ONC · Astronomia

Questões de Sol, estrelas e luz da ONC

20 questões oficiais da ONC sobre Sol, estrelas e luz, de 2019 a 2025, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 8 fáceis, 12 médias.

Treine Sol, estrelas e luz com 20 questões da ONC

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6 questões de Sol, estrelas e luz resolvidas

Questão 1 · ONC 2025 · 3º ano do ensino médio · Questão 9média

A potência total L emitida por uma estrela (que chamamos de "luminosidade absoluta" da estrela) pode ser calculada multiplicando o fluxo F da energia emitido (σT⁴) pela a área A da sua superfície, supostamente esférica de raio R (4πR²):

L = F × A = (σT⁴) × (4πR²)

Onde σ é a Constante de Stefan-Boltzmann e T, a temperatura em Kelvin.

Considere duas estrelas: “A” e “B”. A estrela A tem uma temperatura superficial de 6.000 K e raio igual a 1 raio solar, e a estrela B tem uma temperatura superficial duas vezes maior, 12.000 K e raio igual a 3 raios solares. Considere, também, que a estrela B está duas vezes mais distante de nós do que a estrela A.

Sendo assim, quantas vezes mais luminosa é a estrela B em comparação com a estrela A?

A
144
B
36
C
72
D
288
E
108

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Gabarito: A (elaborado pelo Treinamento 101)

A luminosidade é proporcional a R² × T⁴ (σ e 4π se cancelam na razão):

L_B ÷ L_A = (R_B/R_A)² × (T_B/T_A)⁴

Raio: 3 vezes maior → 3² = 9
Temperatura: 2 vezes maior → 2⁴ = 16

L_B ÷ L_A = 9 × 16 = 144

A distância é uma pegadinha: ela muda o brilho aparente (o quanto chega até nós), não a luminosidade, que é a potência que a estrela emite.

Resposta: A

Dica: luminosidade é propriedade da estrela; brilho aparente depende também da distância (cai com o quadrado dela).

Questão 2 · ONC 2024 · 3º ano do ensino médio · Questão 11média

A luminosidade de uma estrela é uma característica própria e depende apenas do seu raio e da sua temperatura superficial. Já o seu brilho depende da distância dela até nós. Podemos comparar a luminosidade de uma estrela à potência de uma lâmpada comum. Uma lâmpada de 100 watts acesa, por exemplo, terá sempre 100 watts a qualquer distância que esteja de nós. No entanto, ela será mais brilhante quanto mais perto estiver de nós. A luminosidade **L_* de uma estrela é proporcional ao seu raio R_* elevado ao quadrado vezes à sua temperatura superficial T_*** elevada à quarta potência.

Podemos escrever a seguinte relação, em comparação com as unidades solares:

Através das informações dadas, assinale a opção que traz o par R e T de uma estrela que tem a mesma luminosidade do Sol, ou seja L_* = L_Sol.

A
R_* = 4 R_Sol, T_* = 2.900 K (1/2 T_Sol)
B
R_* = 4 R_Sol, T_* = 5.800 K (1 T_Sol)
C
R_* = 4 R_Sol, T_* = 11.600 K (2 T_Sol)
D
R_* = 2 R_Sol, T_* = 11.600 K (2 T_Sol)
E
R_* = 2 R_Sol, T_* = 5.800 K (1 T_Sol)

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Gabarito: A (elaborado pelo Treinamento 101)

Pela relação do enunciado:

L_* / L_Sol = (R_*/R_Sol)² × (T_*/T_Sol)⁴

Para a mesma luminosidade do Sol, esse produto tem de dar 1. Teste as alternativas:

A: 4² × (1/2)⁴ = 16 × 1/16 = 1 ✓
B: 4² × 1⁴ = 16
C: 4² × 2⁴ = 16 × 16 = 256
D: 2² × 2⁴ = 4 × 16 = 64
E: 2² × 1⁴ = 4

Uma estrela 4 vezes maior que o Sol, mas com metade da temperatura, emite a mesma potência total.

Resposta: A

Dica: a temperatura entra na quarta potência: dobrar T multiplica a luminosidade por 16, e isso compensa um raio 4 vezes maior.

Questão 3 · ONC 2022 · 2º ano do ensino médio · Questão 9média

Já se passaram três décadas desde que astrônomos descobriram a supernova mais brilhante observada nos últimos 400 anos. A explosão estelar SN 1987A resplandeceu com o brilho de 100 milhões de sóis durante vários meses após a sua descoberta em 23 de fevereiro de 1987.Situada na Grande Nuvem de Magalhães, uma das galáxias satélite da Via Láctea, a SN 1987A foi a explosão de supernova mais próxima observada em séculos, tendo-se tornado rapidamente na supernova mais bem estudada de todos os tempos. As supernovas são criadas a partir do colapso do seu núcleo. No processo, o núcleo sofre deformações devido ao peso gravitacional, e entra em colapso. O que ocorre depois é uma série de reações que desencadeiam uma grandiosa explosão, arrebentando as camadas exteriores da estrela. À medida que o colapso do centro da estrela ocorre, a sua densidade cresce até que a captura de elétrons por prótons via interação fraca se torna energeticamente favorável, produzindo nêutrons e neutrinos. Esse processo transforma a maior parte da matéria no interior da estrela em nêutrons e produz uma enorme quantidade de neutrinos e desencadeia uma grandiosa explosão, arrebentando as camadas exteriores da estrela.

Imagem: Anéis em torno da supernova 1987A, com a ejeção da explosão no centro do anel inteiro (crédito: ESA/Hubble).

Alguns segundos após ser observada a explosão da supernova SN 1987A, detectores existentes no subsolo da Terra registraram a chegada de uma quantidade de neutrinos maior do que o normal. Podemos, então, afirmar que estes neutrinos:

A
foram ejetados quase na velocidade da luz.
B
sofreram inúmeras colisões no espaço antes de chegarem aqui.
C
foram desviados pelo campo magnético da Terra, gerando auroras nas regiões polares.
D
foram ejetados numa velocidade superior à da luz.
E
foram ejetados numa velocidade muito inferior à da luz.

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Gabarito: A

A luz da explosão e os neutrinos saíram juntos da Grande Nuvem de Magalhães, a cerca de 160 mil anos-luz, e chegaram à Terra com poucos segundos de diferença. Depois de 160 mil anos de viagem, chegar quase junto com a luz só é possível se os neutrinos viajaram quase na velocidade da luz. Como têm massa (muito pequena), não podem ultrapassá-la.

Resposta: A.

Por que as outras atraem:
- D: nada com massa supera a velocidade da luz.
- E: se fossem muito mais lentos, chegariam milhares de anos depois.
- B: neutrinos quase não interagem com a matéria; atravessam até a Terra inteira.
- C: neutrinos não têm carga elétrica; o campo magnético não os desvia (auroras vêm de partículas carregadas do vento solar).

Dica: neutrinos são partículas sem carga, de massa minúscula, que atravessam quase tudo a uma velocidade muito perto da luz.

Questão 4 · ONC 2021 · 8º e 9º anos · Questão 16média

A magnitude aparente (m) de um corpo celeste é um número que mede o seu brilho como visto por um observador na Terra. Quanto mais brilhante um objeto parece, menor é o valor de sua magnitude (a escala é invertida). A tabela a seguir traz o número estimado de estrelas no céu mais brilhantes do que uma certa magnitude particular.

Fonte: National Solar Observatory—Sacramento Peak.

De acordo com esta tabela, avalie as afirmativas a seguir:

I – Só existem 3 estrelas no céu com m < 0,0.

II – As estrelas mais brilhantes são as de maior número.

III – Quando passamos de m = 4,0 para m = 5,0 há um aumento estimado de 1.602 estrelas.

IV – O olho humano típico, em boas condições observacionais, conseguiria ver cerca de 14 mil estrelas em todo o céu.

Sobre as afirmativas acima, podemos concluir que:

A
nenhuma das afirmativas está correta.
B
apenas as afirmativas II e III estão corretas.
C
apenas as afirmativas I e IV estão corretas.
D
apenas as afirmativas II, III e IV estão corretas.
E
todas as afirmativas estão corretas.

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Gabarito: A (elaborado pelo Treinamento 101)

Leia a tabela com cuidado: a coluna da direita é o número de estrelas mais brilhantes que a magnitude indicada.

I. Mais brilhantes que m = 0,0: 4 estrelas, não 3. Falsa.

II. Quanto mais brilhante, menor a magnitude (a escala é invertida). Falsa.

III. De m = 4,0 para m = 5,0: 1.602 − 513 = 1.089 estrelas a mais, não 1.602. Falsa.

IV. O limite do olho humano está em m = 6,5 (última linha do "Sim"): cerca de 9.100 estrelas no céu todo. As 14.000 são de m = 7,0, já invisíveis a olho nu. Falsa.

Resposta: A (nenhuma está correta).

Dica: em tabela "acumulada" (número de estrelas mais brilhantes que...), a quantidade numa faixa é a diferença entre duas linhas.

Questão 5 · ONC 2020 · 6º e 7º anos · Questão 9fácil

A imagem a seguir traz a mesma paisagem em dois horários diferentes: ao meio-dia e às 10 h da noite.

Fonte: Equipe da ONC.

Por que as estrelas não podem ser vistas na imagem do meio-dia?

A
Porque as estrelas desaparecem ao meio dia.
B
Porque elas não brilham durante o dia.
C
Porque a luz do Sol é mais brilhante.
D
Devido à atmosfera do nosso planeta.
E
Porque as estrelas estão perto da Lua.

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Gabarito: D

As estrelas continuam no céu e brilhando de dia; a imagem das 22 h mostra as que estão lá também ao meio-dia.

O que as esconde é a atmosfera. O ar espalha a luz do Sol em todas as direções (principalmente a luz azul), e o céu inteiro fica claro. Esse brilho do céu é muito maior que o das estrelas, que desaparecem no fundo iluminado.

A prova está na Lua: lá não há atmosfera, e o céu é preto mesmo com o Sol acima do horizonte; os astronautas viam estrelas de dia quando a luz forte não ofuscava os olhos ou as câmeras.

Resposta: D.

Por que as outras atraem: C parece certa, mas o Sol sozinho não clareia o céu; sem ar que espalhe a luz, o céu fica escuro ao redor dele. A, B e E são falsas: as estrelas não somem nem param de brilhar, e não ficam "perto da Lua".

Dica: céu azul de dia = luz do Sol espalhada pela atmosfera. Sem atmosfera, céu preto.

Questão 6 · ONC 2019 · 2º ano do ensino médio · Questão 1média

A evolução de uma estrela depende principalmente da sua massa inicial, que também determina seu tamanho, luminosidade e tempo de vida. Outras características das estrelas são: composição química, cinemática, rotação e temperatura superficial. As imagens mostram as principais estrelas da constelação do Cruzeiro do Sul como as vemos hoje (à esquerda) e como elas serão vistas daqui a 20 mil anos (à direita), aqui da Terra.

Imagem: simulação do software Stellarium

Esta “mudança na forma” do Cruzeiro do Sul se deve:

A
À massa inicial das estrelas.
B
À cinemática das estrelas.
C
À rotação das estrelas.
D
Ao tempo de vida das estrelas.

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Gabarito: B

Compare as duas imagens: em 20 mil anos, as estrelas do Cruzeiro do Sul (Gacrux, Mimosa, Acrux, δ Cru, ε Cru) mudaram de posição umas em relação às outras, e o desenho da cruz se deformou.

Essas estrelas estão a distâncias diferentes de nós e cada uma se move pelo espaço com velocidade e direção próprias. Vistas da Terra, elas se deslocam devagar no céu (o movimento próprio). Em séculos isso é imperceptível, mas em dezenas de milhares de anos muda o formato das constelações. O estudo dos movimentos das estrelas é a cinemática estelar.

As outras características não mudam a posição das estrelas:

massa inicial e tempo de vida afetam brilho e evolução, mas as estrelas continuam no mesmo lugar no céu;
rotação é o giro da estrela em torno de si mesma, e não a desloca.

Resposta: B

Dica: constelações não são eternas: o movimento próprio das estrelas muda seus desenhos ao longo de dezenas de milhares de anos.