• 별자리와 별의 위치

Ⅶ. 외권과 우주 개발

반┃  이름┃

서술형 문제

1  밤하늘의 별들은 하루를 주기로 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 일주 운동을 한다.

⑴ 하루 동안 밤하늘의 별자리가 변하는 이유를 설명하시오.

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⑵ 남중하는 별이 지평선 아래로 질 때까지 방위각과 고도는 어떻게 변하는지 설명하시오. (단, 방위각은 북점을 기준으로 한다.)

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• 계절에 따른 별자리

2  계절에 따라 잘 보이는 별자리가 달라지는 이유를 설명하시오.

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• 별의 연주 시차와 거리

3  그림 ㈎는 연주 시차의 원리를 나타낸 모식도이고, ㈏는 지구에 있는 관측자가 별 [eqn: rmA]~[eqn: rmC]를 관측하였을 때 [eqn: 1]년 동안 천구 상을 움직인 경로를 나타낸 것이다.

㈎                                ㈏

별 [eqn: rmA]~[eqn: rmC] 중 지구로부터 거리가 가장 가까운 별의 기호를 쓰고, 그 이유를 설명하시오.

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• 별의 밝기와 거리 관계

4  실제 밝기가 [eqn: 1]등급으로 같은 두 별 [eqn: rmA], [eqn: rmB]가 있다. 만약 별 [eqn: rmA]의 거리가 별 [eqn: rmB]보다 [eqn: 2]배 멀리 떨어져 있다면, 어느 별이 몇 배 밝게 보이는지 쓰고, 그 이유를 설명하시오.

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• 별의 표면온도와 색

5  오른쪽 그림은 오리온자리를 나타낸 것이다. 붉은색의 베텔게우스와 파란색의 리겔 중 표면온도가 더 높은 별은 무엇인지 쓰고, 그 이유를 설명하시오.

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• 우리은하의 모습과 태양계의 위치

6  우리은하에서 태양계가 [eqn: rmA]에 위치할 때와 [eqn: rmB]에 위치할 때 은하수가 어떻게 보일지 설명하시오.

⑴ 태양계가 A에 있을 때

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⑵ 태양계가 B에 있을 때

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• 성운의 생성 원리

7  반사 성운이 밝게 보이는 원리를 설명하기 위하여 다음과 같이 실험하였다.

㈎ 방 안을 어둡게 하고 향을 피운 다음, 비커로 덮는다.

㈏ 손전등으로 비커를 비추면서 향의 연기를 관찰한다.

㈐ 손전등 앞에 여러 가지 색의 셀로판 종이를 대어 보면서 향 연기의 색을 관찰한다.

⑴ 손전등을 비추면 향의 연기를 볼 수 있는 이유가 무엇인지 설명하시오.

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⑵ 향 연기의 색이 셀로판 종이의 색과 같게 나타나는 이유가 무엇인지 설명하시오.

• 은하수

8  그림은 여러 방향에서 촬영한 밤하늘의 사진을 합성하여 은하수를 나타낸 것이다.

위 그림에서 은하수 군데군데 어두운 부분이 나타난다. 그 이유를 설명하시오.

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• 우주의 팽창

9  우주의 팽창에 대하여 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.

㈎ 풍선에 바람을 조금 불어 넣은 다음, 적당한 간격으로 스티커를 붙인다.

㈏ 풍선에 바람을 서서히 불어 넣으면서 스티커의 위치를 관찰한다.

풍선에 붙인 스티커를 외부 은하라고 할 때, 스티커 사이의 간격이 변하는 것을 외부 은하의 적색 편이 현상과 관련지어 설명하시오.

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• 외부 은하의 분류

10 표는 외부 은하를 분류하여 나타낸 것이다.

위 표와 같이 분류한 기준이 무엇인지 설명하시오.

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• 우리나라의 우주 개발

11 그림은 전남 고흥군 외나로도에 위치한 나로 우주 센터의 모습을 상공에서 촬영하여 나타낸 것이다.

나로 우주 센터를 건설한 가장 주요한 목적을 설명하시오.

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1  모범 답안 | ⑴ 지구가 자전하기 때문이다.

⑵ 방위각은 증가하고 고도는 낮아진다.

해설 | ⑴ 하루 동안 밤하늘의 별자리가 변하는 것은 하루를 주기로 일주 운동을 하기 때문이며, 이는 지구의 자전에 의하여 나타나는 현상이다.

⑵ 방위각은 북점을 기준으로 시계 방향으로 잰 각도이므로 북점에서 0ﾟ, 남점에서 180ﾟ이다. 고도는 지평선에서 별까지 수직으로 잰 각도이다. 따라서 남중하는 별은 고도가 최대이고, 방위각이 180ﾟ이다. 시간이 지남에 따라 별은 서쪽 지평선으로 지므로 방위각은 증가하고 고도는 낮아진다.

2  모범 답안 | 지구가 공전하기 때문이다.

해설 | 계절에 따라 보이는 별자리가 달라지는 것은 1년을 주기로 별자리가 천구 상을 동에서 서로 연주 운동하기 때문이며, 이는 지구의 공전에 의하여 나타나는 현상이다.

3  모범 답안 | 별 C, 연주 시차는 별까지의 거리에 반비례하기 때문이다.

해설 | 연주 시차는 별까지의 거리에 반비례하므로 연주 시차가 가장 큰 별 C가 지구에서 가장 가깝다.

4  모범 답안 | 별 B가 A보다 4 배 밝게 보인다. 별의 밝기는 별까지의 거리의 제곱에 반비례하기 때문이다.

해설 | 별의 밝기는 별까지의 거리의 제곱에 반비례한다. 실제 밝기가 같은 별이라도 거리가 2 배 멀어지면 밝기는 [eqn: 1OVER4]로 어두워진다. B는 A보다 지구로부터 거리가 [eqn: 1OVER2]로 가까우므로 B는 A보다 4 배 밝게 보인다.

5  모범 답안 | 리겔, 파란색 별이 붉은색 별보다 표면온도가 높기 때문이다.

해설 | 별의 표면온도는 별의 색으로 알 수 있다. 표면온도가 높은 별일수록 파장이 짧은 파란색 영역에서 에너지를 많이 방출하기 때문에 파란색으로 보인다. 즉, 붉은색 별보다 파란색 별의 표면온도가 높다.

6  모범 답안 | ⑴ 계절에 관계없이 은하수가 모든 방향에서 고르고 일정하게 관측될 것이다.

⑵ 은하의 중심 쪽을 보게 되는 계절(북반구의 여름철)에는 은하수의 폭이 넓고 밝게 보이고, 은하 중심의 반대쪽을 보게 되는 계절(북반구의 겨울철)에는 희미하게 관측될 것이다.

7  모범 답안 | ⑴ 향 연기의 알갱이가 손전등의 빛을 반사하기 때문에 우리 눈에 보인다.

⑵ 셀로판 종이를 통과한 빛은 셀로판 종이와 같은 색을 띠므로 향 연기는 셀로판 종이의 색과 같은 색을 띤다.

해설 | 물체가 우리 눈에 보이는 것은 물체의 표면에서 반사된 빛이 우리 눈에 들어오기 때문이다. 실험에서 향의 연기가 우리 눈에 보이는 것은 향 연기에서 반사된 손전등 빛이 우리 눈으로 들어오기 때문이며, 붉은색 셀로판 종이는 붉은 빛을 통과시키고, 파란색 셀로판 종이는 파란 빛을 통과시키므로 향 연기는 셀로판 종이의 색과 같은 색을 띠게 된다.

8  모범 답안 | 우리은하에는 수많은 별들이 있지만 짙은 가스나 티끌과 같은 성간 물질이 구름처럼 모여 있어서 뒤쪽에서 오는 별빛을 차단하기 때문에 어두운 부분이 생긴다.

9  모범 답안 | 풍선에 바람을 불어 넣으면 풍선이 팽창함에 따라 스티커 사이의 간격이 멀어지는데, 이는 우주 팽창에 의해 외부 은하들이 서로 멀어지고 있는 현상에 비유할 수 있으며, 외부 은하가 멀어질 때에는 스펙트럼이 적색 쪽으로 치우치는 적색 편이 현상이 나타난다.

해설 | 천체가 관측자로부터 멀어질 때는 천체가 내는 빛의 스펙트럼에서 적색 편이가 나타난다.

10 모범 답안 | 은하 모양에 규칙성이 있는지 없는지의 여부로 구분하였다.

해설 | 타원 은하와 나선 은하의 모양은 규칙성이 있지만, 불규칙 은하는 모양에 일정한 규칙성이 없다.

11 모범 답안 | 우리나라의 자체적인 기술로 위성 및 발사체를 우리나라 영토에서 발사하기 위한 목적이 가장 크다.

해설 | 나로 우주 센터는 우리나라 최초의 우주 센터로, 우리나라 자체 기술로 만든 위성 및 발사체를 우리나라 영토에서 발사하기 위한 기반 시설을 갖추었다.