96
Astro 109 “Lecture” 12: Review for midterm exam October 10, 2014

Astro&109&“Lecture”&12:& Review&for&midterm&exam&ajbaker/ph109/midterm/Lec12-Oct10-F14.pdf · Astro&109&“Lecture”&12:& Review&for&midterm&exam& ... etc.&atdifferentBmes.&

  • Upload
    lynga

  • View
    218

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Astro  109  “Lecture”  12:  Review  for  midterm  exam  

October  10,  2014  

ConstellaBon  of  the  day:  Aries  

•  Zodiac  constellaBon  visible  in  the  sky  at  night  in  northern  fall;  all  stars  are  relaBvely  dim.  

•  In  Greek  mythology,  represented  the  winged  ram  whose  fleece  became  the  Golden  Fleece  pursued  by  the  Argonauts.  

•  Different  cultures  have  idenBfied  Aries  as  a  porpoise,  a  farmhand,  etc.  at  different  Bmes.  

Image  credit:  IAU/Sky  &  Telescope  

Why  astronomers  like  Aries  •  The  dwarf  spheroidal  galaxy  Segue  2  lies  114,000  light-­‐years  from  Earth,  is  about  220  light-­‐years  across,  and  contains  only  about  one  thousand  stars.  

•  Fewer  stars  than  a  globular  cluster!  –  but  it  has  its  own  dark  ma\er,  so  it’s  a  real  galaxy  (the  least  massive  known).  

Image  credit:  Kirby  et  al.  (2013)  

Preparing  for  the  midterm  (i)  •  Midterm  will  be  in  class  on  Wednesday,  October  15th.  

–  If  you  miss  the  midterm,  you  will  need  a  dean’s  note  before  I  will  let  you  take  a  makeup  midterm.  

–  PracBce  explaining  ideas,  answers  to  example  quesBons,  etc.  to  a  classmate,  or  a  friend,  or  a  stranger,  or  a  brick  wall.  Don’t  just  listen;  if  you  can  explain  something,  you’ve  understood  it!  

–  PracBce  drawing  pictures,  not  just  visualizing  in  your  head.  •  Four  more  sets  of  my  in-­‐person  office  hours  before  the  

midterm:  today  (3:00-­‐4:30pm  in  Sco\  102),  tomorrow  (3:00-­‐4:30pm  in  BSC  food  court),  Sunday  (3:00-­‐4:30  in  LSC  food  court),  and  next  Tuesday  (3:00-­‐4:30pm  in  Serin  401).  Online  availability  in  Sakai  will  conBnue.  

•  All  seven  study  groups  next  week  available  for  signup  (extra  credit  even  if  you  a\end  Wednesday/Thursday).  

Preparing  for  the  midterm  (ii)  •  You  will  be  asked  to  occupy  every  other  seat,  and  to  

leave  every  third  row  empty  (so  that  I  can  answer  quesBons  more  easily).  If  you’re  late,  come  sit  at  the  front  of  the  classroom  (we’ll  keep  seats  open).  

•  You  must  bring:  –  Photo  ID.  –  Your  student  ID  (RUID)  number.  –  A  number  two  pencil.  

•  You  may  bring  (opBonally):  –  A  calculator.  

•  You  cannot  consult:  –  Textbook,  notes,  copies  of  slides,  smart  phones,  dumb  phones,  computers,  each  other,  or  any  other  resource.  

 

Preparing  for  the  midterm  (iii)  •  All  material  in  assigned  textbook  readings,  and  all  

material  in  lecture  slides  that  do  not  have  blue  backgrounds.    

•  Homework  quesBons,  clicker  quesBons,  and  pracBce  midterm  quesBons  are  representaBve.  

•  Exam  has  30  quesBons,  some  of  which  will  draw  from  more  than  one  lecture.  

•  Plan  for  today:  –  Discuss  ten  hardest  quesBons  from  last  year’s  midterm  (from  most  to  tenth  most  difficult).  

–  Answer  any  quesBons  that  you  have.  –  Allow  you  to  work  through  the  remaining  20  quesBons  from  last  year’s  midterm,  while  I  float  from  group  to  group.  

 

Homework  #  5  –  QuesBon  1  

Which  statement  about  the  energy  levels  of  an  atom  is  NOT  correct?  

A.  Atoms  have  electronic,  vibraBonal,  and  rotaBonal  energy  levels.  B.  An  atom  can  emit  a  photon  when  an  electron  drops  from  a  

higher  energy  level  to  a  lower  energy  level.  C.  An  atom  can  absorb  a  photon  when  an  electron  jumps  from  a  

lower  energy  level  to  a  higher  energy  level.  D.  Every  atom  of  a  parBcular  element  will  have  the  same  set  of  

energy  levels.  

Atoms  don’t  vibrate  or  rotate  –  only  molecules  do.  It  is  correct  that  the  energy  levels  for  a  given  atom  are  always  the  same.  

Homework  #  5  –  QuesBon  8  A  friend  shows  you  a  black-­‐and-­‐white  picture  of  the  night  sky  taken  with  a  camera  that  operates  at  a  single  wavelength.  Two  stars  in  the  same  constellaBon  appear  equally  bright  in  this  picture.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  properBes  of  the  stars?  A.  The  two  stars  are  equally  bright  at  all  wavelengths.  B.  The  two  stars  are  equally  distant  from  us.  C.  The  two  stars  have  idenBcal  surface  temperature.  D.  It  is  not  possible  to  reach  any  of  the  other  conclusions  

without  more  informaBon.  We  cannot  tell  what  color  a  star  is  from  a  black-­‐and-­‐white  picture,  so  C  may  not  be  true  –  and  if  the  stars  do  have  different  temperatures,  then  A  is  not  true.  Stars  in  the  same  constellaBon  can  sBll  have  different  distances,  so  B  may  not  be  true.  Bo\om  line:  D  is  true  by  process  of  eliminaBon.  

Homework  #  5  –  QuesBon  10  Why  do  the  spectra  of  nearby  stars  show  no  emission  at  certain  discrete  wavelengths?  A.  Atoms  in  the  stars’  cool,  outer  layers  absorb  the  light  from  the  

stars’  ho\er  interiors  at  wavelengths  corresponding  to  specific  energy  transiBons.  

B.  The  stars  are  missing  certain  elements,  which  means  there  is  no  light  at  wavelengths  corresponding  to  those  elements’  specific  energy  transiBons.  

C.  These  wavelengths  correspond  to  energy  transiBons  of  helium,  an  element  that  is  only  found  in  stars.  

D.  The  features  are  produced  by  a  lack  of  material  in  the  stars  moving  at  certain  velociBes  (i.e.,  they  are  a  consequence  of  the  Doppler  effect).  

Lack  of  emission  at  discrete  wavelengths  is  due  to  absorpBon  by  atoms  of  many  elements  (not  just  helium)  in  the  stars’  cooler  outer  layers  –  this  is  how  we  determine  what  stars  (and  the  Sun)  are  made  of.  

2013  midterm  exam  –  top  ten  quesBons  

Ten  most  difficult  quesBons  from  2013  midterm  exam  were  correctly  answered  by  38%  or  less  of  the  class…  we  will  go  through  them  from  most  to  tenth  most  difficult.    Common  theme:  drawing  pictures  is  useful!  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  22  

In  any  Earth  year,  there  will  be  a  unique  night  when  Mars  exhibits  the  greatest  apparent  retrograde  moBon  on  the  sky.  On  that  night  which  of  the  following  moBons  will  contribute  to  a  shir  in  the  wavelengths  of  spectral  lines  from  the  MarBan  atmosphere  that  we  can  detect  from  the  Earth?  

A.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  its  rotaBon  about  its  own  axis.  

B.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  Earth’s  orbital  moBon.  C.  Mars’s  rotaBon  about  its  own  axis.  D.  Mars’s  orbital  moBon.  E.  Earth’s  orbital  moBon.  

                       a  bit  longer  than  twice  an  XXX  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  22  

In  any  Earth  year,  there  will  be  a  unique  night  when  Mars  exhibits  the  greatest  apparent  retrograde  moBon  on  the  sky.  On  that  night  which  of  the  following  moBons  will  contribute  to  a  shir  in  the  wavelengths  of  spectral  lines  from  the  MarBan  atmosphere  that  we  can  detect  from  the  Earth?  

Key  insight  #  1:  apparent  retrograde  moBon  will  be  greatest  when  Mars  is  at  opposiBon  (on  opposite  side  of  Earth  from  Sun),  and  Earth  is  at  the  exact  moment  of  “passing”  Mars.  

                       a  bit  longer  than  twice  an  XXX  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  22  

In  any  Earth  year,  there  will  be  a  unique  night  when  Mars  exhibits  the  greatest  apparent  retrograde  moBon  on  the  sky.  On  that  night  which  of  the  following  moBons  will  contribute  to  a  shir  in  the  wavelengths  of  spectral  lines  from  the  MarBan  atmosphere  that  we  can  detect  from  the  Earth?  

Key  insight  #  2:  shir  in  wavelengths  of  spectral  lines  is  due  to  the  Doppler  effect,  which  requires  relaBve  moBon  towards  us  or  away  from  us  along  the  line  of  sight.  

                       a  bit  longer  than  twice  an  XXX  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  22  

In  any  Earth  year,  there  will  be  a  unique  night  when  Mars  exhibits  the  greatest  apparent  retrograde  moBon  on  the  sky.  On  that  night  which  of  the  following  moBons  will  contribute  to  a  shir  in  the  wavelengths  of  spectral  lines  from  the  MarBan  atmosphere  that  we  can  detect  from  the  Earth?  

Key  insight  #  3:  at  the  moment  when  Earth  is  “passing”  Mars,  their  orbital  moBons  are  parallel.  No  line-­‐of-­‐sight  component  of  their  relaBve  moBon  means  no  contribuBon  to  Doppler  effect.  

                       a  bit  longer  than  twice  an  XXX  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  22  

In  any  Earth  year,  there  will  be  a  unique  night  when  Mars  exhibits  the  greatest  apparent  retrograde  moBon  on  the  sky.  On  that  night  which  of  the  following  moBons  will  contribute  to  a  shir  in  the  wavelengths  of  spectral  lines  from  the  MarBan  atmosphere  that  we  can  detect  from  the  Earth?  

A.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  its  rotaBon  about  its  own  axis.  

B.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  Earth’s  orbital  moBon.  C.  Mars’s  rotaBon  about  its  own  axis.  D.  Mars’s  orbital  moBon.  E.  Earth’s  orbital  moBon.  

                       a  bit  longer  than  twice  an  XXX  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  22  

In  any  Earth  year,  there  will  be  a  unique  night  when  Mars  exhibits  the  greatest  apparent  retrograde  moBon  on  the  sky.  On  that  night  which  of  the  following  moBons  will  contribute  to  a  shir  in  the  wavelengths  of  spectral  lines  from  the  MarBan  atmosphere  that  we  can  detect  from  the  Earth?  

A.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  its  rotaBon  about  its  own  axis.  

B.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  Earth’s  orbital  moBon.  C.  Mars’s  rotaBon  about  its  own  axis.  D.  Mars’s  orbital  moBon.  E.  Earth’s  orbital  moBon.  

                       a  bit  longer  than  twice  an  XXX  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  22  

In  any  Earth  year,  there  will  be  a  unique  night  when  Mars  exhibits  the  greatest  apparent  retrograde  moBon  on  the  sky.  On  that  night  which  of  the  following  moBons  will  contribute  to  a  shir  in  the  wavelengths  of  spectral  lines  from  the  MarBan  atmosphere  that  we  can  detect  from  the  Earth?  

A.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  its  rotaBon  about  its  own  axis.  

B.  Both  Mars’s  orbital  moBon  and  Earth’s  orbital  moBon.  C.  Mars’s  rotaBon  about  its  own  axis.  D.  Mars’s  orbital  moBon.  E.  Earth’s  orbital  moBon.  

                       a  bit  longer  than  twice  an  XXX  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  3  Imagine  that  you  are  a  Rutgers  astronomer  who  studies  supernovae  (exploding  stars).  A  new  supernova  has  appeared  in  a  part  of  the  sky  that  –  currently  –  is  above  the  horizon  in  New  Jersey  only  during  the  dayBme.  As  a  result,  you  can’t  study  the  supernova  from  New  Jersey  at  visible  wavelengths.  What  can  you  do  to  get  an  observaBon  of  the  supernova  at  visible  wavelengths  as  quickly  as  possible?  A.  Based  on  what  month  it  is,  call  a  colleague  in  either  Spain  or  Japan  and  

ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  B.  Call  a  colleague  in  California  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  farther  west)  

and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  C.  You  can’t  do  anything  except  wait  for  the  supernova  to  become  

observable  at  night.  D.  Call  a  colleague  in  Spain  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  a  quarter  of  the  

way  around  the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  E.  Call  a  colleague  in  Japan  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  on  the  other  side  of  

the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  3  Imagine  that  you  are  a  Rutgers  astronomer  who  studies  supernovae  (exploding  stars).  A  new  supernova  has  appeared  in  a  part  of  the  sky  that  –  currently  –  is  above  the  horizon  in  New  Jersey  only  during  the  dayBme.  As  a  result,  you  can’t  study  the  supernova  from  New  Jersey  at  visible  wavelengths.  What  can  you  do  to  get  an  observaBon  of  the  supernova  at  visible  wavelengths  as  quickly  as  possible?  

If  only  above  horizon  during  the  dayBme  –  where  does  the  supernova  have  to  be?  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  3  Imagine  that  you  are  a  Rutgers  astronomer  who  studies  supernovae  (exploding  stars).  A  new  supernova  has  appeared  in  a  part  of  the  sky  that  –  currently  –  is  above  the  horizon  in  New  Jersey  only  during  the  dayBme.  As  a  result,  you  can’t  study  the  supernova  from  New  Jersey  at  visible  wavelengths.  What  can  you  do  to  get  an  observaBon  of  the  supernova  at  visible  wavelengths  as  quickly  as  possible?  

Insight  #  1:  supernova  has  to  be  on  the  far  side  of  the  Sun  from  the  Earth.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  3  Imagine  that  you  are  a  Rutgers  astronomer  who  studies  supernovae  (exploding  stars).  A  new  supernova  has  appeared  in  a  part  of  the  sky  that  –  currently  –  is  above  the  horizon  in  New  Jersey  only  during  the  dayBme.  As  a  result,  you  can’t  study  the  supernova  from  New  Jersey  at  visible  wavelengths.  What  can  you  do  to  get  an  observaBon  of  the  supernova  at  visible  wavelengths  as  quickly  as  possible?  

Insight  #  2:  by  the  Bme  supernova  is  above  horizon  in  {California,  Spain,  Japan}  it  will  be  dayBme  there,  too.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  3  Imagine  that  you  are  a  Rutgers  astronomer  who  studies  supernovae  (exploding  stars).  A  new  supernova  has  appeared  in  a  part  of  the  sky  that  –  currently  –  is  above  the  horizon  in  New  Jersey  only  during  the  dayBme.  As  a  result,  you  can’t  study  the  supernova  from  New  Jersey  at  visible  wavelengths.  What  can  you  do  to  get  an  observaBon  of  the  supernova  at  visible  wavelengths  as  quickly  as  possible?  A.  Based  on  what  month  it  is,  call  a  colleague  in  either  Spain  or  Japan  and  

ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  B.  Call  a  colleague  in  California  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  farther  west)  

and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  C.  You  can’t  do  anything  except  wait  for  the  supernova  to  become  

observable  at  night.  D.  Call  a  colleague  in  Spain  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  a  quarter  of  the  

way  around  the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  E.  Call  a  colleague  in  Japan  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  on  the  other  side  of  

the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  3  Imagine  that  you  are  a  Rutgers  astronomer  who  studies  supernovae  (exploding  stars).  A  new  supernova  has  appeared  in  a  part  of  the  sky  that  –  currently  –  is  above  the  horizon  in  New  Jersey  only  during  the  dayBme.  As  a  result,  you  can’t  study  the  supernova  from  New  Jersey  at  visible  wavelengths.  What  can  you  do  to  get  an  observaBon  of  the  supernova  at  visible  wavelengths  as  quickly  as  possible?  A.  Based  on  what  month  it  is,  call  a  colleague  in  either  Spain  or  Japan  and  

ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  B.  Call  a  colleague  in  California  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  farther  west)  

and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  C.  You  can’t  do  anything  except  wait  for  the  supernova  to  become  

observable  at  night.  D.  Call  a  colleague  in  Spain  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  a  quarter  of  the  

way  around  the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  E.  Call  a  colleague  in  Japan  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  on  the  other  side  of  

the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  3  Imagine  that  you  are  a  Rutgers  astronomer  who  studies  supernovae  (exploding  stars).  A  new  supernova  has  appeared  in  a  part  of  the  sky  that  –  currently  –  is  above  the  horizon  in  New  Jersey  only  during  the  dayBme.  As  a  result,  you  can’t  study  the  supernova  from  New  Jersey  at  visible  wavelengths.  What  can  you  do  to  get  an  observaBon  of  the  supernova  at  visible  wavelengths  as  quickly  as  possible?  A.  Based  on  what  month  it  is,  call  a  colleague  in  either  Spain  or  Japan  and  

ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  B.  Call  a  colleague  in  California  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  farther  west)  

and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  C.  You  can’t  do  anything  except  wait  for  the  supernova  to  become  

observable  at  night.  D.  Call  a  colleague  in  Spain  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  a  quarter  of  the  

way  around  the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  E.  Call  a  colleague  in  Japan  (i.e.,  at  the  same  laBtude  but  on  the  other  side  of  

the  world)  and  ask  him/her  to  observe  the  supernova  for  you.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  three  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

A.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  512  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

B.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  64  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

C.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  8  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

D.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  whether  the  red  moon  has  the  3-­‐day  orbital  period  or  the  24-­‐day  orbital  period.  

E.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  the  mass  of  Endor.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

A.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  512  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

B.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  64  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

C.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  8  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

D.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  whether  the  red  moon  has  the  3-­‐day  orbital  period  or  the  24-­‐day  orbital  period.  

E.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  the  mass  of  Endor.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  [D  is  wrong  since  we  know  Kepler’s  third  law.]  

A.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  512  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

B.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  64  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

C.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  8  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

D.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  whether  the  red  moon  has  the  3-­‐day  orbital  period  or  the  24-­‐day  orbital  period.  

E.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  the  mass  of  Endor.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

Red  moon’s  density  ρred  =  Mred/(4πrred3)    Green  moon’s  density  ρgreen  =  Mgreen/(4πrgreen3)    RaBo  ρred/ρgreen  =  (Mred/Mgreen)  x  (4πrgreen3/4πrred3)  

     

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

Red  moon’s  density  ρred  =  Mred/(4πrred3)    Green  moon’s  density  ρgreen  =  Mgreen/(4πrgreen3)    RaBo  ρred/ρgreen  =  (Mred/Mgreen)  x  (4πrgreen3/4πrred3)  

           =  (rgreen3/rred3)  =  (rgreen/rred)3  

     

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

Density  raBo  ρred/ρgreen  =  (rgreen/rred)3  but  what  is  the  raBo  of  the  moons’  radii?        

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

Density  raBo  ρred/ρgreen  =  (rgreen/rred)3  but  what  is  the  raBo  of  the  moons’  radii?        

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

Density  raBo  ρred/ρgreen  =  (rgreen/rred)3  but  what  is  the  raBo  of  the  moons’  radii?  rgreen/rred  =  agreen/ared  =  raBo  of  their  orbital  semi-­‐major  axes.        

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

Density  raBo  ρred/ρgreen  =  (agreen/ared)3  but  what  is  the  raBo  of  the  moons’  semi-­‐major  axes?    Kepler’s  third  law:  

 Pred2  =  ared3/MEndor  

 Pgreen2  =  agreen3/MEndor        

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  3  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

Density  radio  ρred/ρgreen  =  (agreen/ared)3                          =  (Pgreen/Pred)2  =  (24/3)2  =  82  =  64                  (doesn’t  depend  on  MEndor!)  

Kepler’s  third  law:    Pred2  =  ared3/MEndor  

 Pgreen2  =  agreen3/MEndor        

2013  midterm  exam  –  QuesBon  7  The  planet  Endor  is  famous  for  its  beauBful  eclipsing  moons  –  an  inner  red  moon  and  an  outer  green  moon  –  that  have  the  same  angular  size  when  viewed  from  the  planet’s  surface.  The  two  moons  are  known  to  have  the  same  mass;  one  has  an  orbital  period  of  three  Earth  days,  while  the  other  has  an  orbital  period  of  24  Earth  days.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  moons’  mean  densiBes?  

A.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  512  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

B.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  64  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

C.  The  mean  density  of  the  red  moon  is  8  Bmes  higher  than  that  of  the  green  moon.  

D.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  whether  the  red  moon  has  the  3-­‐day  orbital  period  or  the  24-­‐day  orbital  period.  

E.  It  is  not  possible  to  reach  a  conclusion  without  knowing  the  mass  of  Endor.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  24  A  rogue  planet  is  moving  at  a  constant  speed  into  our  solar  system.  Its  path  bends  a  li\le  bit  as  it  passes  by  the  Sun,  but  it  is  travelling  so  fast  that  it  conBnues  to  move  at  a  nearly  constant  speed  unBl  it  exits  the  solar  system.  What  is  the  best  descripBon  of  the  force  of  the  Sun  on  the  rogue  planet?  

A.  The  Sun  exerts  a  force  on  the  planet  that  is  always  directed  along  a  line  connecBng  the  Sun  and  the  planet.  

B.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  anBparallel  (i.e.,  opposite  to)  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

C.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  parallel  to  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

D.  The  Sun  exerts  zero  force  on  the  planet,  since  the  planet  does  not  accelerate.  

E.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  perpendicular  to  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  24  A  rogue  planet  is  moving  at  a  constant  speed  into  our  solar  system.  Its  path  bends  a  li\le  bit  as  it  passes  by  the  Sun,  but  it  is  travelling  so  fast  that  it  conBnues  to  move  at  a  nearly  constant  speed  unBl  it  exits  the  solar  system.  What  is  the  best  descripBon  of  the  force  of  the  Sun  on  the  rogue  planet?  

Does  the  rogue  planet  accelerate?  YES:  it  changes  direcBon.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  24  A  rogue  planet  is  moving  at  a  constant  speed  into  our  solar  system.  Its  path  bends  a  li\le  bit  as  it  passes  by  the  Sun,  but  it  is  travelling  so  fast  that  it  conBnues  to  move  at  a  nearly  constant  speed  unBl  it  exits  the  solar  system.  What  is  the  best  descripBon  of  the  force  of  the  Sun  on  the  rogue  planet?  

A.  The  Sun  exerts  a  force  on  the  planet  that  is  always  directed  along  a  line  connecBng  the  Sun  and  the  planet.  

B.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  anBparallel  (i.e.,  opposite  to)  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

C.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  parallel  to  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

D.  The  Sun  exerts  zero  force  on  the  planet,  since  the  planet  does  not  accelerate.  

E.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  perpendicular  to  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  24  A  rogue  planet  is  moving  at  a  constant  speed  into  our  solar  system.  Its  path  bends  a  li\le  bit  as  it  passes  by  the  Sun,  but  it  is  travelling  so  fast  that  it  conBnues  to  move  at  a  nearly  constant  speed  unBl  it  exits  the  solar  system.  What  is  the  best  descripBon  of  the  force  of  the  Sun  on  the  rogue  planet?  

What  direcBon  is  the  Sun’s  gravitaBonal  pull  (i.e.,  force)?  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  24  A  rogue  planet  is  moving  at  a  constant  speed  into  our  solar  system.  Its  path  bends  a  li\le  bit  as  it  passes  by  the  Sun,  but  it  is  travelling  so  fast  that  it  conBnues  to  move  at  a  nearly  constant  speed  unBl  it  exits  the  solar  system.  What  is  the  best  descripBon  of  the  force  of  the  Sun  on  the  rogue  planet?  

A.  The  Sun  exerts  a  force  on  the  planet  that  is  always  directed  along  a  line  connecBng  the  Sun  and  the  planet.  

B.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  anBparallel  (i.e.,  opposite  to)  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

C.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  parallel  to  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

D.  The  Sun  exerts  zero  force  on  the  planet,  since  the  planet  does  not  accelerate.  

E.  The  Sun  exerts  a  force  that  is  always  perpendicular  to  the  direcBon  of  the  planet’s  moBon.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  23  If  the  mass  of  Jupiter  were  doubled,  which  distance(s)  would  need  to  change  for  the  orbital  periods  of  Jupiter  around  the  Sun  and  Europa  around  Jupiter  to  remain  the  same  as  they  are  today?  

A.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

B.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

C.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

D.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

E.  Only  the  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  23  If  the  mass  of  Jupiter  were  doubled,  which  distance(s)  would  need  to  change  for  the  orbital  periods  of  Jupiter  around  the  Sun  and  Europa  around  Jupiter  to  remain  the  same  as  they  are  today?  

Remember:  Kepler’s  third  law  depends  on  the  mass  of  the  orbitee,  not  the  orbiter.    We  could  replace  Jupiter  with  a  potato,  and  the  potato  would  take  the  same  Bme  to  orbit  the  Sun  that  Jupiter  does  now.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  23  If  the  mass  of  Jupiter  were  doubled,  which  distance(s)  would  need  to  change  for  the  orbital  periods  of  Jupiter  around  the  Sun  and  Europa  around  Jupiter  to  remain  the  same  as  they  are  today?  

A.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

B.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

C.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

D.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

E.  Only  the  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  23  If  the  mass  of  Jupiter  were  doubled,  which  distance(s)  would  need  to  change  for  the  orbital  periods  of  Jupiter  around  the  Sun  and  Europa  around  Jupiter  to  remain  the  same  as  they  are  today?  

A.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

B.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

C.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

D.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

E.  Only  the  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  23  If  the  mass  of  Jupiter  were  doubled,  which  distance(s)  would  need  to  change  for  the  orbital  periods  of  Jupiter  around  the  Sun  and  Europa  around  Jupiter  to  remain  the  same  as  they  are  today?  

A.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

B.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  increased.  

C.  Only  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

D.  The  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased,  and  the  distance  of  Jupiter  from  the  Sun,  which  would  need  to  be  decreased.  

E.  Only  the  distance  of  Europa  from  Jupiter,  which  would  need  to  be  increased.  [Increases  because  P2  is  proporBonal  to  a3/M.]  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  17  

New  Brunswick  is  at  40.5  degrees  north  laBtude.  What  is  the  alBtude  of  Polaris,  the  pole  star,  when  seen  from  New  Brunswick?  

A.  90  degrees.  B.  40.5  degrees.  C.  It  depends  on  what  Bme  of  year  we  are  observing  it.  D.  49.5  degrees.  E.  It  depends  on  what  Bme  of  day  we  are  observing  it.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  17  

New  Brunswick  is  at  40.5  degrees  north  laBtude.  What  is  the  alBtude  of  Polaris,  the  pole  star,  when  seen  from  New  Brunswick?  

A.  90  degrees.  B.  40.5  degrees.  C.  It  depends  on  what  Bme  of  year  we  are  observing  it.  D.  49.5  degrees.  E.  It  depends  on  what  Bme  of  day  we  are  observing  it.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  17  

New  Brunswick  is  at  40.5  degrees  north  laBtude.  What  is  the  alBtude  of  Polaris,  the  pole  star,  when  seen  from  New  Brunswick?  

A.  90  degrees.  [only  true  if  we  are  at  the  North  Pole!]  B.  40.5  degrees.  C.  It  depends  on  what  Bme  of  year  we  are  observing  it.  D.  49.5  degrees.  E.  It  depends  on  what  Bme  of  day  we  are  observing  it.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  17  

New  Brunswick  is  at  40.5  degrees  north  laBtude.  What  is  the  alBtude  of  Polaris,  the  pole  star,  when  seen  from  New  Brunswick?  

What  is  the  alBtude  of  Polaris  if  we  are  at  90  degrees  north  laBtude?  90  degrees  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  17  

New  Brunswick  is  at  40.5  degrees  north  laBtude.  What  is  the  alBtude  of  Polaris,  the  pole  star,  when  seen  from  New  Brunswick?  

What  is  the  alBtude  of  Polaris  if  we  are  at  90  degrees  north  laBtude?  90  degrees  

What  is  the  alBtude  of  Polaris  if  we  are  at  0  degrees  laBtude  (on  the  equator)?  0  degrees  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  17  

New  Brunswick  is  at  40.5  degrees  north  laBtude.  What  is  the  alBtude  of  Polaris,  the  pole  star,  when  seen  from  New  Brunswick?  

A.  90  degrees.  B.  40.5  degrees.  C.  It  depends  on  what  Bme  of  year  we  are  observing  it.  D.  49.5  degrees.  E.  It  depends  on  what  Bme  of  day  we  are  observing  it.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

A.  When  Venus  is  above  the  horizon  in  the  middle  of  the  night,  it’s  in  its  new  phase  and  therefore  not  bright  enough  to  see.  

B.  Venus  rotates  on  its  axis  in  a  retrograde  sense.  C.  At  sunrise  and  sunset,  light  from  the  Sun  reflects  more  easily  

off  Venus’s  thick  atmosphere.  D.  Venus’s  orbit  is  closer  to  the  Sun  than  the  Earth’s.  E.  Venus  is  only  bright  when  it  is  close  enough  to  the  Sun  to  be  

heated  to  a  high  temperature.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

A.  When  Venus  is  above  the  horizon  in  the  middle  of  the  night,  it’s  in  its  new  phase  and  therefore  not  bright  enough  to  see.  

B.  Venus  rotates  on  its  axis  in  a  retrograde  sense.  C.  At  sunrise  and  sunset,  light  from  the  Sun  reflects  more  easily  

off  Venus’s  thick  atmosphere.  D.  Venus’s  orbit  is  closer  to  the  Sun  than  the  Earth’s.  E.  Venus  is  only  bright  when  it  is  close  enough  to  the  Sun  to  be  

heated  to  a  high  temperature.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

A.  When  Venus  is  above  the  horizon  in  the  middle  of  the  night,  it’s  in  its  new  phase  and  therefore  not  bright  enough  to  see.  

B.  Venus  rotates  on  its  axis  in  a  retrograde  sense.  C.  At  sunrise  and  sunset,  light  from  the  Sun  reflects  more  easily  

off  Venus’s  thick  atmosphere.  D.  Venus’s  orbit  is  closer  to  the  Sun  than  the  Earth’s.  E.  Venus  is  only  bright  when  it  is  close  enough  to  the  Sun  to  be  

heated  to  a  high  temperature.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

morning  star  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

evening  star  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

A.  When  Venus  is  above  the  horizon  in  the  middle  of  the  night,  it’s  in  its  new  phase  and  therefore  not  bright  enough  to  see.  

B.  Venus  rotates  on  its  axis  in  a  retrograde  sense.  C.  At  sunrise  and  sunset,  light  from  the  Sun  reflects  more  easily  

off  Venus’s  thick  atmosphere.  D.  Venus’s  orbit  is  closer  to  the  Sun  than  the  Earth’s.  E.  Venus  is  only  bright  when  it  is  close  enough  to  the  Sun  to  be  

heated  to  a  high  temperature.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  6  The  planet  Venus  is  someBmes  nicknamed  the  “Morning  Star”  or  the  “Evening  Star”  because  it  only  appears  in  the  sky  just  arer  sunset  or  just  before  sunrise.  What  is  the  best  explanaBon  for  this  phenomenon?  

A.  When  Venus  is  above  the  horizon  in  the  middle  of  the  night,  it’s  in  its  new  phase  and  therefore  not  bright  enough  to  see.  

B.  Venus  rotates  on  its  axis  in  a  retrograde  sense.  C.  At  sunrise  and  sunset,  light  from  the  Sun  reflects  more  easily  

off  Venus’s  thick  atmosphere.  D.  Venus’s  orbit  is  closer  to  the  Sun  than  the  Earth’s.  E.  Venus  is  only  bright  when  it  is  close  enough  to  the  Sun  to  be  

heated  to  a  high  temperature.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  12  Professor  Baker  is  observing  a  distant  galaxy  with  the  Robert  C.  Byrd  Green  Bank  Telescope  and  detects  a  spectral  line  of  the  carbon  monoxide  molecule  at  an  observed  frequency  of  30  GHz.  What  is  the  observed  wavelength  of  this  spectral  line?  

A.  30  cm.  B.  It  is  not  possible  to  answer  this  quesBon  without  more  

informaBon  about  the  galaxy  being  observed.  C.  1  cm.  D.  1  m.  E.  3  cm.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  12  Professor  Baker  is  observing  a  distant  galaxy  with  the  Robert  C.  Byrd  Green  Bank  Telescope  and  detects  a  spectral  line  of  the  carbon  monoxide  molecule  at  an  observed  frequency  of  30  GHz.  What  is  the  observed  wavelength  of  this  spectral  line?  

λ  =  c/ν  =  (3  x  108  m/s)  /  (30  GHz)        =  (3  x  108  m/s)  /  (30  x  109  Hz)        =  (3  x  108  m/s)  /  (3  x  1010  s-­‐1)        =  10-­‐2  m        =  1  cm  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  12  Professor  Baker  is  observing  a  distant  galaxy  with  the  Robert  C.  Byrd  Green  Bank  Telescope  and  detects  a  spectral  line  of  the  carbon  monoxide  molecule  at  an  observed  frequency  of  30  GHz.  What  is  the  observed  wavelength  of  this  spectral  line?  

A.  30  cm.  B.  It  is  not  possible  to  answer  this  quesBon  without  more  

informaBon  about  the  galaxy  being  observed.  C.  1  cm.  D.  1  m.  E.  3  cm.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  30  Pluto  completes  two  orbits  around  the  Sun  in  the  same  Bme  that  Neptune  completes  three  orbits  around  the  Sun.  Is  a  collision  between  Pluto  and  Neptune  a  possibility?  A.  No,  since  Pluto’s  orbit  is  completely  outside  Neptune’s.  B.  Yes,  since  the  orbital  resonance  ensures  a  close  encounter  

every  other  orbit  by  Pluto.  C.  No,  since  Pluto’s  orbit  is  Bpped  at  17  degrees  to  the  plane  of  

Neptune’s  orbit.  D.  Yes,  since  their  orbits  cross,  and  calculaBons  show  that  they  

will  collide  in  about  1  million  years.  E.  No,  because  Neptune  will  never  be  in  Pluto’s  path  when  the  

orbits  cross.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  30  Pluto  completes  two  orbits  around  the  Sun  in  the  same  Bme  that  Neptune  completes  three  orbits  around  the  Sun.  Is  a  collision  between  Pluto  and  Neptune  a  possibility?  

From  lecture  9:  the  3:2  resonance  keeps  Pluto  out  of  Neptune’s  way.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  30  Pluto  completes  two  orbits  around  the  Sun  in  the  same  Bme  that  Neptune  completes  three  orbits  around  the  Sun.  Is  a  collision  between  Pluto  and  Neptune  a  possibility?  A.  No,  since  Pluto’s  orbit  is  completely  outside  Neptune’s.  B.  Yes,  since  the  orbital  resonance  ensures  a  close  encounter  

every  other  orbit  by  Pluto.  C.  No,  since  Pluto’s  orbit  is  Bpped  at  17  degrees  to  the  plane  of  

Neptune’s  orbit.  D.  Yes,  since  their  orbits  cross,  and  calculaBons  show  that  they  

will  collide  in  about  1  million  years.  E.  No,  because  Neptune  will  never  be  in  Pluto’s  path  when  the  

orbits  cross.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  9  

Why  does  the  Earth  have  a  Bdal  bulge  on  the  side  opposite  the  Moon?  

A.  The  Sun  is  pulling  on  the  Earth  in  that  direcBon.  B.  That  is  where  the  Moon’s  repulsive  force  is  strongest.  C.  The  Earth  rotates  fastest  on  that  side.  D.  Lunar  gravity  is  weaker  there  than  at  the  center  of  the  Earth.  E.  Lunar  gravity  is  stronger  there  than  at  the  center  of  the  Earth.  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  9  

Why  does  the  Earth  have  a  Bdal  bulge  on  the  side  opposite  the  Moon?  

From  lecture  8:  the  Moon  pulls  on  the  far  side  of  the  Earth  less  strongly  than  on  the  center  of  the  Earth.  (This  is  true  for  both  rock  and  water!)  

2013  midterm  exam  –  QuesBon  9  

Why  does  the  Earth  have  a  Bdal  bulge  on  the  side  opposite  the  Moon?  

A.  The  Sun  is  pulling  on  the  Earth  in  that  direcBon.  B.  That  is  where  the  Moon’s  repulsive  force  is  strongest.  C.  The  Earth  rotates  fastest  on  that  side.  D.  Lunar  gravity  is  weaker  there  than  at  the  center  of  the  Earth.  E.  Lunar  gravity  is  stronger  there  than  at  the  center  of  the  Earth.  

Other  quesBons?  

Example  quesBon:  lunar  phases  

Assume  that  on  a  certain  day,  the  Moon  rises  at  sunrise  and  sets  at  sunset.  Seven  days  later,  what  would  the  phase  of  the  Moon  be?  

A.  full  B.  waning  crescent  C.  new  D.  first  quarter  E.  last  quarter    

Example  soluBon:  lunar  phases  

Assume  that  on  a  certain  day,  the  Moon  rises  at  sunrise  and  sets  at  sunset.  Seven  days  later,  what  would  the  phase  of  the  Moon  be?  

Top  view  –  not  to  scale!  

Example  soluBon:  lunar  phases  

Assume  that  on  a  certain  day,  the  Moon  rises  at  sunrise  and  sets  at  sunset.  Seven  days  later,  what  would  the  phase  of  the  Moon  be?  

Top  view  –  not  to  scale!  

W  E  

Example  soluBon:  lunar  phases  

Assume  that  on  a  certain  day,  the  Moon  rises  at  sunrise  and  sets  at  sunset.  Seven  days  later,  what  would  the  phase  of  the  Moon  be?  

Top  view  –  not  to  scale!  StarBng  day:  

W  E  

Example  soluBon:  lunar  phases  

Assume  that  on  a  certain  day,  the  Moon  rises  at  sunrise  and  sets  at  sunset.  Seven  days  later,  what  would  the  phase  of  the  Moon  be?  

Top  view  –  not  to  scale!  StarBng  day:  

Seven  days  later:  

Example  soluBon:  lunar  phases  

Assume  that  on  a  certain  day,  the  Moon  rises  at  sunrise  and  sets  at  sunset.  Seven  days  later,  what  would  the  phase  of  the  Moon  be?  

A.  full  B.  waning  crescent  C.  new  D.  first  quarter  E.  last  quarter    

Example  quesBon:  gravity  Suppose  that  on  the  day  arer  your  nephew’s  birth,  Jupiter  (whose  mass  is  about  2  x  1027  kg)  has  a  distance  of  1012  m  from  the  Earth.  How  strong  is  the  gravitaBonal  force  of  Jupiter  on  your  nephew  compared  to  the  force  he  feels  from  his  parents’  2000  kg  car,  which  is  10  cm  away  from  him  in  the  hospital  parking  lot?  

A.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  larger  than  that  of  the  car.  

B.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  10  Bmes  larger  than  that  of  the  car.  

C.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  the  same  as  that  of  the  car.  

D.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  smaller  than  that  of  the  car.  

E.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  10  Bmes  smaller  than  that  of  the  car.  

Example  soluBon:  gravity  Suppose  that  on  the  day  arer  your  nephew’s  birth,  Jupiter  (whose  mass  is  about  2  x  1027  kg)  has  a  distance  of  1012  m  from  the  Earth.  How  strong  is  the  gravitaBonal  force  of  Jupiter  on  your  nephew  compared  to  the  force  he  feels  from  his  parents’  2000  kg  car,  which  is  10  cm  away  from  him  in  the  hospital  parking  lot?  

Force  due  to  gravity  is  F  =  G  m1  m2  /  r2  (from  cover  sheet).  But:  G  is  constant,  and  m1  (nephew’s  mass)  is  constant,  so  they  can  be  ignored.  What  are  m2/r2  for  Jupiter  and  the  car?  

 For  Jupiter:  m2/r2  =  (2  x  1027)/(1012  x  1012)  =  2  x  103  =  2000.    For  the  car:  m2/r2  =  (2000)/(0.1  x  0.1)  =  200,000.  

The  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  smaller!  

Example  soluBon:  gravity  Suppose  that  on  the  day  arer  your  nephew’s  birth,  Jupiter  (whose  mass  is  about  2  x  1027  kg)  has  a  distance  of  1012  m  from  the  Earth.  How  strong  is  the  gravitaBonal  force  of  Jupiter  on  your  nephew  compared  to  the  force  he  feels  from  his  parents’  2000  kg  car,  which  is  10  cm  away  from  him  in  the  hospital  parking  lot?  

Force  due  to  gravity  is  F  =  G  m1  m2  /  r2  (from  cover  sheet).  But:  G  is  constant,  and  m1  (nephew’s  mass)  is  constant,  so  they  can  be  ignored.  What  are  m2/r2  for  Jupiter  and  the  car?  

 For  Jupiter:  m2/r2  =  (2  x  1027)/(1012  x  1012)  =  2  x  103  =  2000.    For  the  car:  m2/r2  =  (2000)/(0.1  x  0.1)  =  200,000.  

The  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  smaller!  

Example  soluBon:  gravity  Suppose  that  on  the  day  arer  your  nephew’s  birth,  Jupiter  (whose  mass  is  about  2  x  1027  kg)  has  a  distance  of  1012  m  from  the  Earth.  How  strong  is  the  gravitaBonal  force  of  Jupiter  on  your  nephew  compared  to  the  force  he  feels  from  his  parents’  2000  kg  car,  which  is  10  cm  away  from  him  in  the  hospital  parking  lot?  

Force  due  to  gravity  is  F  =  G  m1  m2  /  r2  (from  cover  sheet).  But:  G  is  constant,  and  m1  (nephew’s  mass)  is  constant,  so  they  can  be  ignored.  What  are  m2/r2  for  Jupiter  and  the  car?  

 For  Jupiter:  m2/r2  =  (2  x  1027)/(1012  x  1012)  =  2  x  103  =  2000.    For  the  car:  m2/r2  =  (2000)/(0.1  x  0.1)  =  200,000.  

The  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  smaller!  

Example  soluBon:  gravity  Suppose  that  on  the  day  arer  your  nephew’s  birth,  Jupiter  (whose  mass  is  about  2  x  1027  kg)  has  a  distance  of  1012  m  from  the  Earth.  How  strong  is  the  gravitaBonal  force  of  Jupiter  on  your  nephew  compared  to  the  force  he  feels  from  his  parents’  2000  kg  car,  which  is  10  cm  away  from  him  in  the  hospital  parking  lot?  

Force  due  to  gravity  is  F  =  G  m1  m2  /  r2  (from  cover  sheet).  But:  G  is  constant,  and  m1  (nephew’s  mass)  is  constant,  so  they  can  be  ignored.  What  are  m2/r2  for  Jupiter  and  the  car?  

 For  Jupiter:  m2/r2  =  (2  x  1027)/(1012  x  1012)  =  2  x  103  =  2000.    For  the  car:  m2/r2  =  (2000)/(0.1  x  0.1)  =  200,000.  

The  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  smaller!  

Example  soluBon:  gravity  Suppose  that  on  the  day  arer  your  nephew’s  birth,  Jupiter  (whose  mass  is  about  2  x  1027  kg)  has  a  distance  of  1012  m  from  the  Earth.  How  strong  is  the  gravitaBonal  force  of  Jupiter  on  your  nephew  compared  to  the  force  he  feels  from  his  parents’  2000  kg  car,  which  is  10  cm  away  from  him  in  the  hospital  parking  lot?  

Force  due  to  gravity  is  F  =  G  m1  m2  /  r2  (from  cover  sheet).  But:  G  is  constant,  and  m1  (nephew’s  mass)  is  constant,  so  they  can  be  ignored.  What  are  m2/r2  for  Jupiter  and  the  car?  

 For  Jupiter:  m2/r2  =  (2  x  1027)/(1012  x  1012)  =  2  x  103  =  2000.    For  the  car:  m2/r2  =  (2000)/(0.1  x  0.1)  =  200,000.  

The  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  smaller!  

Example  quesBon:  gravity  Suppose  that  on  the  day  arer  your  nephew’s  birth,  Jupiter  (whose  mass  is  about  2  x  1027  kg)  has  a  distance  of  1012  m  from  the  Earth.  How  strong  is  the  gravitaBonal  force  of  Jupiter  on  your  nephew  compared  to  the  force  he  feels  from  his  parents’  2000  kg  car,  which  is  10  cm  away  from  him  in  the  hospital  parking  lot?  

A.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  larger  than  that  of  the  car.  

B.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  10  Bmes  larger  than  that  of  the  car.  

C.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  the  same  as  that  of  the  car.  

D.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  100  Bmes  smaller  than  that  of  the  car.  

E.  The  gravitaBonal  force  exerted  by  Jupiter  is  10  Bmes  smaller  than  that  of  the  car.  

Example  quesBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

A.  6.6  x  10-­‐19  J.  B.  1  x  10-­‐27  J.  C.  3  x  10-­‐19  J.  D.  3  x  10-­‐27  J.  E.  6.6  x  10-­‐27  J.  

Remember:  c  =  λν.  

Example  soluBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

Remember:  c  =  λν.  

We  know  we  need  to  use  E  =  hν,  and  we  know  h.  We  can  use  ν  =  c/λ  to  determine  ν.  That  means  E  =  hc/λ

 =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(660  x  10-­‐9  m)    =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(6.6  x  10-­‐7  m)    =  (10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(10-­‐7  m)    =  3.0  x  10-­‐19  J  

 

Example  soluBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

Remember:  c  =  λν.  

We  know  we  need  to  use  E  =  hν,  and  we  know  h.  We  can  use  ν  =  c/λ  to  determine  ν.  That  means  E  =  hc/λ

 =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(660  x  10-­‐9  m)    =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(6.6  x  10-­‐7  m)    =  (10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(10-­‐7  m)    =  3.0  x  10-­‐19  J  

 

Example  soluBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

Remember:  c  =  λν.  

We  know  we  need  to  use  E  =  hν,  and  we  know  h.  We  can  use  ν  =  c/λ  to  determine  ν.  That  means  E  =  hc/λ

 =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(660  x  10-­‐9  m)    =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(6.6  x  10-­‐7  m)    =  (10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(10-­‐7  m)    =  3.0  x  10-­‐19  J  

 

Example  soluBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

Remember:  c  =  λν.  

We  know  we  need  to  use  E  =  hν,  and  we  know  h.  We  can  use  ν  =  c/λ  to  determine  ν.  That  means  E  =  hc/λ

 =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(660  x  10-­‐9  m)    =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(6.6  x  10-­‐7  m)    =  (10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(10-­‐7  m)    =  3.0  x  10-­‐19  J  

 

Example  soluBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

Remember:  c  =  λν.  

We  know  we  need  to  use  E  =  hν,  and  we  know  h.  We  can  use  ν  =  c/λ  to  determine  ν.  That  means  E  =  hc/λ

 =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(660  x  10-­‐9  m)    =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(6.6  x  10-­‐7  m)    =  (10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(10-­‐7  m)    =  3.0  x  10-­‐19  J  

 

Example  soluBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

Remember:  c  =  λν.  

We  know  we  need  to  use  E  =  hν,  and  we  know  h.  We  can  use  ν  =  c/λ  to  determine  ν.  That  means  E  =  hc/λ

 =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(660  x  10-­‐9  m)    =  (6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(6.6  x  10-­‐7  m)    =  (10-­‐34  J  Hz-­‐1)(3.0  x  108  m/s)/(10-­‐7  m)    =  3.0  x  10-­‐19  J  

 

Example  quesBon:  unit  conversion  The  Joule  (J)  is  the  official  SI  unit  of  energy,  and  the  relaBonship  between  the  energy  of  a  photon  and  its  frequency  is  E  =  hν,  where  E  is  in  J,  ν  is  in  Hz,  and  h  is  the  “Planck  constant”  whose  value  is  6.6  x  10-­‐34  J  Hz-­‐1.  Given  this  informaBon,  what  is  the  energy  of  a  photon  whose  wavelength  is  660  nm?  

A.  6.6  x  10-­‐19  J.  B.  1  x  10-­‐27  J.  C.  3  x  10-­‐19  J.  D.  3  x  10-­‐27  J.  E.  6.6  x  10-­‐27  J.  

Remember:  c  =  λν.  

Example  quesBon:  scaling  relaBons  

In  which  of  the  following  scenarios  would  the  gravitaBonal  force  of  the  Earth  on  the  Moon  be  the  same  as  it  is  today?  

A.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  than  it  is  today,  but  has  the  same  distance  from  the  Earth  as  it  does  today.  

B.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  and  four  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

C.  The  Moon  is  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today,  but  has  the  same  mass  as  it  does  today.  

D.  The  Moon  is  four  Bmes  more  massive  and  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

Example  soluBon:  scaling  relaBons  

In  which  of  the  following  scenarios  would  the  gravitaBonal  force  of  the  Earth  on  the  Moon  be  the  same  as  it  is  today?  

A.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  than  it  is  today,  but  has  the  same  distance  from  the  Earth  as  it  does  today.  

B.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  and  four  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

C.  The  Moon  is  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today,  but  has  the  same  mass  as  it  does  today.  

D.  The  Moon  is  four  Bmes  more  massive  and  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

Let’s  say  today’s  force  F0  =  G  MM  ME  /  r2  (from  cover  sheet).  New  force  will  be  Fnew  =  G  (2MM)  ME  /  r2  =  2  x  F0  –  nope!    

Example  soluBon:  scaling  relaBons  

In  which  of  the  following  scenarios  would  the  gravitaBonal  force  of  the  Earth  on  the  Moon  be  the  same  as  it  is  today?  

A.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  than  it  is  today,  but  has  the  same  distance  from  the  Earth  as  it  does  today.  

B.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  and  four  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

C.  The  Moon  is  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today,  but  has  the  same  mass  as  it  does  today.  

D.  The  Moon  is  four  Bmes  more  massive  and  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

Let’s  say  today’s  force  F0  =  G  MM  ME  /  r2  (from  cover  sheet).  New  force  will  be  Fnew  =  G  (2MM)  ME  /  (4r)2  =  1/8  x  F0  –  nope!    

Example  soluBon:  scaling  relaBons  

In  which  of  the  following  scenarios  would  the  gravitaBonal  force  of  the  Earth  on  the  Moon  be  the  same  as  it  is  today?  

A.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  than  it  is  today,  but  has  the  same  distance  from  the  Earth  as  it  does  today.  

B.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  and  four  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

C.  The  Moon  is  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today,  but  has  the  same  mass  as  it  does  today.  

D.  The  Moon  is  four  Bmes  more  massive  and  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  Let’s  say  today’s  force  F0  =  G  MM  ME  /  r2  (from  cover  sheet).  

New  force  will  be  Fnew  =  G  MM  ME  /  (2r)2  =  1/4  x  F0  –  nope!    

Example  soluBon:  scaling  relaBons  

In  which  of  the  following  scenarios  would  the  gravitaBonal  force  of  the  Earth  on  the  Moon  be  the  same  as  it  is  today?  

A.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  than  it  is  today,  but  has  the  same  distance  from  the  Earth  as  it  does  today.  

B.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  and  four  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

C.  The  Moon  is  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today,  but  has  the  same  mass  as  it  does  today.  

D.  The  Moon  is  four  Bmes  more  massive  and  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

Let’s  say  today’s  force  F0  =  G  MM  ME  /  r2  (from  cover  sheet).  New  force  will  be  Fnew  =  G  (4MM)  ME  /  (2r)2  =  F0  –  yep!    

Example  quesBon:  scaling  relaBons  

In  which  of  the  following  scenarios  would  the  gravitaBonal  force  of  the  Earth  on  the  Moon  be  the  same  as  it  is  today?  

A.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  than  it  is  today,  but  has  the  same  distance  from  the  Earth  as  it  does  today.  

B.  The  Moon  is  two  Bmes  more  massive  and  four  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.  

C.  The  Moon  is  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today,  but  has  the  same  mass  as  it  does  today.  

D.  The  Moon  is  four  Bmes  more  massive  and  two  Bmes  farther  from  the  Earth  than  it  is  today.