행성의 운동 이해하기

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• Adobe가 플래시 지원을 중지함에 따라 기존의 플래시 동영상을 MP4로 변환하였습니다. 

 

7차 교육과정 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 동영상*을 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.

 

 

 

 

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^^). 

 

 

 

 

 

 

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. 동영상으로 되어 있습니다. 동영상 안에서는 다음과 같은 문제 상황을 다루었습니다.  

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

 

 

 

개정: 2023/5/7, 2005/11/26

 

 

 

조영우

푸른행성의 과학 | 유튜브 채널 | 3D 지구과학 | 가상지구과학 VirGL | Youngwoo Cho Photography

 

 

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