PHYC10008 FROM THE SOLAR SYSTEM TO THE COSMOS

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PHYC10008

FROM THE SOLAR SYSTEM TO THE COSMOS

Multiple Choice [to code directly in CANVAS] – NOTE that these are not included in the practice exam.  You have had plenty of practice at multiple choice questions.


Short answers [produce PDF file, to go through GRADESCOPE].  The papers you load will not be graded. However solutions will be posted during swot vac.

Question 1: Types of Planets                                                                                              4 marks

Briefly summarise the difference between jovian and terrestrial planets.

Question 2: Understanding the Solar System                                        [5+1+2=8 marks]

(i)          Describe the key stages in the formation of the Solar System, as we understand it today.

(ii)         What is the key factor determining the change from terrestrial planets to jovian

planets as we move away from the Sun?

(iii)        The 4 jovian planets decrease in mass and size the further they are from the Sun.

What is a reasonable explanation for this decrease?

 Question 3:   Earth’s Atmosphere                                  1+1+1+2+2=7 marks

The figure at the top left shows the Earth’s early  atmosphere.  The bottom imge shows the Earth’s atmosphere today.  The size of the circles shows  the relative abundance of the different gases.       Nitrogen (N2 ) and water (H20) have remained       about the same.

(a)  Oxygen (O2 ) has appeared.  Why?

(b)  Carbon dioxide (CO2 ) has decreased in abundance.  Why?

(c)  Hydrogen (H2 ) has disappeared.  Why?

(d) Of the gases in Earth’s modern                atmosphere, which increase the Earth’s greenhouse effect?

(e)  Why are these greenhouse gases?


Question 4 Distances                                                            [2+2=4 marks]

(i)  Suppose you want to measure the distance to the Andromeda Galaxy. You already know that it is between 2 and 3 million light years away, and that it is moving toward us. (It will     eventually merge with the Milky Way).  Name one method by which you might measure the distance.

(ii)  Why can’t we just measure Andromeda’s cosmological redshift and use that?

Question 5 Stellar Evolution                                                           [3+3+2=8 marks]

(i) Describe the sequence of events in the evolution (and end state) of a star similar in mass to our Sun.

(ii) Illustrate your answer on an HR diagram

(iii) Contrast this sequence with what occurs in a star 2-8 times more massive than our Sun.

Question 6 Dark Matter                                                                    [4 marks]

 

Figure 1 : The Bullet Cluster. Red indicates x-ray emission from hot gas. Blue

indicates the location of the weak gravitational lensing signal -- i.e., the strongest part

of the gravitational field. The cluster galaxies are those seen in the blue regions.

The Bullet Cluster is the aftermath of the collision of two galaxy clusters. X-ray observations show that the hot gas in the clusters is concentrated in the centre of the system, whereas    gravitational lensing observations show that the bulk of the gravitational field is                      concentrated around the locations of the galaxies themselves at either side of the centre.    Explain how this is evidence for the existence of dark matter, as opposed to stronger gravity from visible matter.

Question 7                                                 [3+3+3=9 marks]


(i) What are the three factors that determine the temperature at the surface of a planet in the absence of the Greenhouse Effect.

(ii) Briefly describe how the Greenhouse Effect makes a planet warmer than it would otherwise be.

(iii) Earth has been warmed by the Greenhouse Effect.  Which other planet has a significant Greenhouse Effect.  How has the Greenhouse Effect changed that planet?

Question 8   Milky Way                                 [5+3+3+3=14 marks]


(i)          Draw a diagram of the Milky Way, labeling the following: A) The bulge, B) The halo, C) The disk, D) The location of the Sun

(ii)         Where do stars form in the Milky Way?  In what way(s) do these regions look

different from the others?

(iii)         How can we measure the mass of the Milky Way?

(iv)         How does this mass compare to the stars we can see and what important

conclusion results from this comparison?

Question 9   Astronomical observations                                           [4+2=6 marks]

Consider the light spectrum of an astronomical object.

(i)          Describe two features of a spectrum that you might be able to observe with a telescope.

(ii)          Explain which physical characteristics of the object you might be able to measure

using these features.

Question 10    Another Universe                                                       [4+3=7 marks]

Our Universe started expanding and cooling with the Big Bang. This expansion and cooling   has driven all of the developments since then.  Imagine alien astronomers observing an        alternate universe from 14 billion years since the beginning.  This alternate universe differs  from ours in that it expanded (and thus cooled) at twice the rate of ours (got bigger and       cooler faster).  Nothing else changes.  Physics still works the same way, stars still live for the same amount of time, etc.

(i)          Name two specific measurements the aliens could make which would give different results from the ones we get in our universe.

(ii)         Explain your answer.

Question 11 Life on a Planet?                                                         [2+3+3=8marks]

The radiation from the Sun is an important influence on the evolution of the Earth and on life as we know it.

(i)         The Sun emits like a blackbody radiation at about 6000K.  Suppose the surface  temperature were higher, perhaps 20,000K.  How would the radiation reaching Earth from the Sun change?

(ii)         Would you expect that Earth would have evolved differently if the temperature

of the surface of the Sun were 20,000K? Please explain your answer.

(iii)        The Sun also emits particles in the solar wind.  Describe the solar wind, and

provide one example of an effect of the solar wind observed at the surface of the

Earth.

Question 12   Lost in Space!                                               [3+3=6 marks]

Some things are worse than an exam. Just as you thought the exam was about over, you     were plucked from Earth by a strange alien being. After performing gruesome experiments on your body and your mind, the alien gave you a "life-support belt" and dumped you         somewhere in the Solar System. This happened twice. A brief description of each place       where you were left by the alien is given.

Identify your location each time. Be as specific as possible, and provide a brief explanation for your answer.

(i)          It is very cold, but otherwise quite comfortable. You breathe deeply. Although there is no oxygen (not to worry–your life-support belt will take care of that

problem), the air pressure is quite tolerable and seems almost Earth-like                 (because it is mostly nitrogen). Your vista might even include such breathtaking    sights as an ocean of liquid methane before you, and snow-capped (methane        snow) mountains behind (although the atmosphere is very smoggy and the            visibility consequently is limited). Your solar day is about 16 Earth days long. A      large, ringed object seems to hang in your sky, never rising or setting; however, it goes through phases from new to full and back to new again with the same 16-    day period as the rising and setting of the Sun.

(ii)          Following another series of experiments in which you are flung against walls to

test the resiliency of the human body, you are ejected from the ship and find       yourself in a storm. Whipped by winds gusting at 10,000 km/hr, rising and falling in convective currents, you are not having a good time. On the rare occasions      when you can assess your surroundings, you notice a horizon that seems to go    on "forever" (or, at least, much farther than the horizon on Earth), and no solid   surface anywhere. You get a glimpse of several large moons. The Sun races           through your sky, requiring only about 5 hours to rise nearly due east, cross the  meridian at an altitude of about 55° in the north, and then set due west.

 

 

 

2022-11-02