에스엘랩 | 상자안의 별-고등학생용
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상자안의 별-고등학생용

Star in a box : high school

목적

 

  • 서로 다른 초기 질량을 가진 별들의 생애의 차이점에 대해서 이해한다.
  • 복잡한 계에서 다양한 물리적 요소를 탐구하기 위해 도식화(그래프 그리기)를 도구로 활용할 수 있음을 보인다.

 

 

학습 목표

 

  • 별의 질량과 수명과의 관계에 대해 말할 수 있다.
  • 특정 질량에 있는 별들은 그들의 삶을 초신성으로 끝낸다는 것에 대해 설명할 수 있다.
  • 별의 생애 주기의 주된 단계에 적절한 이름을 명명할 수 있다.
  • 별의 질량, 나이, 헤르츠스프룽-러셀도(H-R 도)에서의 위치 사이의 관계에 대해 설명할 수 있다.

 

 

평가

 

질문에 대한 학생들의 답의 정확성은 학생들의 이해에 대한 평가의 기초자료로 사용할 수 있다. 하지만 보다 상세한 피드백은 학생들의 이해 수준에 대해서 학생들과 개별 상담을 통해서 얻을 수 있다.

  • 1 태양질량인 항성의 값이 그래프 상에서 움직이면 실제 항성은 어떤 변화를 겪는지에 대해 학생들에게 물어보시오.
  • 초기 질량이 서로 다른 별들은 왜 서로 다른 일생을 보내는지, 항성의 죽음에 있어서 가장 주된 차이점과 발생하는 일에 대해서 학생들에게 물어보시오.

 

 

준비물

 

  • 인터넷이 연결되어 있는 컴퓨터
  • 상자 안의 별 활동지

 

배경지식

 

  • 이 활동을 시작하기 전에 학생들은 ‘별이란 무엇인지’를 넓은 의미에서 이해하고 있어야 한다.
  • 학생들은 수소 연소/핵융합의 개념에 대해 익숙해야 한다.
  • 정보를 알고 이를 나타내기 위해서 학생들은 그래프를 사용하는 것에 대해 익숙해야 한다.
  • 선생님들은 해당 활동을 시작하기 전에 학생들에게 별들의 생애에 대한 전체적인 수업을 진행하기 위해서 파워포인트 프레젠테이션을 사용할 수 있어야 한다. (http://lco.global/education/starinabox)

전체 활동 설명

 

상자 안의 별 어플리케이션은 http://starinabox.lco.global에서 이용할 수 있다.

 

고등학교 수준

단계 1 :

 

  • ‘상자 안의 별’의 뚜껑을 열어라 (http://starinabox.lco.global).
  • 해당 그래프는 헤르츠스프룽-러셀도(H-R 도)로 별의 온도에 따른 광도를 표시한 그래프이다.
  • 안내판은 선택한 항성과 태양을 비교할 수 있도록 한다. 안내판은 태양에 대한 항성의 상대 반경, 표면 온도, 밝기(광도)와 초기 질량을 나타낸다.

 

단계 2 :

 

태양의 생애에 걸친 변화

 

태양의 진화를 보기 위해서 헤르츠스프룽-러셀도 밑의 실행 버튼을 누른다.

 

  • 헤르츠스프룽-러셀도에 나타난 태양의 생애 중에서 세 가지 단계의 이름을 쓴다.
  • 1단계 :
  • 2단계 :
  • 3단계 :

 

각 단계에서 태양의 변화를 표현하기 위해서 아래의 표를 사용하시오.

 

  • 각 단계별로 변화하는 값에 따라 ‘증가’, ‘감소’, ‘변화 없음’을 표에 적으시오.

 

반경 광도 온도 질량
1단계→2단계 …증가

 

시작: …Rsun

끝: …Rsun

…증가

 

시작: …Lsun

끝: …Lsun

…증가

 

시작: …K

끝: …K

…증가

 

시작: …Msun

끝: …Msun

2단계→3단계 …증가

 

시작: …Rsun

끝: …Rsun

…증가

 

시작: …Lsun

끝: …Lsun

…증가

 

시작: …K

끝: …K

…증가

 

시작: …Msun

끝: …Msun

  • 전구 표시를 보시오. :
  • 태양이 가장 밝을 때 태양의 삶의 주기는 어느 단계에 위치 해있는가?
  • 이 지점에서 태양은 몇 살일까?                   Myr
  • 온도계 표시를 보시오. :
  • 태양이 가장 뜨거울 때 태양의 삶의 주기는 어느 단계에 위치 해있는가?
  • 태양의 최고 온도는 몇 도인가?                    K
  • 원그래프 표시를 보시오.:
  • 태양이 가장 오랜 시간을 보내는 지점은 어느 단계인가?
  • 이 단계에서 태양은 얼마나 오랜 시간을 보내는가?                    Myr
  • 질량 표시를 보시오. :
  • 태양이 나이가 듦에 따라 태양의 질량은 어떻게 변하는가?
  • 태양은 어떤 종류의 별로 삶을 마감하는가?
  • 태양은 총 몇 년을 사는가?
단계 3 :

 

별의 속성배너를 사용해서 서로 다른 초기 질량을 가진 별들의 진화과정을 탐색해보자.

 

  • ‘별의 속성’ 배너에서 선택한 별의 초기 질량을 설정하여라.
  • 헤르츠스프룽-러셀도에서 실행 버튼을 눌러 새롭게 설정된 별의 진화과정을 확인하여라.
  • 또 다른 질량들을 설정하여 실행해보고 그 다음에 나오는 질문들에 대답하시오.
  • 헤르츠스프룽-러셀도를 이용하여:
  • 작은 질량을 가진 별로 시작할 때 주계열은 어디에 위치하는가?
  • 큰 질량을 가진 별로 시작할 때 주계열은 어디에 위치하는가?
  • 별의 초기 질량에 따라 별의 마지막 단계에서 나타나는 세 가지 결과가 있다. 이 마지막 세 가지 단계의 이름을 명명하시오.

 

단계 4 :

 

서로 다른 질량을 가진 다섯 개 별의 진화과정을 알아보시오.

 

서로 다른 질량의 별에 대한 값을 채워 아래의 표를 완성하시오. 힌트: 정확한 값을 찾기 위해서 ‘상자 안의 별’에 있는 표를 사용하면 해당 값들을 보다 쉽게 찾을 수 있을 것이다.

 

별의 질량

(Msun)

최대 반경

(Rsun)

최대 광도

(Lsun)(밝기)

최대 온도

(K)

마지막 단계의 이름 총 수명

(Myr)

0.2
1
6
20
40

 

단계 5 :

 

표의 서로 다른 별에 대한 자료에 대해 연구해보자.

 

  • 온도를 비교해보면:
  • 어떤 질량의 별이 가장 높은 온도를 보이는가?
  • 이 별이 해당 온도에 도달할 때 이 별은 일생 중 어느 단계에 있는가?
  • 광도를 비교해보면:
  • 어떤 질량의 별이 가장 높은 광도(밝기)를 보이는가?
  • 이 별은 가장 높은 온도를 기록한 별의 질량과 같은 별인가?

 

단계 6 :

 

복수 정답 선택 문항. 옳은 정답을 고르시오.

 

  • 태양이 주계열에서 떠나고 나면 어떤 종류의 별이 될까?
  • 중성자별
  • 적색왜성
  • 적색거성
  • 적색초거성
  • 주계열 이후에 별들의 단계를 결정하는 주된 요소는 무엇인가?
  • 질량
  • 광도
  • 온도
  • 반경
  • 베텔게우스의 질량은 태양의 질량보다 매우 크다. 그러므로 베텔게우스의 총 수명은?
  • 태양보다 길다.
  • 태양이랑 같다.
  • 태양보다 짧다.
  • 어느 별이 주계열에 있을 때의 질량과 이 별이 죽음을 맞이할 때 질량을 비교하면?
  • 더 크다.
  • 같다.
  • 더 작다.
  • 별의 종류에 따라 다르다.
  • 태양의 생애에서 가장 많은 시간을 보내는 단계는 어디인가?
  • 주계열성
  • 적색거성
  • 적색왜성
  • 백색왜성

 

(정답: http://goo.gl/tlaEH1)

커리큘럼

 

국가 단계 과목 평가 기관 세부사항
영국 GCSE 물리학 AQA Science A 현재 교육과정에 없음
영국 GCSE 물리학 Edexcel P1.3:11,12,13
영국 GCSE 물리학 OCR A P7.3.8;P7.4:22-28
영국 GCSE 물리학 OCR B P2h
영국 GCSE 물리학 WJEC Physics 3.6:b,c,d,g,j
영국 GCSE 천체물리학 Edexcel Unit 1.3:3o-q, 4a, 4c
영국 A level 물리학 AQA 3.9.2.5
영국 A level 물리학 Edexcel Topic 10:159,160
영국 A level 물리학 OCR A 5.5.1:c,e,g
영국 A level 물리학 OCR B 5.13:b,c
영국 A level 물리학 WJEC Unit 1 6d)
영국 KS3 물리학 우주과학: 항성으로서 우리 태양
영국 KS2: 5학년 과학 지구와 우주

 

 

추가 정보

 

 

 

결론

 

이 활동은 학생들이 활동지를 모두 작성하면 끝난다. 각각의 활동지에 뒷부분에 나오는 질문들에 대한 학생들의 대답 범위를 정하기 위해 선생님은 미리 논의과정을 거쳐야 한다.

 

 

 감사의 글

 

이 활동의 번역을 검토해주신 심현진 교수님과 이정애 박사님에게 감사의 인사를 전합니다.