ast$2010:$descriptive$astronomy$...

16
AST 2010, Exam 2, Winter 2014 Prof. Bonvicini 1 AST 2010: Descriptive Astronomy EXAM 2 March 3, 2014 DO NOT open the exam until instructed to. Please read through the instructions below and fill out your details on the Scantron form. Instructions 1. The exam consists of 50 multiple choice questions. 2. There will be 1 hour and 45 minutes to complete the exam. 3. Answers are to be marked on the Scantron answer sheet provided. 4. A list of useful equations and constants are provided. No student notes are allowed. 5. Please answer using a No. 2 pencil only (pen will not be read by the machine). 6. Read the instructions on the answer sheet for how to mark your answers correctly. 7. Scientific calculators are allowed, however, cell phones are not. 8. Use of cell phones will be considered cheating and will result in a 0. 9. Cheating of any sort is not tolerated and will result in a 0 and potential further action. Please now fill in your Last Name, First Name and student ID number in the relevant boxes on the Scantron form. There is no need to fill in the Birth date, Sex or Grade/Education.

Upload: others

Post on 03-Mar-2020

15 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  1  

AST  2010:  Descriptive  Astronomy  EXAM  2  

March  3,  2014      

DO  NOT  open  the  exam  until  instructed  to.  Please  read  through  the  instructions  below  and  fill  out  your  details  on  the  Scantron  form.  

 Instructions    

1. The  exam  consists  of  50  multiple  choice  questions.  

2. There  will  be  1  hour  and  45  minutes  to  complete  the  exam.  

3. Answers  are  to  be  marked  on  the  Scantron  answer  sheet  provided.  

4. A  list  of  useful  equations  and  constants  are  provided.  No  student  notes  are  allowed.  

5. Please  answer  using  a  No.  2  pencil  only  (pen  will  not  be  read  by  the  machine).  

6. Read  the  instructions  on  the  answer  sheet  for  how  to  mark  your  answers  correctly.  

7. Scientific  calculators  are  allowed,  however,  cell  phones  are  not.  

8. Use  of  cell  phones  will  be  considered  cheating  and  will  result  in  a  0.  

9. Cheating  of  any  sort  is  not  tolerated  and  will  result  in  a  0  and  potential  further  

action.  

 Please  now  fill  in  your  Last  Name,  First  Name  and  student  ID  number  in  the  relevant  boxes  on  the  Scantron  form.    There  is  no  need  to  fill  in  the  Birth  date,  Sex  or  Grade/Education.        

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  2  

Physical  Constants    

Name   Symbol   Value  Speed  of  light   c   3  ×  108  m  s-­‐1  Gravitational  constant   G   6.67  ×  10-­‐11  m3  kg-­‐1  s-­‐2  Planck’s  constant   h   6.63  ×  10-­‐34  J  s  Stefan-­‐Boltzmann  constant   σ   6.67  ×10-­‐8  W  m-­‐2  K-­‐4  Wien’s  law  constant   T  ×  λmax   2.90  ×  106  K  nm  

   

Astronomical  Constants    

Name   Symbol   Value  Astronomical  Unit   AU   1.50  ×  1011  m  Light-­‐year   ly   9.46  ×  1015  m  =  63,240  AU  Parsec   pc   3.09  ×  1016  m  =  206,265  AU  =  3.26  ly  Year  (synodic)   yr   365.2422  days  =  3.1557  ×  107  s  Mass  of  Earth   M⊕   5.97  ×  1024  kg  Mass  of  Sun   M

!   1.99  ×  1030  kg  

Equatorial  radius  of  Earth  

R⊕   6378  km    

Radius  of  Sun   R!   6.96  ×  108  m  

Luminosity  of  Sun   L!   3.83  ×  1026  W  

Hubble’s  constant   H0   72  km  s-­‐1  Mpc-­‐1      

Some  useful  equations    

Geometry  

Circumference  of  a  circle  =  2πR  

Area  of  a  circle  =  πR2  

Surface  area  of  a  sphere  =  4πR2  

Volume  of  sphere  =  !!  πR3  

 

Distance  Relationships  

Distance  –  velocity  –  time:  d  =  v  ×  t  

Linear  size  -­‐  angular  size:  l  =  d  ×  α/57.3° Distance  from  parallax:  d  (in  parsecs)  =  1/p(in  arcsec)  

Hubble’s  law  (for  distance  galaxies):  d  =  v/H0  

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  3  

Gravity  

Kepler’s  3rd  Law:  P2  =  a3  when  P  is  in  years  and  a  is  in  AU  

Gravitational  force  between  two  masses:  𝐹! =!  !  !!!

 

Gravitational  potential  energy:  𝐸! =  −  !  !  !!  

Newton’s  modified  form  of  Kepler’s  3rd  law:  𝑀! +  𝑀! =  !!

!!    (for  d  in  AU  and  P  in  years)  

Mass  of  object  for  orbital  speed  v  and  at  distance  R:  𝑀 =   !  !!

!  

Escape  velocity:  𝑣!"# =  !!"!  

 Light  

Frequency  (ν)  –  wavelength  (λ)  relation:    λ  ×  ν  =  c  

Energy  of  a  photon:  𝐸 = ℎ  ×  𝜈 =   !  ×  !!  

Stefan-­‐Boltzmann  law:  L  =  σT4  ×  (surface  area)  

Wien’s  Law:  𝑇 =   !.!×!!!  !  !"

!!"#  

Brightness  (B)  –  Luminosity  (L)  relation:  𝐵 =   !!!!!

 

Doppler  effect:  Radial  velocity  =  VR  =  𝑐  ×  !"!  

 

Other  Physical  Relationships  

Density  =  Mass  /  Volume  

Newton’s  2nd  Law:  F  =  m  ×  a  

Kinetic  Energy:  KE  =  ½  m  ×  v2  

Conservation  of  angular  momentum:  Mass  ×  Circular  velocity  ×  Radius  =  constant  

 

   

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  4  

Questions  

1. The  ability  of  a  telescope  to  detect  fine  detail  is  called  a. Finesse  b. Persistence  c. Focus  d. Aperture  e. Resolution  

         

2. The  aperture  of  a  telescope  if  determined  by  the  area  of  its  primary  mirror  or  lens  a. True  b. False  

           

3. The  device  used  to  detect  light  in  digital  cameras  is  called  a. Electron  modulator  b. Photomultiplier  tube  c. False  color  image  d. CCD  (or  charge-­‐coupled  device)  e. Aperture  

             

4. The  largest  telescopes  are  the  optical  telescopes  a. True  b. False  

             

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  5  

5. When  looking  through  a  green  ____________,  you  see  only  the  green  light  coming  from  each  object.  

a. Aperture  b. Coherent  c. Filter  d. Collecting  area  e. None  of  the  above  

         

6. If  the  radius  of  a  telescope’s  mirror  is  doubled,  the  surface  area  increases  by  a. 2  times  b. 3  times  c. 4  times  d. 8  times  e. None  of  the  above  

         

7. The  diagram  below  displays  an  example  of  a  a. Refracting  telescope  b. Newtonian  telescope  c. Cassegrain  telescope  d. Copernican  telescope  e. None  of  the  above  

       

 

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  6  

8.  A  refractor  and  a  reflector  have  the  same  diameter  aperture.    A  disadvantage  of  the  reflector  is  that  

a. reflectors  allow  in  less  light  because  it  is  blocked  by  the  secondary  mirror  

b. reflectors  have  less  magnification  c. reflectors  do  not  direct  all  light  to  the  same  place  d. None  of  the  above  

         

9. How  does  the  speed  of  light  in  glass  compare  to  in  space?  a. Faster  in  glass  b. Faster  in  space  c. Same  in  both  

           

10. The  bending  of  light  around  corners  or  edges  is  called:  a. Resolution  b. Refraction  c. Interference  d. Interferometer  e. Diffraction  

               

11. The  angular  resolution  of  a  telescope  is  determined  by  the  _______________  of  the  telescope  and  the  _____________  of  the  radiation  being  observed.  

a. Length,  wavelength  b. Length,  color  c. Size  of  the  aperture,  brightness  d. Size  of  the  aperture,  wavelength  e. None  of  the  above  

     

12. The  wavelength  regions  where  the  atmosphere  does  not  absorb  radiation  are  called  

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  7  

a. Adaptive  optics  b. Atmospheric  windows  c. Light  pollution  d. Scintillation  e. Seeing  

     

13. ________________  is  a  measure  of  the  steadiness  of  the  atmosphere  during  astronomical  observations.  

a. Adaptive  optics  b. Atmospheric  windows  c. Light  pollution  d. Scintillation  e. Seeing  

     

14. The  Sun’s  visible  surface  is  called  the  a. Solar  corona  b. Solar  Wind  c. Sunspots  d. Chromosphere  e. Photosphere  

         

15. The  process  of  converting  hydrogen  into  helium  in  the  Sun  is  called  what?  a. Radioactive  decay  b. Neutrino  production  c. Nuclear  fusion  d. Nuclear  fission  e. None  of  the  above  

     

   

16. On  average,  the  time  between  solar  activity  maxima  is  a. 1  year  b. 11  years  c. 22  years  d. 33  years  

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  8  

e. 111  years            

17. Colder  visible  regions  of  the  Sun  are  called  a. Aurora  b. Coronal  mass  ejections  c. Flares  d. Sunspots  e. Prominences  

         

18. On  the  Sun,  the  equator  rotates  faster  than  the  area  around  the  poles  a. True  b. False  

         

19. A  parallax  angle  of  1  arcsecond  means  that  an  object  is  at  a  distance  of  ___________  .  a. 1  A.U.  b. 1  light-­‐year  c. 1  parsec  d. 1  kiloparsec  e. None  of  the  above  

         

20. The  method  of  triangulation  is  good  for  measuring  distances  a. Within  the  solar  system  b. To  nearby  stars  c. Within  our  galaxy  d. To  nearby  galaxies  e. None  of  the  above  

     

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  9  

   

21. The  amount  of  light  reaching  us  from  a  star  is  called  luminosity  a. True  b. False  

   

22. Star  A  is  10  times  brighter  than  star  B,  but  they  have  the  same  luminosity.    Which  star  is  closer?  

a. Star  A  b. Star  B  c. Neither,  they  are  at  the  same  distance  

     

23. Cold  stars  show  absorption  lines  from  heavy  elements  such  as  Calcium  and  Titanium  oxide  in  their  spectra.  

a. True  b. False  

         

24. Differences  in  spectral  type  mainly  reflect  differences  in  a. Temperature  b. Composition  c. Neither  

         

25. As  two  stars  orbit  each  other  in  a  binary  system  their  spectral  lines  get  shifted  due  to  eclipses  

a. True  b. False  

     

26. The  Stefan-­‐Boltzmann  Law  gives  the  ____________  as  a  function  of  temperature  a. Total  power  radiated  b. Power  radiated  per  unit  area  c. Power  radiated  per  unit  wavelength  d. Flux  received  on  Earth  

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  10  

e. The  wavelength  where  the  emission  peaks            

27. Suppose  there  are  two  stars  A  and  B  with  the  same  luminosity.    If  star  A  is  larger  than  star  B,  we  can  conclude  

a. Star  A  is  more  massive  b. Star  B  is  more  massive  c. The  temperature  of  star  B  is  lower  d. The  temperature  of  star  A  is  lower  e. Not  enough  information  to  conclude  anything  

         

28. In  an  eclipsing  binary  star  system,  the  maximum  brightness  occurs  when  a. The  hotter  star  passes  in  front  of  the  cooler  star  b. The  colder  star  passes  in  front  of  the  hotter  star  c. Both  stars  are  visible  d. The  brightness  of  the  system  is  constant  e. None  of  the  above  

         

29. Below  is  an  H-­‐R  diagram.    Stars  in  area  #1  correspond  to  a. Main  sequence  stars  b. Brown  dwarfs  c. Red  giants  d. Black  holes  e. White  dwarfs  

   

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  11  

     

30. In  the  above  H-­‐R  diagram,  stars  in  area  #2  correspond  to  a. Main  sequence  stars  b. Brown  dwarfs  c. Red  giants  d. Black  holes  e. White  dwarfs  

     

31. In  the  above  H-­‐R  diagram,  stars  in  area  #3  correspond  to  a. Main  sequence  stars  b. Brown  dwarfs  c. Red  giants  d. Black  holes  e. White  dwarfs  

   

32. The  _________  the  mass  of  a  star,  the  longer  the  time  it  spends  in  each  stage  of  its  evolution.  

a. Higher  b. Lower  c. Doesn’t  Matter  

     

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  12  

   

33. The  Sun  is  classified  as  a  high-­‐mass  star.  a. True  b. False  

         

34. Which  of  the  following  do  not  have  enough  mass  to  fuse  hydrogen  into  helium?  a. Main  sequence  stars  b. Red  giants  c. Super  giants  d. White  dwarfs  e. Brown  dwarfs  

         

35. Which  of  the  following  statements  about  molecular  clouds  is  false?  a. The  contain  hydrogen  b. They  contain  particles  coated  in  ice  c. They  contain  helium  d. They  contain  iron  e. The  entire  cloud  contracts  as  a  whole  leading  to  a  gigantic  protostar  

         

36. Stars  spend  most  of  their  life  on  the  main  sequence  a. True  b. False  

     

37. When  the  core  of  a  star  contracts  it  ___________________  .  a. Heats  up  b. Cools  down  c. Its  temperature  stays  the  same  

       

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  13  

38. When  entering  the  giant  phase,  high  mass  stars  don’t  increase  in  luminosity  as  much  as  low  mass  stars  

a. True  b. False  

       

39. When  a  star  expands,  the  surface  a. Turns  red,  heats  up  and  power  per  square  meter  is  increased  b. Turns  red,  heats  up  and  power  per  square  meter  is  reduced  c. Turns  red,  cools  down  and  power  per  square  meter  is  increased  d. Turns  red,  cools  down  and  power  per  square  meter  is  reduced  e. None  of  the  above  

         

40. Variable  stars  that  have  no  repeated  pattern  on  a  light  curve  are  referred  to  as  a. Irregular  variables  b. Cepheid  variables  c. RR  Lyrae  variables  d. Mira  variables  e. Novae  

         

41. The  area  on  the  H-­‐R  diagram  where  most  variable  stars  are  found  is  called  the  a. Main  sequence  b. Supergiant  region  c. Giant  region  d. White  dwarf  region  e. Instability  strip  

   

42. The  period-­‐luminosity  relation  states  that  longer  periods  of  a  Cepheid  variable  imply  higher  luminosities  

a. True  b. False  

     

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  14  

   

43. From  the  figure  below,  where  on  the  evolution  time  line  does  the  star  eject  its  outer  layers?  

a. 1  b. 2  c. 3  d. 4  e. 5  

       

44. At  the  center  of  a  low-­‐mass  planetary  nebula  is  found  a  a. Planet  b. Black  Hole  c. Neutron  Star  d. White  Dwarf  e. Variable  star  

         

45. What  best  describes  the  evolution  of  a  sun-­‐like  star  from  youngest  to  oldest?  a. Black  dwarf,  white  dwarf,  red  giant,  main  sequence,  protostar  b. Red  giant,  main  sequence,  white  dwarf,  black  dwarf,  protostar  c. Protostar,  main  sequence,  red  giant,  white  dwarf,  black  dwarf  d. Protostar,  main  sequence,  red  giant,  black  dwarf,  white  dwarf  e. Protostar,  red  giant,  main  sequence,  white  dwarf,  black  dwarf  

 

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  15  

         

46. Material  from  a  companion  star  that  accretes  onto  a  white  dwarf  can  trigger  a  chain  reaction  of  fusion  called  

a. Thermonuclear  runaway  b. Coronal  ejection  c. Electron  degeneracy  d. Mass  transfer  e. Recurrent  nova  

           

47. When  the  mass  of  a  white  dwarf  becomes  less  than  the  Chandrasekhar  limit,  it  will  collapse.  

a. True  b. False  

           

48.  In  a  high  mass  star  _____________  cannot  be  used  as  fuel  a. Oxygen  b. Carbon  c. Nitrogen  d. Silicon  e. Iron  

       

49. In  the  late  stages  of  a  high-­‐mass  red  giant,  elements  are  in  layers  with  ________  in  the  core  and  _________  in  the  outermost  layer.  

a. Hydrogen,  Helium  b. Helium,  Hydrogen  c. Helium,  Silicon  d. Iron,  Hydrogen  e. Hydrogen,  Iron  

 

AST  2010,  Exam  2,  Winter  2014     Prof.  Bonvicini  

  16  

         

50. The  sun  will  become  a  supernova  a. True  b. False