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1.1.우주의 기원과 진화 55~57p 정리 10707박민정,10711박예지

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by

yeji park

on 23 June 2015

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Transcript of 1.1.우주의 기원과 진화 55~57p 정리 10707박민정,10711박예지

1. 우주의
기원과 진화

10707 박민정
10711 박예지

-THE END-
목차
논리력 키우기
단원 마무리
밤하늘이 어두운 까닭
사고력 향상 문제
수행평가 문제
창의력 문제
탐구형 문제
밤하늘이 어두운 까닭
(가) 1823년에 독일의 아마추어 천문학자였던 올버스는 너무도
당연하게 생각되는 현상에 대한 질문을 던져 오랫동안 과학자들을 괴롭혔다.
"밤하늘은 왜 어두운가?"
만약 우주에 별들이 고르게 분포학 우주의 크기는 무한하며 변하지 않는다면, 또 빛의 속도가 유한하다면 밤하늘은 전 우주에 고르게 퍼져 있는 별들의
별빛 때문에 대낮보다도 더 밝아야 한다. 과학자들은 우주 공간에 빛을
흡수하는 물질이 존재한다고 가정하여 이 질문에 대한 답을 찾고자 했지만
그럴듯한 해답을 얻지 못하였다. 만약 우주 공간에 빛을 흡수하는 물질이
있어 별빛을 흡수한다고 하여도 일정량 이상의 에너지를 흡수한다면
그 물질도 빛을 방출하게 되기 때문이다.
올버스의 질문에 대한 답은 결국 우주가 팽창한다는 사실이 알려진 후에야 밝혀졌다. 과학자들은 우주의 크기가 매우 크지만 무한하지는 않으며, 우주는 영원히 변하지 않는것이 아니라 팽창하고 있다는 사실로 올버스의
질문에 답할 수 있게 되었다.
아래 그림과 같이 지구로부터 거리가 1인 밤하늘의 일정 면적에 밝기가 A인 별이 1개가 있다고 할 때, 전 프레임글을 참고하여 다음을 계산해보자.
(1)우주에서 별들이 고르게 분포한다면, 지구로부터의 거리가 10인 면적에 분포하는 별들은 몇 개이며, 그 별들에 의한 밝기는 얼마인지 계산해 보자.
(2) 거리가 100인 면적에 분포하는 별들의 개수와
별들에 의한 밝기는 얼마인지 각각 계산해 보자.
(3) 우주가 무한하다면 이 영역의 밝기는 얼마가 될지 계산해 보자.
면적이10제곱배가되므로별의개수는100개가되고, 별하나의 밝기는 10의제곱분의1A=100분의1A가 되며, 별 100개에 의한 밝기는A가 된다.
면적이 100제곱배가 되므로 별의 개수는 10,000개가 되고,
별하나의 밝기는 100의제곱분의1A= 10000분의1A가되며,
별10,000개에 의한 밝기는A가 된다.
한 방향 내의 많은 별들에 의해
밝기는 무한히 밝아진다.
대폭발 우주론에 의하면 우주는 137억 년 전에
탄생하여 지금까지 팽창하고 있다. 다음 사항들을
고려하여 밤하늘이 어두운 까닭은
무엇인지 설명해 보자.
은하들이 우주의 팽창 때문에 멀어지고 있으므로
빛은 적색편이로 약해지고, 빛의 속도는 유한하기 때문에
137억 광년보다 먼 곳에 있는 은하는 볼 수 없다.
또 우리가 보는 먼 우주는 우주 탄생 초기의 모습이며,
당시에는 은하가 지금보다 적기 때문에 먼 우주는
가까운 우주보다 더 어두울 것이다.
단원 마무리
사고력 향상 문제
사고력 향상 문제
사고력 향상 문제
매우 먼 거리에 있는 은하들을 관측하면 우주가 탄생한 초기의 모습을 알 수 있는 까닭은
무엇인지 이야기해 보자.
지구에서 매우 먼 거리에 있는 은하의 빛이
지구에 도달하려면 매우 오랜 시간이 걸린다.
만약 지구에서100억광년 떨어져 있는
은하 빛을 관측한다면 이 빛은100억 년 전 그 은하에서 방출된 것이다.
그림은 우주 팽창을 설명하기 위한 모형으로,
건포도가 든 빵이 부푸는 모습이다.
그림의 과정이 한 시간에 걸쳐 일어났다고 할 때
A점으로부터의 거리와 빵이 부푸는 속도의 관계를
그래프로 그려 보고, 빵의 부푸는 속도는 A점으로부터의
거리에 따라 어떻게 달라지는지 계산해 보자.
은하수가 하늘을 가로질러 뻗어 있지 않고
하늘의 절반에만 펼쳐져 있다고 가정한다면,
태양은 우리 은하의 어느 위치에 있을지
적절한 근거를 들어 설명해 보자.
우리 은하의 원반부에는 많은 별들이 모여 있으며
지구가 속한 태양계도 우리 은하의 원반부에 있다.
은하수는 우리 은하의 원반부가 밤하늘에 보이는 것이므로, 만약 태양이 우리 은하의 가장자리에 있다면 은하수는
하늘의 절반에만 보일 것이다.
암흑 물질이 많다면 우주 전체의 질량이 커져
중력이 강하게 작용하므로, 대폭발 이후 우주가
팽창하는 속도는 점차 느려질 것이다.
성간에서 원자들이 결합하는 화학 반응을 통해
만들어지는 여러 가지 분자 중 수소분자가 가장 많은 까닭은 무엇인지 설명해 보자.
우주공간에 수소원자가 가장 많이 존재했으므로,
이들 사이의 반응으로 생성되는 여러가지 생성물질중수소원자2개가 공유 결합하여 수소 분자가 만들어지는 반응 속도가 가장 빠르기 때문이다.
수행평가 문제
원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있으며,
원자핵은 양성자와 중성자가 결합하여 이루어진다.
(+)전하를 띠는 양성자들끼리 전기적 반발력에 의해
흩어지지 않고 원자핵 내에서 강하게 결합되어 있는
까닭은 무엇인지 설명해 보자.
원자핵 내에서 양성자와 중성자들을 강하게 결합시키는
강한 상호 작용력(강력)이 작용하기 때문이다.
강력은 자연에 존재하는 네 가지 기본 힘 중에 가장 세지만, 양성자와 중성자 정도의 크기를 벗어나면 급격히 감소하여 작용하지 않는다. 따라서 강력은 실생활에서는 느낄 수 없다.
아궁이에 나뭇가지를 넣어 불을 지필 때,
부채로 바람을 일으키면 불씨가 더욱 활발히 타오르는 것을 관찰할 수 있다. 이 현상을
반응 속도와 관련지어 설명해 보자.
부채질을 하여 아궁이에 바람을 불어넣으면
산소 공급이 더욱 많아져 산소의 농도가 진해진다.
이와 같이 반응물질의 농도가 진해지므로
나뭇가지의 연소 반응 속도가 증가한다.
창의력 문제
우주가 아주 작고, 뜨거운 한 점의 대폭발로
시작되었다는 가모의 대폭발 우주론은
현재 가장 널리 인정받는 우주 탄생 이론이다.
대폭발 우주론을 뒷받침하는 증거는
무엇이 있는지 써 보자.
원자 내 전자가 에너지 준위가 낮은 곳으로 내려올 때에는
에너지를 빛의 형태로 방출하여 방출 스펙트럼이 관찰되고,
전자가 빛을 흡수하여 에너지 준위가 높은 곳으로 올라갈 때에는
흡수 스펙트럼이 관찰된다. 이때 전자가 존재할 수 있는 에너지 준위의
간격은 물질의 종류에 따라 정해져 있으므로 방출되거나
흡수되는 스펙트럼을 관찰하면 어떠한 종류의 원소로
구성되어 있는지 알 수 있다. 따라서 별빛의 스펙트럼을 관찰하여
별의 구성 원소를 알 수 있기 때문에 스펙트럼을 별의 지문이라고 한다.
스펙트럼을‘별의 지문’이라고 부르는 까닭은 무엇인지 서술해 보자.
탐구형 문제
수소와 헬륨의 질량 비율이3:1이다.
우주 배경 복사
(나) 질량이 매우 큰 별

⑴ 성간 물질이 수축되어 원시별로 태어난다.
⑵ 수소 핵융합 반응이 시작되어 주계열성이 된다.
⑶ 중심핵에서 수소, 헬륨, 탄소, 산소, 규소 등이
차례로 핵융합 반응을 하며 밝게 빛난다.
⑷ 중심부에서 핵융합 반응에 참여할 물질들이
고갈되면 적색 초거성이 된다.
⑸ 중심핵에서 철이 만들어지고 난 후
초신성폭발이 일어난다.
⑹ 별의 바깥 부분이 우주 공간으로 퍼져나가고,
중심핵은 중성자별이나 블랙홀이 된다.
(가) 태양 정도의 질량의 별

⑴ 성간 물질이 수축되어 원시별로 태어난다.
⑵ 수소 핵융합 반응이 시작되어 주계열성이 된다.
⑶ 중심핵에서의 수소 핵융합 반응이 끝나 적색 거성이 된다. ⑷ 별의 바깥층이 팽창하여 행성상 성운이 되고,
중심핵은 백색 왜성이 된다.
사고력 향상 문제
사고력 향상 문제
최근 연구에 따르면 우주에 별이나 성간 물질과
같은 보이는 물질보다 보이지 않는 암흑 물질이
더 많이 있다고 한다. 만약 이제까지 알려진 것보다
많은 양의 암흑 물질이 우주에 분포한다면
우주의 팽창에 어떤 영향이 있을지 생각해 보자.
수행평가 문제
그림은 별의 일생을 나타낸 것으로,태양 정도의 질량을 가지는 별과 태양보다 질량이 더 큰 별의
일생을 보여준다.
탐구형 문제
감사합니다(꾸벅)
논리력 키우기
(나) 별들이 우주의 고르게 분포한다면 지구로부터 일정한 거리에 있는 별들의 개수는 거리의 제곱에 비례하여 많아진다. 별들은
지구에서 멀리 떨어져 있기 때문에 점으로 보이지만, 실제로 별은 매우 크다. 별의 개수가 거리의 제곱의 비례하여 많아지는 것과는 달리, 별의 겉보기 면적과 볓빛의 세기는 거리의 제곱에 반비례하여 줄어든다.
빵이 부푸는 속도는 그래프의

기울기와 같으며, 이다
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