03 별의 색으로 무엇을 알 수 있을까?

과학별과 우주중242쪽중2 과학 · 별과 우주

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이 자료는

중2 과학 「별과 우주」 세 번째 자료로, 별의 색으로 무엇을 알 수 있는지 다루는 문제 유형 학습지입니다. 01편의 거리, 02편의 밝기에 이어 별의 색과 표면 온도를 다룹니다. 문제를 네 가지 유형으로 나누고 유형마다 하나의 물음을 걸었습니다. 별의 색으로 표면 온도를 어떻게 비교할까, 더 뜨거운 별이 반드시 더 밝을까, 색과 밝기·거리를 함께 물으면 무엇부터 구별할까, 별빛을 나누어 보면 무엇을 더 알 수 있을까(심화·자료 확장)의 순서로, 색과 온도에서 출발해 밝기·거리와 구별하고 스펙트럼까지 넓혀 갑니다. 이 편에서 ‘온도’는 별의 표면 온도이고, 문자로 나타낸 별은 학습용 가상 별이라는 ‘이 편의 약속’도 처음에 밝혀 둡니다.

유형마다 '대표문제 → 질문으로 이해하기 → 꼭 기억할 지식과 주의할 점 → 대표문제 풀이 → 적용 문제' 순서로 되어 있습니다. '붉은 별은 차갑다는 뜻일까?', '더 뜨거운 별이 지구에서는 더 어둡게 보일 수도 있을까?', 'O·B·A·F·G·K·M은 무엇을 뜻할까?'처럼 학생이 헷갈려 하는 질문 14개에 한 줄 답과 설명이 붙어 있고, 질문마다 '틀린 생각'과 '바른 문장'을 나란히 놓아 흔한 오해를 바로잡습니다. 달군 금속의 빛, 수도꼭지의 온수·냉수 표시, 빛나는 칸을 이어 붙인 조명판, 멀리 있는 신호등, 파란 구슬과 빨간 구슬이 든 주머니 같은 비유에는 '이 비유가 맞는 데까지'를 함께 적었습니다. 색에 따른 표면 온도 순서 그림, 오리온자리의 베텔게우스와 리겔 모식도, 한 칸의 빛과 전체 빛을 비교한 조명판 그림, 거리가 2배일 때 빛이 4배 넓이로 퍼지는 그림, 프리즘과 파장 그림, 분광형별 대표 색과 온도 범위 표, 묻는 것마다 읽을 자료를 정리한 '자료 읽기 지도'가 실려 있고, 끝에는 '한눈에 정리'가 있습니다.

문제는 대표문제 4개, 유형별 적용 문제 20개, 여러 유형을 섞은 통합 확인 8개로 모두 32문항입니다. O/X와 틀린 문장 고치기, 표 읽기, m − M과 연주 시차로 거리 구하기, 빛의 비율 계산, 잘못된 판단 바로잡기 같은 서술형 문항이 섞여 있습니다. 35쪽부터 빠른 정답과 문항별 해설, 선택지별 풀이, 서술형 인정 범위가 있고, 문항마다 '다시 볼 질문'이 적혀 있습니다.

미리보기

실제 학습지의 일부입니다. 누르면 크게 볼 수 있습니다.

별의 색으로 표면 온도 비교하기 — 파란색·청백색·흰색·황백색·노란색·주황색·붉은색의 일곱 색을 표면 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 늘어놓은 그림과 색이 조금씩 이어지는 띠 · 4쪽

한 칸의 빛과 전체 빛은 다르다 — 2칸과 5칸 조명판, 한 칸이 밝은 작은 판(10 × 4칸)과 한 칸이 덜 밝은 큰 판(1 × 100칸)을 비교한 그림과 조명판·별의 대응 정리 · 12쪽

전체 양보다 두 색의 비율을 비교한다 — 별 P(주머니 A)와 별 Q(주머니 B)의 파란 구슬·빨간 구슬 수와 30 ÷ 60 = 1/2, 8 ÷ 8 = 1의 비율 계산을 나란히 놓은 그림 · 27쪽

핵심 정리 · 별의 색

학습지의 설명 질문 14개 가운데 핵심을 짧게 정리했습니다. 그림·표와 32문항은 PDF에 있습니다.

별마다 색이 다른 까닭은 무엇인가요?

별의 표면 온도에 따라 별이 내는 빛의 색이 달라지기 때문입니다. 별은 빛을 스스로 내며, 표면 온도가 낮은 별은 붉은 기운을, 높은 별은 푸른 기운을 더 띱니다. 충분히 달군 금속이 더 뜨거워지면 붉은빛에서 주황빛·노란빛을 거쳐 희게 빛나는 것과 연결되지만, 별이 빛나는 에너지원은 금속을 달구는 과정과 다릅니다.

파란 별과 붉은 별 중 어느 별의 표면 온도가 더 높나요?

파란 별의 표면 온도가 더 높습니다. 표면 온도가 높은 쪽부터 파란색, 청백색, 흰색, 황백색, 노란색, 주황색, 붉은색 순서입니다. 일곱 색은 대표적인 색 이름이고 실제 별의 색은 조금씩 이어집니다. 수도꼭지의 빨간 표시(온수)와 파란 표시(냉수)는 사람이 정한 표시이므로 별에 옮기면 안 됩니다.

붉은 별은 온도가 낮으니 차가운 별인가요?

아닙니다. 다른 별보다 표면 온도가 낮다는 뜻일 뿐, 붉은 별도 매우 뜨거운 천체입니다. 3,000 K인 붉은 별의 표면은 약 2,700 ℃로, 쇠가 녹는 약 1,500 ℃보다 훨씬 높습니다. 80 ℃의 물이 100 ℃의 물보다 낮다고 차가운 물이 아닌 것과 같습니다.

K(켈빈)는 어떤 단위이고 숫자는 어떻게 읽나요?

K는 온도 단위입니다. 절대 온도(K)는 섭씨온도(℃)에 273.15를 더한 값이며, 어림하면 섭씨온도에 273을 더합니다. K로 쓴 온도는 숫자가 클수록 높으므로, ‘등급 숫자는 작을수록 밝다’는 규칙을 온도에 적용하지 않습니다.

태양과 베텔게우스, 리겔은 색으로 어떻게 비교하나요?

붉은색의 베텔게우스는 수천 K, 색 분류표에서 노란색 계열인 태양은 약 5,800 K, 청백색의 리겔은 1만 K 이상입니다. 그래서 리겔 > 태양 > 베텔게우스 순으로 표면 온도가 높습니다. 태양은 여러 색의 빛을 함께 내며 대기 밖에서 합쳐 보면 흰빛이므로, ‘노란색 계열’은 노란빛만 낸다는 뜻이 아닙니다.

별의 색과 밝기는 무엇이 다른가요?

색은 빛이 어떤 색을 띠는지를, 밝기는 빛이 얼마나 많이 오는지 또는 별 자체가 얼마나 많은 빛을 내는지를 비교합니다. 두 별이 모두 흰색 계열이어도 겉보기 등급은 1과 5처럼 다를 수 있습니다. 표면 온도는 색, 지구에서 보이는 밝기는 겉보기 등급, 실제 밝기는 절대 등급으로 판단합니다.

표면 온도가 높은 별은 실제 밝기도 항상 큰가요?

항상 그렇지는 않습니다. 같은 넓이에서는 표면 온도가 높을수록 더 많은 빛을 내지만, 별 전체의 빛에는 빛을 내는 표면 넓이, 곧 별의 크기도 영향을 줍니다. 한 칸이 덜 밝아도 칸이 매우 많은 큰 조명판이 전체 빛은 더 많은 것처럼, 커다란 붉은 별이 더 뜨거운 작은 별보다 실제 밝기가 클 수 있습니다.

더 뜨거운 별이 지구에서는 더 어둡게 보일 수도 있나요?

그렇습니다. 겉보기 밝기에는 실제 밝기와 거리가 함께 영향을 주기 때문입니다. 더 많은 빛을 내는 등대라도 매우 멀리 있으면 바로 앞의 촛불보다 어둡게 보일 수 있는 것과 같습니다. 다만 색과 겉보기 밝기만으로는 거리를 단정할 수 없고, 실제 밝기가 같은지 등 조건을 확인해야 합니다.

파란 전등이나 파란 옷도 빨간 것보다 뜨거운가요?

아닙니다. LED는 뜨거워져서 빛나는 것이 아니라 전기로 정해진 색의 빛을 내도록 만든 장치이고, 페인트가 칠해진 물체의 색은 빛을 반사하는 성질과 관련이 있습니다. 색이 생기는 까닭이 다르면 별의 색·표면 온도 관계를 그대로 적용할 수 없습니다.

표에 색·등급·연주 시차가 함께 있으면 무엇을 읽어야 하나요?

묻는 성질에 맞는 자료를 골라 읽습니다. 표면 온도는 색, 겉보기 밝기는 m, 실제 밝기는 M, 거리는 연주 시차 p나 m − M을 봅니다. 키가 큰 학생을 찾으면서 출석 번호를 읽으면 안 되는 것과 같습니다. 10 pc에 있는 별은 m = M이고, 거리(pc) = 1 / 연주 시차(″)입니다.

같은 별이 더 멀리 있으면 색도 붉어지나요?

별 자체가 변하지 않고 거리만 바뀌면 색과 표면 온도, 절대 등급은 그대로입니다. 거리가 2배가 되면 같은 빛이 4배 넓이로 퍼져 겉보기 밝기는 1/4이 되고, 겉보기 등급 숫자는 커지며, 연주 시차는 1/2이 됩니다. 멀리 있는 신호등이 희미해도 빨간불이 초록불로 바뀌어 보이지 않는 것과 같습니다.

별의 색으로 거리도 알 수 있나요?

색만으로는 거리를 정할 수 없습니다. 거리는 연주 시차나 겉보기 등급과 절대 등급 같은 자료로 판단합니다. 흰색 별의 연주 시차가 0.10″, 붉은색 별이 0.20″라면 표면 온도는 흰색 별이 높지만 더 가까운 별은 붉은색 별입니다. ‘붉은 별은 모두 가깝고 푸른 별은 모두 멀다’는 틀린 생각입니다.

별빛을 프리즘으로 나누면 왜 여러 색이 나오나요?

별빛에는 여러 파장의 빛이 섞여 있기 때문이며, 이를 파장별로 펼쳐 놓은 것을 스펙트럼이라고 합니다. 눈에 보이는 빛 중 파란빛의 파장이 붉은빛보다 짧습니다. 붉은 별도 붉은빛만 내는 것이 아니라 여러 색의 빛이 섞인 결과가 붉은 기운으로 보이는 것입니다.

분광형 O·B·A·F·G·K·M은 무엇을 뜻하나요?

별빛의 스펙트럼 특징으로 구분한 별의 종류이며, O에서 M으로 갈수록 표면 온도가 낮아집니다. 대표 색은 O형 파란색에서 M형 붉은색까지 이어지고, 순서는 알파벳 순서가 아닙니다. 분광형 M형의 M과 절대 등급 M, 분광형 K형과 온도 단위 K는 서로 다른 뜻입니다.

두 색의 빛의 양으로 표면 온도를 어떻게 비교하나요?

같은 기준으로 측정한 두 색의 빛이 어떤 비율로 섞였는지를 비교합니다. 파란빛이 더 많이 도착했어도 붉은빛에 대한 비율이 작으면 표면 온도가 더 높다고 할 수 없습니다. 도착한 빛의 전체 양은 별의 크기나 거리의 영향을 받기 때문입니다. 실제로는 색지수 등도 이용하지만, 이 학습지는 비율을 비교하는 원리만 다룹니다.

핵심 용어

표면 온도: 별 표면의 온도. 이 편에서 ‘온도’는 표면 온도이며, 별의 색은 그 단서
K(켈빈): 절대 온도의 단위. 절대 온도(K) ≈ 섭씨온도(℃) + 273. 숫자가 클수록 온도가 높음
청백색: 푸른 기운이 도는 흰색
황백색: 노란 기운이 도는 흰색
겉보기 등급(m): 지구에서 보이는 밝기를 나타낸 등급. 숫자가 작을수록 밝게 보임
절대 등급(M): 별을 10 pc 거리에 두었을 때의 등급. 실제 밝기를 비교하는 값
실제 밝기: 별 자체가 내는 빛의 양. 표면 온도와 별의 크기(표면 넓이)가 함께 영향을 줌
m − M: 겉보기 등급에서 절대 등급을 뺀 값. −5·0·+5이면 거리는 1·10·100 pc
연주 시차(p): 거리를 판단하는 자료. 거리(pc) = 1 / 연주 시차(″)
파장: 물결처럼 반복되는 한 모양의 길이. 이웃한 마루에서 다음 마루까지의 거리
프리즘: 빛을 파장에 따라 나누어 여러 색의 띠로 보이게 하는 도구. 색을 새로 만들지 않음
스펙트럼: 빛을 파장별로 펼쳐 놓은 것
분광형(스펙트럼형): 별의 스펙트럼을 바탕으로 나눈 종류. O·B·A·F·G·K·M 순으로 표면 온도가 낮아짐
색지수: 서로 다른 파장대에서 측정한 등급의 차이. 표면 온도 판단에 이용

다 풀고 나면

별은 스스로 빛을 내며, 별의 색이 표면 온도에 따라 달라진다는 것을 설명할 수 있다.
파란색에서 붉은색까지 별의 색 순서로 표면 온도를 비교하고, K로 쓴 온도를 큰 숫자가 높은 쪽으로 읽을 수 있다.
‘붉은 별은 표면 온도가 낮다’가 다른 별과 비교한 표현이며 붉은 별도 매우 뜨겁다는 것을 말할 수 있다.
표면 온도·겉보기 밝기·실제 밝기를 구별하고, 더 뜨거운 별이 반드시 더 밝지는 않은 까닭을 별의 크기와 거리로 설명할 수 있다.
색·m·M·m − M·연주 시차가 함께 주어진 표에서 묻는 성질에 맞는 자료를 골라 표면 온도·밝기·거리를 판단할 수 있다.
거리만 바뀔 때 색·표면 온도·절대 등급은 그대로이고 겉보기 밝기·겉보기 등급·연주 시차가 달라짐을 설명할 수 있다.
별빛의 스펙트럼과 분광형 O·B·A·F·G·K·M의 뜻을 알고, 두 색의 빛의 비율로 표면 온도를 비교할 수 있다.

이렇게 풀면 됩니다

1쪽 '이 편에서 답할 질문'에서 네 유형과 비교할 자료, '이 편의 약속'을 확인합니다. 2쪽 '자료 읽기 지도'로 묻는 것마다 읽을 자료를 살펴본 뒤, 유형마다 맨 앞의 대표문제(2·10·18·24쪽)를 먼저 풀어 봅니다.
'질문으로 이해하기'의 질문을 읽고 내 답을 말해 본 뒤 한 줄 답과 설명, 그림·표를 읽습니다. '틀린 생각'과 '바른 문장'을 견주어 보고, 비유는 '이 비유가 맞는 데까지'와 함께 읽습니다. '꼭 기억할 지식과 주의할 점'과 대표문제 풀이의 판단 근거로 내 풀이를 점검합니다.
유형별 '적용 문제'를 같은 방법으로 풉니다. 31쪽 '한눈에 정리'의 자료 읽기 지도와 흔히 섞는 판단을 확인한 뒤 31~34쪽 '통합 확인' 8문항(문항 25~32)을 풉니다.
35쪽부터의 정답과 해설로 맞춰 봅니다. 틀린 문항은 해설 끝의 '다시 볼 질문'으로 돌아가 질문과 설명을 다시 읽습니다.

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