하늘은 얼마나 높은가?

목적

학생들은 지구의 대기와 우주 공간의 경계를 이해할 수 있다.

학습 목표

이 활동을 수행한 학생들은 다음을 할 수 있다:

• 대기의 중요성을 알 수 있다.
• 대기의 여러 층들을 구별할 수 있다.
• 각 층의 특징을 설명할 수 있다.
• 지구와 우주 공간의 경계를 정의할 수 있다.

평가

학급의 학생들에 질문한다 : 지표면에서 위로 갈수록 대기의 층들의 차이는 무엇일까? 어떤 공통점이 있고 해당 층에서는 무슨 일이 일어날까?(Socrative 어플리케이션에서 다중 선택 퀴즈를 만들어서 진행할 수 있다:

https://itunes.apple.com/au/a pp/teacher-clicker-socrative/id477620120?mt=8).

어떤 층이 지구와 우주 공간의 경계인지 투표하기 위해서 학생들에게 손을 들어보라고 한다. 그 이유는 무엇인가? (정답 : 열권. 땅에서부터 고도가 높아질수록 대기의 양이 점점 줄어들기 때문이다. 열권은 해수면 위로 100km, 공식적으로 최대 높이이다.)

우리는 왜 대기가 필요한지 학생들에게 조별로 물어본다. 이 질문에 대해서 학급 아이들이 토론하게 하고 스파이더 다이어그램을 칠판에 그려라. 우리가 왜 대기권을 보존하려고 하는지에 대해서 학생들에게 물어본다. 조별로 대기권을 보존하고 보호하는 방법에 대해서 생각해 보도록 한다. 이러한 생각들에 대해 반 아이들과 토론해 볼 수도 있고 칠판에 스파이더 다이어그램을 그려볼 수도 있다. 그렇지 않으면 확장 활동의 일환으로 대기를 보호할 수 있는 방법에 대한 포스터를 그려보라고 한다.

준비물

• 원통형 용기
• 소금
• 식용색소
• 비닐봉지
• 플라스틱 숟가락
• 신문

배경지식

우리는 ‘대기’라고 불리는 여러 층의 공기 아래에 위치한 지구 표면에서 살고 있다. 대기는 인간을 포함한 모든 생명체에게 있어 매우 중요하다. 왜냐하면:

• 우리를 숨 쉬게 하는 공기를 가지고 있다.
• 우리의 행성을 충분히 따뜻하게 해줄 담요의 역할을 한다.
• 태양으로부터 오는 자외선 같은 유해한 광선으로부터 우리를 보호한다.
• 유성이 지구를 강타하는 것을 막아주는 방패와 같은 역할을 한다.

대기를 공부하는 과학자들은 대기를 다섯 개의 주요 층으로 나눈다. 땅의 바로 위부터:

• 대류권은 가장 낮은 층으로 지표 혹은 해수면에 가장 가깝다. 이곳은 우리가 사는 곳이고 새와 비행기가 나는 곳이기도 하다. 또한, 구름이 형성되고 기후 변화가 나타나는 곳이기도 하다.
• 성층권은 대류권 위에 있는 층으로 지표로부터 50km 상공까지 뻗어있는 층이다. 성층권은 태양으로부터 가장 해로운 광선을 흡수하는 오존층을 가지고 있다.
• 중간권은 성층권 위에 위치하고 있는 층이다. 중간권은 지표로부터 80km 고도까지 포함한다. 이곳은 우리가 하늘에서 유성이 빛나는 것을 볼 수 있는 구역이다. 이뿐만 아니라 지구에서 가장 온도가 낮은 곳은 중간권의 최상부이다.
• 다음은 열권으로 외기권 아래에 존재하는 영역이며 공기가 거의 없다. 우주 정거장과 몇몇 위성이 여기에 위치하고 있다. 열권 안에는 카르만선이 지표에서 100km 높이에 있어서 지구의 대기와 우주 사이의 경계선 역할을 하고 있다.
• 외기권은 가장 위의, 혹은 가장 바깥층이다. 이곳은 지구 표면으로부터 10,000km 상공까지 포함한다.

전체 활동 설명

조별 활동: 대기층 모형 만들기

과정 :

주의 : 절대 식용색소를 가지고 놀지 말 것 – 옷에 얼룩이 생길 수 있다. 선생님의 지시 사항을 항상 경청하고 활동을 하는데 어려움이 있을 경우 도움을 요청해라. 활동이 끝난 후 작업 공간을 깨끗하게 정리해라.

1) 작업 공간의 표면을 보호하기 위해서 신문을 사용해라. 병의 바닥부터 1cm, 2cm, 4cm, 15cm 위치에 자와 마카를 이용해서 고도를 표시한다.

2) 가장 아래층인 대류권을 먼저 만들고 순서대로 위로 계속 올라가라. 액체 식용색소의 정확한 양을 얼음 비닐봉지에 붓는다(아래의 표를 참고). 예를 들면 대류권은 파란색 색소 두 방울을 넣는다.

표 1 : 대기권 모형에서 각 층별로 알맞은 소금과 식용색소의 양

3) 다른 얼음 봉지에 테이블스푼을 이용하여 소금의 양을 정확하게 넣는다. 예를 들어 대류권은 소금 두 테이블스푼이다. 그리고 식용색소를 넣은 얼음 가방으로 소금을 옮긴다.

4) 바람을 넣어 비닐봉지를 부풀린 후 색소가 잘 섞이도록 30초 동안 힘차게 섞는다.

5) 식용색소와 섞인 소금을 조심스럽게 병에 붓는다.

6) 막대기를 이용해서 층의 간격을 촘촘하게 한다. 층이 표시된 부분을 넘지 않도록 주의한다. 이 작업이 끝난 후에는 색이 섞이지 않도록 병을 흔들지 말아야 한다.

7) 외기권까지 2 ~ 4번 단계를 반복한다. 층들이 움직이지 않도록 병의 제일 끝까지 채워 넣는다. 병의 뚜껑을 닫는다.

8) 인쇄된 스티커 자료를 준다. (예: 비행기, 구름, 번개, 기상관측기구, 위성, 등) 병의 반대편에 이것들을 확인할 수 있도록 각 층에 스티커를 붙인다.

9) 마카를 이용해서 카르만선이 발견되는 곳의 병에다가 선을 긋는다.

커리큘럼

결론

활동이 마무리되면 학생들은 우리가 대기층의 매우 작은 부분에서 살고 있다는 것을 이해해야 한다. 게다가 해수면으로부터 100km 정도 높이에서부터 우주가 시작된다는 것을 이해해야 한다.

 감사의 글

이 활동의 번역을 검토해주신 송인옥 박사님과 심현진 교수님, 이정애 박사님에게 감사의 인사를 전합니다.