04 우리은하는 왜 은하수로 보일까?
이 자료는
중2 과학 「별과 우주」 네 번째 자료로, 우리은하의 구조와 은하수가 하늘에 띠로 보이는 까닭을 다루는 문제 유형 학습지입니다. 01~03편에서 별 하나하나의 거리·밝기·색을 다룬 데 이어, 이 편에서는 별들이 모인 우리은하와 그 안에서 보는 은하수로 넓혀 갑니다. 문제를 네 가지 유형으로 나누고 유형마다 하나의 물음을 걸었습니다. 우리은하는 무엇이며 태양은 어디에 있을까, 위에서 본 모습과 옆에서 본 모습은 어떻게 이어질까, 원반 안에서 보면 왜 은하수가 띠처럼 보일까, 여름과 겨울의 은하수는 왜 다르게 보일까의 순서로, 은하의 모양과 함께 우리가 어디에서 어느 방향을 보는지를 생각하게 합니다. 원반 지름 약 10만 광년, 중심에서 태양계까지 약 3만 광년을 ‘이 편의 기준 수치’로 처음에 밝혀 둡니다.
유형마다 '대표문제 → 질문으로 이해하기 → 꼭 기억할 지식과 주의할 점 → 대표문제 풀이 → 적용 문제' 순서로 되어 있습니다. '태양계와 우리은하는 같은 말일까?', '은하수는 우리은하와 다른 천체일까?', '은하수에 검은 틈이 있으면 그곳에는 별이 없을까?'처럼 학생이 헷갈려 하는 질문 14개에 한 줄 답과 설명이 붙어 있고, 질문마다 '틀린 생각'과 '바른 문장'을 나란히 놓아 흔한 오해를 바로잡습니다. 우주 주소, 달걀 프라이, 건물 안에서 평면도 알아내기, 넓은 잔디밭의 등불 축제, 미세먼지 낀 밤의 건물 불빛, 밝은 조명 주위의 관람객, 햇빛 아래 휴대전화 화면 같은 비유에는 '이 비유가 맞는 데까지'를 함께 적었습니다. 위에서 본 모식도와 옆에서 본 모식도, 달걀 프라이와 은하 모식도를 맞대어 놓은 그림, 중심에서 가장자리까지를 1만 광년씩 나눈 거리 그림, 원반 안에서 보는 빛이 띠가 되는 과정 그림, 원반 모형과 구형 모형 비교, 지구의 공전과 밤에 보는 방향 그림, 여름과 겨울 은하수 비교 그림이 실려 있고, 끝에는 '한눈에 정리'가 있습니다.
문제는 대표문제 4개, 유형별 적용 문제 20개, 여러 유형을 섞은 종합 문제 8개로 모두 32문항입니다. 선다형과 <보기> 고르기, O/X와 틀린 문장 고치기, 연결하기, 모형 길이 계산, 그림으로 방향 판단하기, 사진 조건 비교, 비유의 한계 따지기, 3~5문장 설명 같은 서술형 문항이 섞여 있습니다. 38쪽 '한눈에 정리'에 이어 38~39쪽에 빠른 정답, 40~45쪽에 문항별 해설과 서술형 인정 범위가 있고, 문항마다 '다시 볼 질문'이 적혀 있습니다.
미리보기
실제 학습지의 일부입니다. 누르면 크게 볼 수 있습니다.
핵심 정리 · 우리은하와 은하수
학습지의 설명 질문 14개 가운데 핵심을 짧게 정리했습니다. 그림·표와 32문항은 PDF에 있습니다.
태양계와 우리은하는 같은 말인가요?
아닙니다. 은하는 수많은 별과 가스·먼지 등이 중력으로 묶여 있는 거대한 집단이고, 그중 태양계가 속한 은하를 우리은하라고 합니다. 지구는 태양계에, 태양계는 우리은하에 속하며, 태양은 우리은하의 수많은 별 중 하나입니다. 지구 ⊂ 태양계 ⊂ 우리은하 ⊂ 우주처럼 ‘우주 주소’로 읽을 수 있습니다.
우리은하는 어떤 모양인가요?
옆에서 보면 중심부가 볼록한 납작한 원반 모양이고, 위에서 보면 중심부의 막대 모양 구조와 그 끝에서 휘어져 나온 나선팔이 보입니다. 이런 은하를 막대 나선 은하라고 합니다. 원반은 지름에 비해 매우 얇지만 두께가 있고, 원반 위아래와 바깥은 별이 드물게 퍼진 헤일로가 넓게 감싸고 있습니다.
태양은 우리은하의 중심에 있나요?
아닙니다. 태양은 중심에서 떨어진 원반 안의 나선팔 부근에 있으며, 이 편에서는 은하 중심에서 태양계까지를 약 3만 광년으로 어림합니다. 태양은 태양계에서는 중심 역할을 하지만 우리은하 전체의 중심은 아닙니다. ‘어떤 범위의 중심인지’를 먼저 확인해야 합니다.
나선팔 사이에는 아무것도 없나요?
아닙니다. 나선팔에는 밝은 별과 성간 물질이 모여 있어 팔 모양이 두드러질 뿐, 팔 사이에도 별과 물질이 있습니다. 별과 별 사이에 있는 가스와 먼지 등을 성간 물질이라고 하며, ‘성간’은 ‘별 사이’라는 뜻입니다.
위에서 본 은하 그림과 옆에서 본 그림은 다른 은하인가요?
같은 구조도 보는 방향에 따라 다르게 나타납니다. 달걀 프라이를 위에서 보면 둥근 흰자가, 옆에서 보면 얇은 흰자와 볼록한 노른자가 보이는 것과 같습니다. 위(원반 면에 수직인 방향)에서는 나선팔과 막대 모양 구조를, 옆(원반 가장자리 쪽)에서는 원반의 얇은 모습과 중심부의 볼록함을 읽기 쉽습니다. 옆에서 나선팔이 잘 구별되지 않아도 나선팔이 없어진 것은 아닙니다.
우리은하 지름 10만 광년과 태양계까지 3만 광년은 어떻게 비교하나요?
10만 광년은 원반 전체를 가로지르는 지름이고, 3만 광년은 중심에서 태양계까지의 거리입니다. 반지름은 지름의 절반인 약 5만 광년이므로 태양계에서 가까운 가장자리까지는 약 2만 광년입니다. 모형을 만들 때는 1만 광년에 해당하는 길이를 먼저 구한 뒤 필요한 만큼 곱하고, 원반 안팎은 중심에서 잰 거리를 반지름과 비교해 판단합니다.
광년은 시간 단위인가요?
아닙니다. 광년은 빛이 1년 동안 가는 거리를 나타내는 거리 단위입니다. 그래서 ‘지름이 10만 광년’은 은하의 나이가 10만 년이라는 뜻이 아닙니다.
우리은하를 밖에서 찍은 전체 사진이 있나요?
없습니다. 우리는 우리은하 안에 있으므로, 바깥에서 본 형태의 그림은 별의 위치와 거리, 가스의 분포 등 관측 자료를 바탕으로 재구성한 모식도나 상상도입니다. 밤하늘의 여러 방향을 찍어 이어 붙인 은하수 파노라마 사진은 실제 관측 사진이지만, 은하 안에서 본 하늘을 펼친 것입니다.
은하수와 우리은하는 서로 다른 천체인가요?
아닙니다. 은하수는 우리은하 원반 안에 있는 지구에서 원반 면을 따라 바라볼 때 보이는 우리은하의 모습입니다. 은하수의 희뿌연 빛은 주로 맨눈으로 하나씩 구별하기 어려운 수많은 별의 빛이 겹쳐 보이면서 생깁니다. 물이 흐르는 강도, 지구 대기에 떠 있는 구름도 아닙니다.
은하수는 왜 하늘에 띠처럼 보이나요?
우리가 별들이 모인 납작한 원반 안에 있기 때문입니다. 원반 면을 따라 보면 별이 있는 영역을 시선이 길게 지나 별빛이 많이 겹치고, 원반에 수직으로 보면 그 영역을 짧게 지나 별빛이 상대적으로 적습니다. 원반 면을 따라 보는 방향들은 우리 둘레를 한 바퀴 이어지므로, 하늘을 두르는 희뿌연 띠로 보입니다.
은하수 바깥쪽 하늘에 보이는 별은 우리은하 밖에 있나요?
아닙니다. 맨눈으로 보이는 별 하나하나는 사실상 모두 우리은하의 별입니다. 원반에는 두께가 있고 헤일로에도 별이 있어, 가까운 별은 띠에서 벗어난 방향에서도 보입니다. 띠 밖의 희뿌연 얼룩 중에는 안드로메다은하 같은 외부 은하도 있으므로, 띠 밖에 보인다는 사실 하나만으로 판단하지 않습니다.
은하수의 검은 틈에는 별이 없나요?
꼭 그렇지는 않습니다. 중간에 성간 먼지가 많이 모여 있으면 뒤쪽 별빛이 약해져 그 부분이 어둡게 보일 수 있습니다. 미세먼지가 심한 밤에 먼 건물 불빛이 흐려 보이는 것과 비슷하지만, 은하수를 가리는 먼지는 지구 대기가 아니라 우주 공간의 별과 별 사이에 있습니다. 이렇게 뒤쪽 별빛을 가려 어둡게 보이는 구름을 암흑 성운이라고 합니다.
계절마다 보이는 은하수가 다른 까닭은 무엇인가요?
지구가 태양 주위를 공전하기 때문입니다. 한밤중에는 태양과 반대쪽 하늘을 관측하기 좋은데, 반년 뒤 지구가 태양의 건너편으로 가면 밤에 보기 좋은 하늘도 반대 방향으로 바뀝니다. 태양계가 은하 중심 반대편까지 이동해서 달라지는 것이 아닙니다. 하룻밤 동안 별이 동쪽에서 서쪽으로 움직여 보이는 것은 자전 때문입니다.
우리나라 여름과 겨울의 은하수는 어떻게 다른가요?
여름 밤에는 별이 많이 모여 볼록한 우리은하 중심부 방향(궁수자리 쪽)의 은하수를 관측하기 좋아, 폭이 넓고 밝게 두드러지는 부분을 볼 수 있습니다.
겨울 밤에는 중심부 반대쪽의 은하수를 관측하기 좋으며 대체로 폭이 좁고 희미합니다. 그래도 원반을 따라 별들을 보는 것이므로 겨울에도 은하수는 있습니다. 중심부 반대 방향과 원반에 수직인 방향은 서로 다른 방향입니다.
여름이면 어디에서나 은하수가 선명하게 보이나요?
아닙니다. 은하수는 희미한 빛의 띠이므로 도시 불빛, 달빛, 구름과 대기 상태, 관측 시각에 따라 잘 보이지 않을 수 있습니다. 햇빛 아래에서 휴대전화 화면이 잘 안 보이는 것처럼, 주변 하늘이 밝으면 밝기 차이를 구별하기 어렵습니다. 사진을 비교할 때는 노출 시간 같은 촬영 조건도 확인합니다.
핵심 용어
- 은하
- 수많은 별과 가스·먼지 등이 중력으로 묶여 있는 거대한 집단
- 우리은하
- 여러 은하 가운데 태양계가 속한 은하
- 태양계
- 태양과 그 주위를 도는 행성 등으로 이루어진 천체 집단. 우리은하에 속함
- 막대 나선 은하
- 중심부에 막대 모양 구조가 있고 그 끝에서 나선팔이 휘어져 나온 은하. 우리은하가 여기에 해당
- 중심부
- 은하 한가운데에 별이 많이 모여 볼록한 부분
- 나선팔
- 막대 모양 구조의 양 끝에서 휘어져 나온 부분. 별과 성간 물질이 모여 두드러짐
- 원반
- 중심부를 둘러싼 납작한 부분. 지름에 비해 매우 얇으며 태양계가 여기에 있음
- 헤일로
- 원반 위아래와 바깥을 넓게 감싸는 부분. 별이 드물게 퍼져 있음
- 성간 물질
- 별과 별 사이에 있는 가스와 먼지 등. ‘성간’은 ‘별 사이’라는 뜻
- 광년
- 빛이 1년 동안 가는 거리. 시간이 아니라 거리 단위
- 지름과 반지름
- 지름은 중심을 지나 가장자리에서 반대쪽 가장자리까지, 반지름은 중심에서 가장자리까지의 길이(지름의 절반)
- 은하수
- 우리은하 원반 안에서 원반 면을 따라 볼 때 하늘에 나타나는 희뿌연 빛의 띠
- 외부 은하
- 우리은하 바깥에 있는 다른 은하. 예: 안드로메다은하
- 암흑 성운
- 성간 물질이 모여 뒤쪽 별빛을 가려 어둡게 보이는 구름
- 지구의 자전
- 하룻밤 동안 별이 동쪽에서 서쪽으로 움직여 보이게 하는 운동. 약 하루에 한 바퀴
- 지구의 공전
- 지구가 태양 주위를 도는 운동. 약 1년에 한 바퀴 돌며, 계절마다 밤에 관측하기 좋은 방향을 바꿈
다 풀고 나면
- 지구·태양계·우리은하의 포함 관계를 말하고, 태양이 우리은하의 수많은 별 중 하나임을 설명할 수 있다.
- 우리은하가 막대 나선 은하임을 알고 중심부·막대 모양 구조·나선팔·원반·헤일로와 태양계의 위치를 말할 수 있다.
- 위에서 본 모습과 옆에서 본 모습이 같은 은하를 다른 방향에서 본 것임을 설명하고, 지름 10만 광년·중심~태양계 3만 광년을 모형 길이로 바꿀 수 있다.
- 은하수가 우리은하 원반 안에서 원반 면을 따라 볼 때 나타나는 띠임을 설명하고, 띠 밖의 별과 어두운 부분을 바르게 해석할 수 있다.
- 지구의 공전으로 밤에 관측하기 좋은 방향이 바뀌는 것과 연결하여 우리나라 여름·겨울 은하수의 차이를 설명할 수 있다.
- 달빛·도시 불빛·노출 시간 같은 관측 조건을 확인하고 ‘보이지 않음’과 ‘없음’을 구별할 수 있다.
이렇게 풀면 됩니다
- 1쪽에서 네 유형의 질문과 읽을 자료, ‘이 편의 기준 수치’를 확인합니다. 유형마다 맨 앞의 대표문제(2·9·16·25쪽)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. 33~37쪽의 '종합 문제' 8문항(문항 25~32)으로 여러 유형을 섞어 확인합니다.
- 38쪽 '한눈에 정리'로 구별할 것을 다시 확인한 뒤, 38~39쪽 빠른 정답과 40~45쪽 정답과 해설로 맞춰 봅니다. 틀린 문항은 해설 끝의 '다시 볼 질문'으로 돌아가 질문과 설명을 다시 읽습니다.
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