01 대폭발 우주론의 증거를 <보기>에서 있는 대로 쓰시오.

Ⅰ. 시공간과 우주 / 2. 시공간의 새로운 이해

11. 대폭발 우주론

소단원 문제

	<보 기>
ㄱ.우주 배경 복사 ㄴ. 헬륨 원소의 존재 비율 ㄷ.은하의 적색 편이 현상

02 다음은 현대의 우주론에 대한 설명이다. 옳은 설명에는 ○표, 옳지 않은 설명에는 ×로 표시하시오.

⑴ 과거 어느 시점에 우주의 크기는 현재의 우주보다 컸

었다. (     )

⑵ 대폭발과 함께 우주와 시공간이 생성되었다.(     )

⑶ 대폭발 후 현재까지 우주는 계속해서 팽창하고 있다.

(     )

⑷ 우주 초기부터 현재까지 우주 팽창 속력은 일정하다.

(     )

03 그림은 지구에서 관측한

은하 A, B, C의 후퇴 속도를

거리에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은

것만을 <보기>에서 있는

대로 고른 것은? (단, 우리

은하, A, B, C는 일직선상

에 위치한다.)

	<보 기>
ㄱ. 시간이 경과하면 A와 B 사이의 거리가 증가한다. ㄴ. B에서 관측하면 C에서 나온 빛의 적색 편이가 관측된다. ㄷ. A에서 관측할 때, 적색 편이의 정도는 B에서 나 온 빛이 C에서 나온 빛보다 더 크게 관측된다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

04 다음은 대폭발 우주론에 관한 글이다.

(가)대폭발 우주론에 의하면 과거 어느 시점에 에너

지 밀도가 높은 상태에서 커다란 폭발이 일어나 우

주가 생성되었고, 우주는 지금까지 계속 팽창하며

온도가 내려가고 있다. 우주 생성 초기에 (나)쿼크들

사이에 글루온이 매개하는 (다)힘이 작용하여 양성

자와 중성자가 생성되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 우주 배경 복사는 (가)의 증거이다. ㄴ. (나)의 전하량은 0이다. ㄷ. (다)는 강한 상호 작용이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

05 그림은 우주 탐사선이 측정한 우주 배경 복사를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 우주 배경 복사는 양성자와 중성자가 생성될 때 우주로 퍼져 나간 빛이다. ㄴ. 우주의 온도가 높았던 과거에는 우주 배경 복사 의 파장이 지금보다 더 짧았다. ㄷ. 우주 배경 복사는 우주의 특정한 방향에서만 관 측이 가능하다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄴ, ㄷ

06 그림은 프리드만의 3

가지 우주 모형 A, B, C를

나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은

것만을 <보기>에서 있는

대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 우주는 밀도가 매우 큰 한 점에서 시작되었다. ㄴ. C는 열린 우주 모형이다. ㄷ. 우주의 밀도가 임계 밀도보다 작은 경우는 A이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

07 그림 (가)는 우리 은하에서 각각 [eqn: r], [eqn: 2r], [eqn: 3r]로 떨어져 있는 외부 은하 A, B, C를 나타낸 것이고, (나)는 우리 은하에서 관측한 외부 은하의 후퇴 속도를 외부 은하까지의 거리에 따라 나타낸 것이다. A에서 바라본 B의 후퇴 속도를 [eqn: v]라고 할 때 [eqn: v _{rm B it}], [eqn: v _{rm C it}]와 비교하시오.

08 다음 글이 설명하는 것은 무엇인지 쓰고, ㉠에 알맞은 것을 고르시오.

외부 은하들의 스펙트럼을 관측하여 분석하였더니

은하의 스펙트럼에서 흡수선 파장이 붉은색 쪽으로

치우쳐 나타나는 적색편이를 발견하였다. 외부 은하

의 적색 편이 현상은 이들이 우리 은하로부터 멀어

지고 있으며, 거리가 멀수록 속도가 ㉠ (증가, 감소)

한다는 것을 의미한다.

정답과 해설

01 ㄱ, ㄴ, ㄷ    02  ⑴ ×  ⑵ ○  ⑶ ○  ⑷ ×   03 ③

04 ③     05 ②     06 ③    07 [eqn: v _{rm B it} <v<v _{rm C it}]

08 허블의 법칙, ㉠ 증가

01

ㄱ. 우주 배경 복사는 대폭발 후 우주의 온도가 300K가 되어 빛과 물질이 분리되었을 때의 복사가 우주의 팽창으로 온도가 낮아져, 현재 온도가 약 2.7K에 해당하는 파장의 복사로 관측되는 것이다.

ㄴ. 은하의 적색 편이 현상은 외부 은하의 스펙트럼이 도플러 효과에 의해 적색 쪽으로 치우치는 현상으로 은하가 점점 멀어지고 있음을 의미한다. 즉, 우주가 팽창하고 있음을 나타낸다.

ㄷ. 새로 탄생한 별이나 늙은 별이나 헬륨의 함량에는 별 차이가 없다. 이것은 헬륨의 대부분이 우주의 대폭발 초기에 형성되었음을 의미한다. 현재 헬륨과 수소의 존재 비율은 3:1로 대폭발 이론에서 예측한 사실과 일치한다.

02

⑴ 우주는 계속 팽창하고 있다.

⑵~⑶ 대폭발과 함께 우주와 시공간이 생성되었고, 현재까지 계속 팽창하고 있다.

⑷ 처음 대폭발이 발생한 직후, 우주는 매우 빠른 속도로 급팽창하였으며 이후 우주는 물체끼리 서로 잡아당기는 힘으로 인하여 팽창 속력이 점점 줄었다가 어느 순간을 지나면서 중력의 효과가 작아져서 팽창 속력이 증가하고 있다. 대폭발 후 지금까지 우주의 팽창 속력은 일정하지 않다.

03

ㄱ. 후퇴 속도는 B가 A보다 크고, 우리 은하로부터 떨어진 거리는 B가 A보다 크다. 따라서 A와 B 사이의 거리는 점점 멀어진다.

ㄴ. B에서 관측했을 때 C는 멀어지고 있다. 따라서 C에서 나온 빛을 B에서 관측하면 적색 편이가 관측된다.

ㄷ. 후퇴 속도가 큰 행성일수록 행성에서 나오는 빛의적색 편이 정도는 크다. 후퇴 속도는 B가 C보다 크므로, 적색 편이 정도는 C에서 나온 빛이 B에서 나온 빛보다 더 크게 관측된다.

오답 체크

04

ㄱ. 우주 배경 복사는 대폭발 우주론의 증거이다.

ㄷ. 글루온이 매개하는 힘은 강한 상호 작용이다.

ㄴ. 기본 전하량을 [eqn: e]라 할 때, 쿼크의 전하량은 [eqn: + {2} over {3} e] 또[eqn: - {1} over {3} e]는 이다.

오답 체크

05

ㄴ. 온도가 높으면 우주 배경 복사의 파장이 짧다.

ㄱ. 우주 배경 복사는 원자가 생성될 때 입자와의 상호 작용에서 자유로워져 우주로 퍼져 나간 빛이다.

오답 체크

ㄷ. 우주 배경 복사는 우주의 모든 방향에서 거의 동일하게 관측된다.

06

ㄱ. 프리드만 우주 모형에서 과거 우주의 크기는 0이었으며 팽창과 수축하는 정도에 따라 우주를 세 가지로 구분하였다.

ㄴ. 우주를 구분하는 기준은 우주 전체의 밀도이며, C는 전체 밀도가 임계 밀도보다 작아서 크기가 점점 커지는 ‘열린 우주 모형’이다.

ㄷ. A는 전체 밀도가 임계 밀도보다 커서 크기가 커졌다가 다시 줄어드는 ‘닫힌 우주 모형’이고, B는 전체 밀도가 임계 밀도와 같아서 크기가 일정하게 유지되는 ‘평평한 우주 모형’이다.

오답 체크

07

정답 키워드

적색 편이

모범답안_ [eqn: v _{rm B it} <v<v _{rm C it}]

해설_ 그림 (가)에서 두 외부 은하 A, B가 이루는 각은 둔각이다.

A와 B 사이의 거리는 [eqn: 2r]보다 크고 [eqn: (r+2r)]보다 작기 때문에 A에서 바라본 B의 후퇴 속도 [eqn: v]는 [eqn: v _{rm B it}] 보다 크고 [eqn: v_{rmC}]보다 작다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	대소 관계를 정확하게 비교한 경우	100
B	[eqn: v _{rm B it} <v]라고만 답한 경우	50
C	[eqn: v<v _{rm C it}]라고만 답한 경우	50

08

정답 키워드

후퇴 속도

모범답안_ 허블의 법칙, ㉠ 증가

해설_ 1929년 허블은 외부 은하들의 스펙트럼을 관측한 결과 적색 편이를 발견하였다. 외부 은하의 후퇴 속도는 우리 은하로부터의 거리에 비례한다는 것이 바로 허블의 법칙이다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	법칙과 ㉠을 모두 정확하게 답한 경우	100
B	법칙과 ㉠ 중 한 가지만 정확하게 답한 경우	50