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별과 우주
2005.11.26 22:59

행성의 운동 이해하기

조회 수 37103 추천 수 0 댓글 15
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필수 관련 내용: http://www.skyobserver.net/zbxe/22746 

 

고등학교 1학년 과학의 태양계와 은하 단원에는 "행성의 관측" 주제가 있습니다. 학생들이 가장 이해하기 어려워 하는 부분 중 하나입니다. 머리 속에서 공간을 만들고, 그 공간에 자신을 위치시키고, 방향을 정의하고, 지평면과 천체의 궤도 사이의 관계 등을 이해하는 부분이 가장 어려운 것 같습니다.

 

이 부분을 문서를 통해서 설명한다는 것 역시 무척 어려운 일입니다. 마주 앉아 그림을 그리고 모형을 움직이고 시뮬레이션을 보면서 설명하는 것에 비해 이해도가 떨어질 수밖에 없습니다.

 

제가 수업 때 사용하는 프리젠테이션을 이용해서 플래시 동영상을 만들고, 그래서 평면적인 설명을 극복하기 위해 노력해 보았는데, 그 효과가 어느 정도일지는 잘 모르겠습니다. 보시고 부족한 부분을 피드백 해주신다면 개선하는 데 도움이 되겠습니다.

 

플래시 동영상을 처음에 정지된 상태로 시작하는 방법을 모르겠습니다. 그러니, 독자께서 정지 단추를 누르신 다음 재생 단추를 다시 누르셔서 보시고 또 그 방법을 아시는 분이 있으시면 알려주시길 부탁드립니다. 그럼 이제 시작하겠습니다.

 

 

1) 방향의 정의

다음 플래시 동영상을 보세요. 동영상이 자동으로 시작되니까, 바닥에 있는 조절 단추 중 처음으로 감기(|<)를 누른 뒤 다시 재생 단추를 눌러서 보세요. 





2) 동방과 서방 개념의 확장


이러한 개념을 확장하여 지구와 태양을 잇는 선의 왼쪽을 동방, 오른쪽을 서방이라고 합니다.



defining-eastern-western.gif

 

 

3) 지평면과 지구의 관계


그렇다면 지평선과 지구 사이의 관계는 어떨까요? 다음 두 가지 그림을 통해 지평면이 지구에서 어떻게 위치되는지, 방위는 지구와 어떤 관련이 있는지 이해하실 수 있을 것입니다(희망사항^^). 



relate-globe-horizon.gif 


relate-globe-horizon-univdir.gif

 

 

4) 우주 공간에서 지평면으로..


우주 공간에서 지평면으로 내려오면서 우주 공간과 지평면 그리고 관측자의 공간적 관계를 보여주기 위한 플래시 동영상입니다. 동영상이 자동으로 시작되니까, 바닥에 있는 조절 단추 중 처음으로 감기(|<)를 누른 뒤 다시 재생 단추를 눌러서 보세요. 





5) 하루동안 태양과 금성의 이동 보기


태양과 금성이 하루 동안 어떻게 이동하는지를 보여주는 동영상입니다. 이것을 일주 운동이라고 합니다. 태양 둘레에 금성의 1년 동안의 궤도를 모두 표시해 놓았습니다. 여기에서 금성의 동방 궤도와 서방 궤도가 어디인지를 파악하시기 바랍니다.


또한, 하루 동안 금성이 언제 관측 가능한지도 생각해보시기 바랍니다. 낮 동안에는 태양과 함께 떠있기 때문에 관측이 되지 않습니다. 오로지 지평면이 태양을 가렸을 때인 해뜨기 직전과 해진 직후에만 관측 가능하겠죠.

동영상이 자동으로 시작되니까, 바닥에 있는 조절 단추 중 처음으로 감기(|<)를 누른 뒤 다시 재생 단추를 눌러서 보세요.





6) 지평선에 대한 태양의 위치로부터 하루 중의 시각 알아내기


지구의 북반구에 있는 관측자의 머리 위에서 태양, 내행성, 지구, 그리고 외행성을 내려다보면서 그 운동을 관찰하고 있습니다. 푸른색으로 표시된 것이 지구입니다.


여기에 붉은 색으로 관측자의 지평선을 표시하였습니다. 화살표가 가리키는 방향은 남쪽입니다. 관측자가 지평선의 남쪽을 보고 있는 경우를 가정한 것입니다. E는 동쪽, W는 서쪽을 나타냅니다.

관측자의 지평선에 대해 태양이 어느 방향에 있는가에 따라 하루 중의 때가 달라집니다. 태양이 동쪽 지평선에 있다면, 해뜰 무렵, 남쪽에 있다면 정오, 서쪽 지평선에 있다면 해질 무렵, 북쪽에 있다면 자정(이 때 태양은 지평선 아래에 있음)이 됩니다.


동영상이 자동으로 시작되니까, 바닥에 있는 조절 단추 중 처음으로 감기(|<)를 누른 뒤 다시 재생 단추를 눌러서 보세요. 




7) 문제 해결 예제


몇 가지 문제를 해결해 보겠습니다. 역시 플래시 동영상으로 되어 있습니다.

 

① 하루 중의 시기에 따라 내행성과 외행성의 관측 가능성과 관측 방향 알아보기







② 내행성: 시기가 주어질 때 관측 방향 찾기





③ 내행성: 관측 방향이 주어질 때 관측 시기 찾기





*** 관측 시기 또는 관측 방향 중 하나라도 주어지면 적어도 세 가지 다른 정보를 얻어낼 수 있습니다.

예를 들어, "새벽에 금성을 보았다"는 상황이 주어졌다고 해보겠습니다.

1) 새벽이므로, 태양은 동쪽 지평선 아래에 있다는 것을 알 수 있습니다.
2) 내행성은 항상 태양 근처에 머무르므로, 금성은 동쪽 지평선 위에 떠있다는 것을 알 수 있습니다.
3) 금성이 동쪽 지평선에서 새벽에 보이려면, 금성은 서방 궤도에 위치해야 합니다.
4) 서방 궤도에 있는 금성은 동쪽(왼쪽)이 밝게 빛납니다. 하현달과 비슷한 모양이지요.

이번에는 "금성을 서쪽 지평선에서 보았다"는 상황이 주어졌다고 하겠습니다.

1) 금성이 서쪽 지평선에 있다면, 태양도 서쪽 지평선에 있어야 합니다. (금성이 내행성이므로) 금성이 보여야 하니까, 태양은 서쪽 지평선 아래에 있어야겠죠.
2) 태양이 서쪽 지평선 아래에 있는 시기는 하루 중 해진 후입니다. 초저녁이라고도 하지요.
3) 금성이 초저녁에 서쪽 지평선에서 보인다면, 금성은 동방 궤도에 위치하는 것입니다.
4) 금성이 동방 궤도에 위치한다면, 서쪽 반구가 밝게 빛날 것입니다. 상현달과 비슷한 모양입니다.

단순한 한 가지 관측 사실로부터 많은 정보를 이끌어 낼 수 있습니다.


 

④ 외행성 예제






푸른행성의 과학, http://www.skyobserver.net/

 

 

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이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-동일조건변경허락/3.0에 따라 이용하실 수 있습니다






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    이혁화 2005.11.28 21:43
    와 정말 멋지네요 이해가 잘됩니다. ㅋㅋ
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    김지연 2005.12.14 23:00
    정말 감사합니다! 몇주전에 수업 받고서도 계속 이해가 안가고 시험은 일주일 앞으로 다가오고 초조했었는데.. 이거 한 번 보고 완전히 알게 됐어요. 친구들한테도 다 알려줘야겠어요..^^ 우주..천문학.. 진절머리가 났었는데.. 어느 정도 개념도 섰고 이제 흥미를 갖고 계속 공부해 보고 싶네요 ^^ 정말 감사합니다!!
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    허허 2005.12.15 19:17
    정말 이해가잘가네요 감사합니다><!!
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    초보학생 2005.12.15 23:16
    감사합니다^^; 내일이 시험인데도 아직도 이게 이해가 잘 안가서
    막막했는데 큰 도움이 됬네요
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    학생 2005.12.20 18:01
    정말 도움이 되는 자료입니다
    책만 보고 이해하려니 이해가
    안되는것이 너무 많았어요
    감사합니다 ^^
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    박지혜 2006.02.19 00:49
    정말 도움이 많이 됐어요^-^ 수업하는 내내 무슨소린지 하나도 못알아들었는데 동영상 한 번 보니까 이해가 다 됐네요, 친구들한테도 추천해야겠어요,ㅎㅎ
    정말 고맙습니다^-^
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    조영우 2006.09.06 08:55
    "4) 우주 공간에서 지평면으로.."의 애니메이션에서 북극의 위치가 관측자의 오른쪽 뒤가 아닌 왼쪽 뒤로 바뀌어야 한다는 지적이 있었습니다. 관측자가 태양이 떠오르는 동쪽을 바라보고 있어야 하므로 지적하신 내용이 맞습니다. 이해하시는 데 참고하시기 바랍니다. 나중에 수정해서 올리도록 하겠습니다.
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    지학선택자 2006.09.15 00:06
    완전도움되었습니다 이런자료 처음이에요!!최고!!
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    조영우 2006.09.19 12:45
    "4) 우주 공간에서 지평면으로.."의 애니메이션 수정했습니다. (2006/09/19)
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    1가지만 2006.09.23 16:57
    질문이요
    화성이 c에 위치(문제상황8) 낮 12시 때 볼 수 있지 않나요? 동이 <-왼쪽이니까
    그래서 낮 12시부터 저녁 6시 거쳐 밤 12시
    화성이 g에 위치 낮 12시때 볼수있자않나요? 서는 오른쪽 -> 이니까요.
    그래서 밤 12시부터 새벽 6시 거쳐 낮 12시
    이것만 이해하면 되는데요 알려주세요
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    조영우 2006.10.02 18:33
    낮 12시에는 해가 떠있어서 하늘이 너무 밝기 때문에 화성을 볼 수 없습니다. 해가 지는 6시까지 기다려야 화성을 볼 수 있습니다.
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    이해가안되요 2006.10.14 20:09
    어떡하죠 이거를 봐도 이해가 안되네요 ㅠㅠ
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    이미진 2006.11.16 11:12
    왼쪽 반구가 보이면 하현모양인건 알겠는데 그게 왜 서쪽 반구입니까?
    동쪽 반구 아닌가요
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    조영우 2006.11.21 17:13
    그런 내용이 어디에 있는지 알려주시겠어요?
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    조영우 2006.12.07 10:56
    "4) 우주공간에서 지평면으로" 플래시를 개정하였습니다. 방향 및 좌표, 그리고 크기와 관련된 세부적인 오류를 수정하였습니다.

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