и Вселенная.

Частые вопросы

Как найти радиус экзопланеты по кривой блеска?

Найди глубину провала в долях (1% = 0,01), извлеки корень и умножь на радиус звезды. Получится Rп = Rз × √(ΔF / F).

Как найти период обращения двойной звезды по графику?

Возьми две одинаковые точки одной кривой, например соседние максимумы, и вычти время одной из другой. Результат в сутках и есть период.

Как найти отношение масс компонентов двойной звезды?

Измерь амплитуды обеих кривых лучевых скоростей. Отношение масс обратно отношению амплитуд: m₁ / m₂ = K₂ / K₁.

Когда в двойной системе возможны затмения?

Когда луч зрения лежит в плоскости орбиты или близок к ней, то есть орбиту мы видим почти с ребра. Если в условии наклон не указан, определить это нельзя.

Звёзды и экзопланеты, 11 класс: примеры с решением | ДЗмэн