01 외계 행성을 찾는 방법으로 가장 거리가 먼 것은?

Ⅳ. 다가오는 우주 / 3. 우주 탐사

36. 외계 행성과 생명체 탐사

소단원 문제

① 직접 탐사	② 식 현상

③ 도플러 효과	④ 미세 중력 렌즈 현상

⑤ 항성의 미세한 떨림

02 외계 행성을 찾기 위하여 현재 쓰이는 방법으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 별의 스펙트럼에서 나타나는 파장의 주기적 변화를 이용한다. ㄴ. 행성이 중심별을 가릴 때 나타나는 별의 밝기 변화를 이용한다. ㄷ. 미세 중력 렌즈 현상에 의한 배경별의 밝기 변화를 이용한다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

03 그림 (가)와 (나)는 외계 행성을 탐사하는 방법을 나타낸 것이다.

(가)

(나)

외계 행성을 탐사하기 위해 (가)와 (나)에서 측정해야 하는

것을 옳게 나타낸 것은?

	(가)	(나)
①	별 A의 밝기 변화	별빛의 파장 변화
②	별 A의 밝기 변화	별빛의 밝기 변화
③	별 A의 밝기 변화	행성의 파장 변화
④	별 B의 밝기 변화	별빛의 파장 변화
⑤	별 B의 밝기 변화	별빛의 밝기 변화

04 그림은 식 현상을 이용한 외계행성의 탐사 방법을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 행성이 중심별의 바로 앞을 지나면 별의 밝기가 감소한다. ㄴ. 도플러 효과와 함께 응용하면 행성의 크기나 질량을 알 수 있다. ㄷ. 행성의 공전 궤도면이 시선 방향에 수직으로 놓인 경우에 이용할 수 있다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

05 그림은 별(항성)의 밝기 변화를 이용하여 2014년 9월까지 발견한 모든 외계 행성들의 공전 궤도 긴반지름과 질량을 나타낸 것이다.

이 자료에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 외계 행성들의 크기는 대부분 지구보다 크다. ㄴ. 공전 궤도 긴반지름은 지구보다 외계 행성들이 대부분 크다. ㄷ. 이 방법을 이용한 외계 행성 탐사는 관측자의 시선 방향이 외계 행성의 공전 궤도면에 수직일 때 가능하다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

06 그림은 세티(SETI) 프로젝트에 사용되고 있는 망원경을 나타낸 것이다.

세티(SETI) 프로젝트에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 외계 행성을 찾는 활동이다. ㄴ. 전파 망원경을 이용하여 탐사를 한다. ㄷ. 외계에서 오는 인위적인 전파를 분석한다,

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

07 그림은 생명 가능 지대를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 생명 가능 지대에서 물은 액체 상태로 존재한다. ㄴ. 별의 광도가 클수록 생명 가능 지대는 중심별에서 가까운 곳에 위치한다. ㄷ. 중심별의 질량이 커진다면 생명 가능 지대는 현재보다 중심별에서 멀어진다

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

서술형 문제

08 그림은 도플러 효과를 이용한 외계 행성을 탐사하는 방법을 나타낸 것이다(단, 1과 2는 별, 1'과 2'는 행성이다.).

⑴ 행성의 질량에 따른 도플러 효과의 크기 변화에 대하여 서술하시오.

⑵ 행성의 공전 궤도면과 관측자의 시선이 이루는 각에 따른 도플러 효과의 크기 변화에 대하여 서술하시오.

09 그림은 미세 중력 렌즈 효과를 이용한 외계 행성을 탐사하는 방법을 나타낸 것이다.

멀리 있는 별이 A → B → C로 이동해 갈 때 관측자에게

가장 밝게 보이는 위치를 고르고, 그 이유를 서술하시오.

10 그림은 별의 질량에 따른 생명 가능 지대의 분포를 나타낸 것이다.

생명 가능 지대에서 물은 어떤 상태로 존재해야 하는지 쓰고, 중심별의 질량에 따라 중심별로부터 생명 가능 지대까지의 거리가 어떻게 달라지는지 서술하시오.

정답과 해설

01 ① 02 ⑤ 03 ④ 04 ③ 05 ① 06 ④ 07 ③ 08~10 해설 참조

01 인류에 의한 직접 탐사가 이루어진 천체는 지구의 위성인 달이 유일하다. 외계 행성을 포함하고 있는 행성계까지의 거리가 멀기 때문에 외계 행성에 대한 직접 탐사는 현재까지는 불가능하다.

02 ㄱ. 행성을 동반한 별은 행성과 서로 돌면서 별의 스펙트럼에서 청색 편이와 적색 편이가 반복되므로 나타나는 파장의 주기적 변화를 이용하여 행성을 찾을 수 있다.

ㄴ. 행성이 식 현상으로 중심별을 가릴 때 나타나는 별의 밝기 변화를 이용하여 행성을 찾을 수 있다.

ㄷ. 행성이 돌면서 미세 중력 렌즈 현상에 의한 배경별의 밝기 변화를 이용하여 찾을 수 있다.

03 (가)는 외계 행성을 탐사하는 방법 중 미세 중력 렌즈 효과를 이용하는 방법이다. 중력 렌즈 효과를 일으키는 중심별 A가 행성을 가지고 있는 경우에 B의 별빛이 굴절하는 정도에 미세한 차이가 나타난다. 따라서 뒤쪽 별(B)의 밝기 변화가 불규칙해지는 것을 관측하여 해석하면 외계 행성의 존재를 알아낼 수 있다.

(나)는 도플러 효과를 이용하는 방법으로, 별이 행성을 가지고 있는 경우 행성과의 공통 질량 중심을 돌면서 일어나는 미세한 떨림을 별빛의 파장 변화로 감지하여 알아내면 외계 행성의 존재를 알아 낼 수 있다.

04 ㄱ. 행성이 중심별의 바로 앞을 지나게 되면 별의 일부가 가려지는 식 현상 때문에 별의 밝기가 감소한다.

ㄴ. 식 현상을 도플러 효과와 함께 응용하면 행성의 크기나 질량을 알 수 있다.

ㄷ. 식 현상을 이용한 외계 행성의 탐사는 행성의 공전궤도면이 시선 방향과 일치할 때 이용할 수 있다.

오답 체크

05 ㄱ. 그래프의 세로축에서 외계 행성들의 질량이 대부분 1(=지구 질량)보다 크므로 크기도 대부분 지구보다 크다고 할 수 있다.

ㄴ. 그래프의 가로축에서 외계 행성들의 궤도 긴반지름이 대부분 1 AU(=지구의 공전 궤도 긴반지름)보다 작으므로 공전 궤도 긴반지름은 지구보다 외계 행성들이 대부분 작다.

오답 체크

ㄷ. 이 방법은 행성이 중심별 앞을 지나며 가리는 식 현상을 이용한 것이므로, 이 방법을 이용한 외계 행성 탐사는 관측자의 시선 방향이 외계 행성의 공전 궤도면과 평행할 때 가능하다.

06 ㄴ, ㄷ. 외계의 지적 생명체가 전파로 신호를 보내다는 가정 아래, 전파 망원경에서 수신한 전파를 분석하여 인위적으로 보내온 전파를 찾아내서 이를 이용하여 외계 지적 생명체를 찾는 활동이다.

ㄱ. 세티(SETI) 프로젝트는 외계 지적 생명체를 탐사하는 활동이다.

오답 체크

07 ㄱ. 행성에 생명체가 생존하기 위해서는 중심별로부터 적당한 거리만큼 떨어져 있어서 물이 액체 상태로 존재해야 한다.

ㄷ. 별의 질량이 클수록 생명 가능 지대는 중심별에서 멀어진다.

ㄴ. 별의 광도가 클수록 별의 질량이 크다. 따라서 별의 광도가 클수록 생명 가능 지대는 중심별에서 멀어진다.

오답 체크

08

모범답안_ ⑴ 행성의 질량이 클수록 별(항성)의 움직임이 커서 도플러 효과가 크게 나타난다.

⑵ 행성의 공전 궤도면이 시선과 나란할 때 도플러 효과가 잘 나타나며, 시선과 직각 방향이면 도플러 효과가 나타나지 않는다.

채점 기준

문항	등급	채점 기준	배점(%)
(1)	A	도플러 효과의 크기 변화를 행성의 질량에 따른 별(항성)의 움직임을 들어 옳게 서술한 경우	50
	B	도플러 효과의 크기만 옳게 서술한 경우	30
(2)	A	공전 궤도면과 시선의 방향이 나란할 때와 직각 방향일 때를 옳게 비교한 경우	50
	B	두 경우 중 한 가지만 서술한 경우	30

09

모범답안_ B, 별(항성)과 일직선 상에 위치하여 별(항성)에 의한 중력에 행성에 의한 중력이 합해져서 중력 렌즈 효과가 커진다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	위치를 옳게 답하고, 이유를 옳게 서술한 경우	100
B	위치를 옳게 답하였으나, 이유에 대한 서술이 미흡한 경우	70
C	위치만 옳게 답한 경우	30

10

모범답안_ 액체 상태, 중심별의 질량이 클수록 중심별에서 먼 곳에 위치한다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	물의 상태를 옳게 쓰고, 생명 가능 지대의 거리를 별의 광도를 들어 모두 옳게 서술한 경우	100
B	물의 상태 변화를 옳게 썼으나, 광도에 대한 서술이 없는 경우	80
C	물의 상태만 옳게 쓴 경우	30