밤에 얼마나 많은 별을 볼 수 있을까?

목적

천체 관측 시 광공해가 미치는 부정적인 영향을 측정할 수 있다.

학습 목표

학생들은 눈에 보이는 별의 수를 확인함으로써 천체 관측 시 광공해의 영향을 묘사할 수 있을 것이다.

평가

학생들은 자신의 자료를 같은 조에 있는 다른 사람들과 비교하고 다른 관측 결과가 나온 이유에 대해서 토의하도록 한다. 모든 활동지는 모아서 점수를 매긴다.

준비물

학생 3명 당 한 조

• 접을 수 있는 작은 분광계(PDF)
• 검은색 카드 종이
• CD
• 가위
• 스마트폰
• 풀
• 검은색 접착테이프
• 구글 드라이브에 연결
• 스텔라리움 소프트웨어
• 컴퓨터
• 자료 프로젝터

배경지식

광공해는 인공적인(주로 실외의) 빛의 양이 너무 많거나, 방향이 잘못 되거나, 눈에 거슬릴 때 발생한다. 너무 많은 광공해는 다음과 같은 결과를 초래한다: 광공해는 밤하늘에 별빛을 가려 천문 연구를 방해하고, 생태계를 파괴하고, 건강을 해치고, 에너지를 낭비함으로써 부정적이다.

적어도 100년 전쯤 우리는 도시에서도 밤하늘을 수놓은 은하수를 볼 수 있었다. 수천 개의 별을 볼 수 있는 것은 일상생활이었으며 이는 반 고흐와 같은 예술가와 홀스트와 같은 작곡가와 셰익스피어와 같은 작가에게 영감을 주었다. 별이 총총한 밤하늘 빛을 보지 못하게 하는 인공 빛을 받아들임으로써 우리는 문화적 유산과 교류하는 법을 잊어버리게 되었다(예: 우리가 누군지, 우리는 무엇으로 만들어졌는지.). 이는 우리가 미래 세대에게 영감을 줄 수 있는 것과 교류하지 못하고 있는 것이기도 하다.

현재 도심에 살고 있는 전체 인구의 절반 이상의 사람들은 한 번도 어두운 하늘의 놀라움을 경험해 본 적이 없다. 우리가 광공해로 잃어버리는 것들의 중요성에 대해서 어떻게 설명할 수 있는가? 학생들에게 광공해가 다양한 영역(안전, 에너지 절약, 비용, 야생 동물의 건강과 영향, 우리가 별을 볼 수 있는 기회)에서 걱정거리가 된다는 것을 어떻게 일깨워줄 수 있는가? 마지막으로 어떻게 학생들에게 아주 작은 노력일지라도 이 문제를 해결하기 위한 여지가 있음을 납득시킬 것인가?

(사진 출처: NASA)

광공해의 영향

광공해는 생태계 파괴와 관련해서 동물과 식물의 생리학에 부정적인 영향을 미치는데 특히 야행성 동, 식물들에게 심각한 피해를 입힌다. 광공해는 동물들의 이동 경로에 혼란을 일으키고, 동물의 경쟁 사회를 바꾸기도 하고, 포식자와 피식자의 관계를 변형시키기도 하고, 생리적인 피해를 끼치기도 한다. 생체 리듬은 하루 동안의 빛과 어둠의 자연스런 변화에 의해서 조정되는데 이러한 주기의 파괴는 생태학적 역학에 영향을 미친다.

건강에 부정적인 영향을 미치는 점에서 많은 동물, 특히나 인류는 생태 주기라고 불리는 자연적인 신체 순환과 멜라토닌의 형성에 영향을 많이 받는데 이것들은 빛과 어둠(낮과 밤)에 의해서 조절된다. 만약 인류가 자는 동안 빛에 노출된다면 멜라토닌 생산은 억제될 수밖에 없다. 이것은 수면 장애와 두통 증가, 노동에 의한 피로, 의학적으로 정의된 스트레스, 수면 부족과 불안의 증가로 인한 비만처럼 다른 건강상의 문제를 야기한다. 두 종류의 암은 이러한 상황과 관련이 있어 보이고 있고 눈의 노화에도 밝은 빛이 영향을 미치기도 한다(다음 문단을 참고). 건강에 대한 영향은 불필요하게 사용된 불빛 혹은 과도한 빛의 노출뿐만 아니라 빛의 스펙트럼의 구성이 적절하지 않은 것도 있다(예: 빛의 특정 색).

적어도 전 세계 모든 전력을 합한 값의 1/4 만큼이 빛에 의한 에너지 손실률이다. 불필요하게 사용된 불빛, 특히 밤에 하늘을 향하는 불빛은 대표적인 에너지 낭비이다. 이것은 비용면에서도 낭비이며 우리의 탄소 사용량을 증가시키는 것이다.

다행히 광공해는 빛의 차단막을 적절히 사용하고, 빛을 필요한 시기와 장소에만 사용하고, 필요한 만큼만 사용하고, 에너지 효율이 높은 전구를 사용하고, 작업을 할 때 적절한 스펙트럼으로 나눠서 사용한다면 꽤 쉽게 감소시킬 수 있다.

더 나아가… 광공해의 세 가지 종류

임상적으로 이야기해서, 광공해의 세 가지 종류에는 환한 빛, 침입광, 하늘을 향하는 빛(추가로 불필요하게 사용되는 불빛과 어수선한 빛이 있다.)이 있다. 빛의 차단막이 없는 환한 빛은 공중위생을 위험하게 하는데, 특히 우리가 점점 나이가 들수록 그 영향은 더 크다. 눈에 환한 빛이 흩뿌려지는 것은, 예를 들어 차이를 구별하지 못하게 하거나 일시적으로 눈을 멀게 하고 운전하는 동안 안전하지 않게 할 수도 있다. 침입광은, 예를 들어 자려고 하는 사람의 침실 창문으로 원하지 않는 빛이 들어와 사유공간을 침입하는 것이다. 하늘을 향하는 빛은 주로 인구 과잉 밀집 지역에서 발생하는 빛의 영향이다. 하늘을 향하는 빛은 모든 반사되는 빛과 (차단막이 없이) 하늘 쪽을 향하는 빛(그리고 대부분 영역에서 사용되지 않고 있는 빛)의 결합이다. 빛의 차단막은 이러한 세 가지 종류의 광공해를 효과적으로 감소시켜주고 학생들에게 광공해의 영향에 대해서 일깨워주는데 의의가 있다.

사전 준비

스텔라리움 소프트웨어는 온라인으로 누구나 다운로드 받을 수 있고 상대적으로 학생들이 다루기 수월하다. 선생님은 프로젝터를 이용하여 스텔라리움을 화면에 보여준다. http://www.stellarium.org/en_GB/

사용 설명서가 포함되어 있는 것 : http://www.stellarium.org/wiki/index.php/FAQ.

그리고 자료를 모으고 도표를 그리기 위해서는 엑셀도 필요하다. : 구글 맵에서 측정하고자하는 지역의 좌표(위도, 경도)를 얻을 수 있고 이 값을 스텔라리움에 입력하면 해당 지역 밤하늘의 모습을 보여 줄 것이다.

학생들의 흥미를 일깨우기 위해서 선생님은 광공해의 개념을 소개한다. 배경 지식 부분에서 적절한 정보를 설명되어 있다. ISS가 촬영한 지구의 사진과 타임 랩스 영상을 보여주는 것을 추천한다.

• 사진: 밤의 Iberian Peninsula 모습

http://www.nasa.gov/content/iberian-peninsula-at-night/#.VPciDfmsX-U

• 타임 랩스 영상: https://vimeo.com/78978601

전체 활동 설명

학생들에게 해당 활동을 소개하고 관측을 진행하고 자료를 측정하도록 한다. 학생들에게 활동지를 미리 나눠주고 각자 관측을 할 수 있게 한다. 좋은 날씨에 밤하늘을 관측할 수 있도록 수업 며칠 전에 활동지를 나줘 주는 것을 추천한다.

단계 1 :

활동지를 아래 그림에 표시된 크기로 검은색 종이를 자른다.

단계 2 :

어두운 밤에 밖으로 나간다. 팔 길이 정도에 자른 판지를 둔다. 자른 부분으로 하늘을 보고 관측되는 별의 개수를 세도록 한다. 관측 자료를 기록한다(아래와 같이 간단한 표를 이용한다.).

단계 3 :

다른 영역을 선택하여 새로운 관측 자료를 모은다. 관측 자료를 다시 기록한다. 단계2를 반복한다.

단계 4 :

학생들이 활동을 끝내면 아래의 표처럼 모든 조의 자료를 모은다.(예시 표):

단계 5 :

아래 예시처럼 천체의 분포를 도표로 그린다.

단계 6 :

학생들과 다음 질문에 대해서 논의한다.

• 같은 지역에서 같은 개수의 별을 보았는가?
• 왜 일부 학생들은 다른 학생보다 더 많이 관측할 수 있었을까?
• 이러한 요소들은 우리의 관측에 어떻게 영향을 미칠까?
• 더 중요한 요인들이 있는가?

우리는 왜 밤하늘에서 별을 보기 어려울까? 왜냐하면,

• 도시의 빛(만약에 도심에 살고 있다면);
• 공단에서 오는 오염 물질
• 구름
• 달빛
• 화산 활동
• 대기

단계 7 :

스텔라리움 소프트웨어를 켠다. ‘하늘(Sky)’과 ‘창문(Window)’ 옵션([F4])을 선택한다. ‘대기’ 항목에서 인공 빛의 값을 설정한다. 학생들의 도움으로 관측한 밤하늘과 가장 유사한 하늘 모습으로 화면을 설정한다. 예를 들어 이를 위해 특정 영역의 별의 개수를 세어서 결정할 수 있다(예: 별자리).

팁: 어두운 하늘을 가정하기 위해서 교실 불을 끄고 가능한 가장 어둡게 해야 한다.

단계8 :

이제 교실에 불을 밝히고(예: 머리 위에 있는 빛을 켜거나 커튼을 걷는다.) 학생들에게 자신들이 관측한 것을 묘사하도록 한다.

단계 9 :

본 활동은 우리가 관측할 수 있는 별의 개수에 빛이 미치는 영향을 나타낸다.

단계 10 :

학생들을 세 명씩 한 조로 나눈다. 학생들은 이 질문에 대답하기 위해서 인터넷 조사를 한다.

인공적인 빛이 더 강할수록 우리가 더 어두운 우주를 볼 가능성은 더 낮아진다는 것을 확인할 수 있을 것이다.

• 광공해의 주요 원인이 무엇인지 조원들과 논의한다.: ㄱ) 자연적인 요인: ㄴ) 인위적인 요인. 정답을 쓴다.
• 광공해를 감소시킬 수 있는 방법을 제시한다. 아래에 몇 가지 가능한 대답들이 있다:

• 참여자들의 관점에서 우주를 관측하기에 더 좋은 장소는 어디라고 생각하는가? 정답을 정의해본다.

단계 11 :

결론적으로, 아래 사진을 본다(당신은 학생들에게 교실이나 집에서 이 실험을 탐구할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다. http://www.need-less.org.uk/).

출처: Need-Less

추가 정보

참고자료:

• Light audit (adapted for English use) http://www.portaldoastronomo.org/dsr/wp-content/uploads/2012/10/auditoria_iluminacao_publica.pdf
• Dark Skies Activities http://www.globeatnight.org/dsr/dsee/Dark%20Skies%20Activities/Outdoor%20Lighting%20Audit%20Activity/Outdoor%20Lighting%20Audit%20Teacher%20Guide.pdf
• The Lost World of Starry Night: How many stars can you see at night?

https://drive.google.com/file/d/0B6572_Wx-YOKQlcxcHF3YktqYms/view?pli=1

• Light Pollution – The End of Night? http://goo.gl/gBUcT4
• Light Pollution Taking Toll on Wildlife, Eco-Groups Say http://goo.gl/C0h7qd
• Light Pollution and Ecosystems http://goo.gl/DQMxWG
• Why We Need To Sleep In Total Darkness http://goo.gl/dK1ATH

결론

학생들은 광공해의 원인과 현대 대중들에게 광공해가 미치는 영향에 대해서 함께 조사하고 설명할 수 있다.

커리큘럼

 감사의 글

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