Ⅷ. 별과 우주

생각 열기, 생각 넓히기

우리 조상들은 언제부터 별을 관측했을까?

1차시

교과서

340～341

http://www.dhbook.co.kr

천상열차분야지도

1

천상열차분야지도(보물 제 228호)는 1395년에 만들어진 가로 122.5 cm, 세로 211 cm, 두께 12 cm인 석각 천문도로, 중국 남송의 ‘순우천문도’에 이어 세계에서 두 번째로 오래된 것이다. 천상열차분야지도는 하늘에 있는 모든 별을 12개의 분야로 ‘펼친 그림’이라는 뜻이다.

▴ 천상열차분야지도

직육면체의 돌에 천체의 형상을 새겨 놓은 것으로, 조선을 건국한 태조 이성계가 왕조의 권위를 드러내고자 권근, 유방택 등 11명의 천문학자들에게 명을 내려 만들도록 한 것이다.

고구려의 천문도를 표본으로 삼아 윗부분에는 짧은 설명과 함께 별자리 그림이 새겨져 있고, 아랫부분에는 천문도의 이름, 작성 배경과 과정, 만든 사람의 이름 및 만든 때가 적혀 있다.

별자리 그림에는 중심에 북극을 두고 태양이 지나는 길인 황도와 남북극 가운데로 적도를 나타내었다. 또한, 황도 부근의 하늘을 12등분한 후 1464개의 별들을 점으로 표시하였다. 이 그림을 통해 해, 달, 5행성(수성, 금성, 토성, 화성, 목성)의 움직임을 알 수 있고, 그 위치에 따라 절기를 구분할 수도 있다.

천문도

2

우리나라는 옛날부터 농업을 주업으로 하였기 때문에 농사의 절기를 예보하는 천문학은 매우 중요시 여겨져 왔다. 그래서 나라의 왕은 백성들에게 하늘의 운동을 관측하여 씨를 뿌리고, 밭을 갈고, 물을 대주고, 수확하는 시기의 모든 것들을 정확히 알려 주어야 했고, 백성들은 이에 따라 농사일을 하였던 것이다. 또한, 하늘의 해와 달, 별들의 움직임으로 부터 시간을 정하고, 계절의 변화에 따른 낮 시간과 밤 시간의 간격을 백성들의 생활 리듬에 맞게 조정하여 사용하는 지혜를 보이기도 하였다. 그리고 해와 달이 겹쳐지는 일, 월식을 정확히 계산하고 예측하는 과학의 우수성을 나타내기도 하였다.

오늘날에도 지구로 찾아오는 혜성의 출현과 유성의 기록 그리고 행성들이 서로 겹쳐지는 현상 등 하늘의 여러 현상을 기록으로 남겨 왔다. 이러한 관측 기록은 오늘날에도 쓸모 있는 천문학 자료로 활용되고 있다.

Ⅷ. 별과 우주

1. 별

□ 별까지의 거리는 어떻게 알까?

2～3

차시

교과서

342～345

연주 시차

1

(1) 연주 시차 : 지구 공전 궤도의 양쪽 끝 E1과 E2에서 별 S를 바라볼 때 생긴 시차(∠E1SE2)의 [eqn: {1} over {2}]이 되는 각 [eqn: p]를 연주 시차라고 한다.

▴ 연주 시차

(2) 연주 시차와 별의 거리

① 지구와 태양 사이의 거리를 [eqn: a], 연주 시차를 [eqn: p], 별과 지구 사이의 거리를 [eqn: d]라고 하면, [eqn: a]는 중심각이 [eqn: p]인 원호의 길이에 해당하므로, 다음과 같은 비례식이 성립한다.

[eqn: p~:`a~=~360 DEG ~:~2 pi d]

② 별까지의 거리가 멀수록 연주 시차는 작아진다.

[eqn: 별의~거리( rm pc)~=~ {1} over {연주~시차( '' )}]

(3) 1파섹(pc) : 연주 시차가 1＂인 별까지의 거리로, 빛이 1년 동안 움직여 간 거리의 3.26배에 해당한다.

별의 거리

2

(1) 연주 시차를 이용한 거리의 측정은 약 100 pc 이내에 이는 가까운 별만 가능하다.

(2) 별의 거리 단위

① 천문단위(AU) : 지구와 태양까지의 평균 거리를 1천문단위(AU)라고 한다.

1 AU = 1.5×108 km

② 광년(LY) : 빛이 1년 동안 간 거리이다.

1광년 = 9.45×1012 km

③ 파섹(pc) : 별의 연주 시차가 1＂일 때의 거리이다.

1pc = 3×1013 km = 206265 AU = 3.26광년

별의 밝기와 등급

Ⅷ. 별과 우주

1. 별

□ 별의 밝기와 등급은 어떻게 정할까?

4～5

차시

교과서

346～349

1

(1) 별의 밝기는 등급으로 나타내며, 별의 등급이 작을수록 밝은 별이다.

(2) 별의 등급 표시 : 별을 맨눈으로 볼 때 가장 밝은 별을 1등성, 가장 어두운 별을 6등성으로 구분하였다.

(3) 별의 밝기와 등급

① 1등급의 밝기 차는 약 2.5배이다.

② 1등성보다 6등성은 약 100배(2.55배=100배) 밝다.

등급 차	1	2	3	4	5
밝기 차(배)	2.5	6.25(≒2.52)	16(≒2.53)	40(≒2.54)	100(≒2.55)

(4) 별의 밝기와 거리 관계 : 별의 밝기는 별까지의 거리 제곱에 반비례한다.

[eqn: 1]

[eqn: {1} over {9}]

[eqn: {1} over {4}]

겉보기 등급(실시 등급)

2

(1) 맨눈으로 본 별의 밝기를 등급으로 나타낸 것이다.

(2) 겉보기 등급이 작은 별일수록 우리 눈에 밝게 보이는 별이다.

절대 등급

3

(1) 모든 별을 32.6광년의 거리에 두었다고 가정했을 때의 별의 밝기를 나타낸 등급이다.

(2) 절대 등급이 작은 별일수록 실제로 방출하는 에너지량이 많은 별이다.

별의 등급과 거리의 관계

4

(1) 겉보기 등급 < 절대 등급 : 32.6광년보다 가까이 있는 별

(2) 겉보기 등급 = 절대 등급 : 32.6광년 거리에 있는 별

(3) 겉보기 등급 > 절대 등급 : 32.6광년보다 멀리 있는 별

전등의 온도와 색깔

1

전등의 밝기가 밝을수록 온도가 높아지며, 전등의 온도가 높아지면 전등 불빛의 스펙트럼에서는 붉은색보다 파란색 부분이 상대적으로 많아진다.

별의 색깔

Ⅷ. 별과 우주

1. 별

□ 별의 표면 온도는 어떻게 알까?

6차시

교과서

350～351

2

(1) 별의 색깔이 서로 다른 이유 : 별마다 표면 온도가 다르기 때문이다.

고온의 물체는 눈으로 볼 수 있는 빛을 방출하며, 온도가 높을수록 강한 에너지를 내보낸다. 그런데 그 빛에서 가장 강하게 나오는 파장(색깔)은 온도에 따라 결정된다. 즉, 온도에 따라 상대적으로 강하게 나오는 빛의 파장이 다르므로 우리 눈에는 색깔이 다르게 느껴지는 것이다. 이에 따라 방출되는 빛의 색깔로부터 그 별의 온도를 추정할 수 있다.

(2) 온도가 높은 별은 주로 파란색 영역에서 빛을 방출하는 반면 온도가 낮은 별은 대부분의 에너지를 붉은색 영역에서 방출한다. 일반적으로 온도가 높아질수록 더 많은 에너지를 방출하게 되므로, 별의 색깔은 그 별의 온도를 알려 주는 척도가 된다.

별의 스펙트럼형

3

(1) 별빛의 스펙트럼 형태를 O, B, A, F, G, K, M의 7가지로 분류한 것을 말한다.

(2) 스펙트럼형이 O형으로 갈수록 별의 표면 온도가 높고 파란색을 띠며, M형으로 갈수록 별의 표면 온도가 낮고 붉은색을 띤다.

스펙트럼형	O	B	A	F	G	K	M
표면 온도(K)	28000 ～50000	10000 ～28000	7500 ～10000	6000 ～7500	5000 ～6000	3500 ～5000	3500 이하
색깔
대표적인 별	라세태 10	리겔, 스피카	베가, 시리우스	북극성, 프로키온	태양, 카펠라	알데바란	베텔게우스, 안타레스

Ⅷ. 별과 우주

1. 별

□ 별자리는 어떻게 찾을까?

7～8

차시

교과서

352～359

별자리

1

(1) 지평 좌표계 : 관측자의 지평면을 기준면으로 천구 상 천체의 위치를 방위각과 고도를 이용하여 나타낸 좌표계이다. 지평 좌표에 의하여 천체의 위치는 쉽게 찾을 수 있지만 관측자 중심으로 나타낸 좌표이므로 같은 천체라도 관측자의 위치에 따라 좌표 값이 달라지기 때문에 관측 장소와 시간을 반드시 명시하여야 한다.

▴ 지평 좌표계

① 방위각 : 별이 떠 있는 방향을 나타낸다. 북점을 기준으로 지평선을 따라 시계 방향으로 측정한 각으로, 0°～360°로 표시한다.

② 고도 : 별이 떠 있는 높이를 나타낸다. 지평면부터 천정 방향으로 측정한 각으로, 0～90°로 표시한다.

(2) 별자리 : 그리스 신화 속의 인물이나 동물 또는 기타 사물의 이름을 붙인 것이다.

(3) 별자리의 수 : 세계적으로 사용하는 별자리는 88개이며, 우리나라에서는 50개 정도의 별자리를 관측할 수 있다.

각 계절의 별자리

2

(1) 계절에 따른 별자리 : 각 계절의 저녁 9시경 남쪽 하늘에서 관측되는 별자리

(2) 계절의 대표적 별자리

① 봄철의 별자리 : 목자자리의 아르크투루스, 처녀자리의 스피카, 사자자리의 데네볼라를 잇는 대삼각형을 이용하여 찾는다.

② 여름철의 별자리 : 독수리자리의 알타이르와 거문고자리의 베가, 백조자리의 데네브를 잇는 대삼각형을 이용하여 찾는다.

③ 가을철의 별자리 : 페가수스의 몸통에 해당하는 4개의 별을 이은 사각형을 이용하여 찾는다.

④ 겨울철의 별자리 : 작은개자리의 프로키온, 큰개자리의 시리우스, 오리온자리의 베텔게우스를 꼭짓점으로 하는 대삼각형을 이용하여 찾는다.

▴ 봄의 대곡선과 봄철 별자리

▴ 여름의 대삼각형과 여름철 별자리

▴ 가을의 사각형과 가을철 별자리

▴ 겨울의 대삼각형과 겨울철 별자리

북쪽 하늘의 별자리

▴ 북쪽 하늘의 별자리

3

(1) 북극성 근처의 별들은 계절에 관계없이 1년 내내 볼 수 있다.

(2) 북쪽 하늘 별자리 : 작은곰자리(북극성), 큰곰자리(북두칠성), 카시오페이아자리, 케페우스자리 등

Ⅷ. 별과 우주

2. 은하와 우주

□ 은하를 이루는 것은 무엇일까?

9～10

차시

교과서

362～367

성단

1

(1) 성단 : 수많은 별들이 모여서 무리를 지어 모여 있는 집단

(2) 성단의 종류

① 구상 성단 : 수만～수십만 개의 별들이 빽빽하게 구형으로 모여 있는 성단

∙ 붉은색 별들이 많다.

∙ 은하핵을 중심으로 한 구 안에 고르게 분포되어 있다.

∙ 현재까지 약 100여 개가 발견되었다.

□ 사냥개자리의 구상 성단 등

② 산개 성단 : 수십～수만 개의 별들이 비교적 허술하게 모여 있는 성단

∙ 주로 파란색 별들이 많다.

∙ 은하 속에서만 발견되므로 은하 성단이라고도 한다.

∙ 현재까지 약 1000여 개가 발견되었다.

□ 황소자리의 플레이아데스 성단 등

▴ 구상 성단

▴ 산개 성단

성운

2

(1) 성운 : 별과 별 사이의 우주 공간에 가스나 티끌이 다른 곳에 비해 많이 모여 있어서 마치 구름처럼 보이는 것이다.

(2) 성운의 종류

① 밝은 성운 : 밝은 별이 근처에 있어 전체가 밝게 보이는 성운 .

∙ 발광 성운 : 중심에 있는 밝은 별로부터 나오는 빛을 흡수하였다가 내보내는 성운

□ 오리온 대성운

∙ 반사 성운 : 가스나 티끌들이 별빛을 반사하여 밝게 보이는 성운   □ 플레이아데스 성운

② 암흑 성운 : 짙은 가스나 티끌이 뒤에서 오는 빛을 가려서 어둡게 보이는 성운   □ 말머리성운

▴ 오리온 대성운

▴ 플레이아데스 성운

▴ 말머리성운

외부 은하

3

(1) 외부 은하 : 우리 은하 밖에 있는 은하  □ 안드로메다 은하

(2) 모양에 따라 타원 은하, 나선 은하, 불규칙 은하 등으로 분류한다.

① 타원 은하 : 타원 모양의 은하로, 대부분 늙은 별들로 구성되어 있다.

② 나선 은하 : 중심핵에서 나선팔이 뻗어 나온 정상 나선 은하와 우리 은하와 같이 중심부에 막대 모양이 있는 막대 나선 은하로 분류된다.

③ 불규칙 은하 : 일정한 형태가 없다.

타원 은하	나선 은하		불규칙 은하
	정상 나선 은하	막대 나선 은하

은하수

Ⅷ. 별과 우주

2. 은하와 우주

□ 우리 은하는 어떤 모습일까?

11～12

차시

교과서

368～371

1

▴ 궁수자리 은하수

(1) 밤하늘을 가로지르는 뿌연 안개와 같이 보이는 띠로, 무수히 많은 별들이 모인 것이다.

(2) 여름철 남쪽 하늘에서 특히 잘 관측되고, 궁수자리 쪽이 폭이 넓고 밝게 관측된다.

(3) 은하수에서 군데군데 검게 보이는 부분은 성간 물질이 별빛을 차단하기 때문이다.

우리 은하

2

(1) 태양계를 비롯하여 수많은 성단과 성운 등의 거대한 천체들의 집단이다.

▴ 우리 은하

(2) 우리 은하의 구조 : 나선팔이 있는 막대 나선 은하의 구조이다.

(3) 우리 은하의 모습

① 옆에서 본 모습 : 중심부가 볼록한 원반형

② 위에서 본 모습 : 중심부에 막대 모양의 구조가 있는 나선형

(4) 우리 은하의 크기 : 지름이 약 10만 광년이다.

(5) 태양계에서의 위치 : 우리 은하의 중심으로부터 약 3만 광년 떨어진 나선팔에 위치한다.

Ⅷ. 별과 우주

2. 은하와 우주

□ 우주는 팽창하고 있을까?

13～14

차시

교과서

372～375

도플러 효과

1

(1) 도플러 현상 : 파원이 관측자로부터 멀어질 때에는 파장이 길게 측정되고, 다가올 때에는 파장이 짧게 측정되는 현상이다.

(2) 도플러 효과에 의한 별빛의 편이 현상

① 적색 편이 : 관측자와 천체의 거리가 멀어지면 천체에서 오는 빛은 파장이 길어져서 적색 쪽으로 치우쳐서 관측된다.

② 청색 편이 : 관측자와 천체의 거리가 가까워지면 천체에서 오는 빛은 파장이 짧아져서 청색 쪽으로 치우쳐서 관측된다.

▴ 도플러 효과에 의한 적색 편이와 청색 편이 현상

우주의 팽창

2

(1) 우주 팽창 : 미국의 천문학자 허블은 지구로부터 거리가 먼 외부 은하일수록 적색 편이가 크게 관측되는 사실로부터 우주가 팽창하면서 은하가 멀어지고 있다고 설명하였다.

(2) 팽창 우주론 : 약 140억 년 전에 우주의 모든 물질과 에너지가 한 점에 모여 있다가 우주의 시작을 알리는 대폭발을 일으키며 팽창하기 시작하여 현재와 같은 우주가 형성되었다는 우주론이다.