학생들을 위한 저녁 하늘 관측

목적

• 학생들이 하늘, 특히 저녁 하늘을 관찰하는 것에 관심을 가진다. 저녁 하늘에 감탄하는 것은 천문 교육 입문의 길이다.
• 학생들은 도시 지역의 하늘에서도 아름다움을 느낄 수 있고 자신만의 일상생활 환경에 긍정적인 태도를 기를 수 있다.
• 학생들은 관찰력과 자신의 관찰을 설명할 수 있는 능력을 키운다. 이 능력은 평생 과학 교육에 기초가 된다.
• 어린이집 선생님은 저녁 하늘 지도 기술을 얻는다. 천문학은 아이들뿐만 아니라 성인들도 관심을 가진다.

학습 목표

• 밤하늘을 인식하고 별들의 색이 다양하다는 것을 인지할 수 있다. (활동 1)
• 초저녁 하늘에서 가장 먼저 확인 할 수 있는 별/행성을 찾아내고 다른 별/행성도 찾을 수 있다. (활동 2)
• 별이 반짝인다는 것과 별의 색깔도 반짝거림으로 인해 변할 수 있음을 인지할 수 있다. (활동 1)
• 별과 행성이 뜨고 진다는 것을 알 수 있다. (활동 2)
• 자신이 관찰한 것에 대해 설명할 수 있다. (모든 활동)

평가

• 학생들은 밤하늘의 색깔과 별을 설명하고, 기록하고, 미묘한 별의 색깔을 구분하도록 한다. 하늘, 구름 그리고 다른 것들을 그릴 때 학생들이 진짜 색과 다양한 색을 사용하는지 확인하라. (활동 1)
• 학생들은 초저녁 하늘에 처음으로 보이는 별/행성과 다른 별/행성의 위치를 설명하도록 한다. (활동 2)
• 학생들은 별의 빛과 색깔이 어떻게 반짝이는지 설명하도록 질문한다. (활동 1)
• 학생들은 별과 행성이 움직이는지, 그리고 자신의 대답에 대한 이유를 말하도록 한다. (예: 나는 별이 뜨는 걸 봤다.). (활동 2)
• 학생들이 뭘 봤는지 확실하게 설명할 수 있도록 질문한다. 학생들의 주의 깊은 관찰과 말하는 능력이 어느 정도 반영됐는지 확실하게 설명한다. (모든 활동)

준비물

• 좋은 날씨
• 큰 창이 있는 교실 또는 하늘의 좋은 경치가 보이는 놀이터/운동장
• 밝은 외부 조명을 끄는 기능(있으면 좋음)

배경지식

별과 행성의 색깔 [과학 관련 분야: 태양계, 은하, 별의 스펙트럼 유형]

별은 ‘고정된’ (별의 상대 위치가 지구에서 고정된 것처럼 보임) 빛의 한 점이고 멀리 있는 태양이다. 별들은 태양처럼 커다란 기체로 이루어진 구임에도 너무 멀리 떨어져 있어서 굉장히 큰 망원경으로도 점으로 보인다. 그들은 별자리를 형성하고 가장 밝은 별들은 자신만의 이름을 가지고 있다. 예를 들면 베가, 안타레스, 시리우스. 어떤 별은 뚜렷한 색을 가지고 있지만 대부분은 색깔의 흔적 정도만 알 수 있다.

별의 색은 O, B, A, F, G, K, M형이라는 분광형과 관계가 있어서 푸른색에서 붉은색까지 다양하다. 분광형의 순서는 물리적인 별의 표면 온도가 높은 것에서부터 낮은 순서로 나열된다. 태양은 황백색의 G형 별이다. 순수한 흰색별은 A형으로 불린다. 행성은 ‘떠돌아다니는’ 빛의 한 점으로(배경별들 사이로 움직인다.) 지구의 형제이다. 행성은 별보다 매우 작지만 망원경을 통해 확대해서 관찰할 수 있을 만큼 충분히 가깝다. 밝은 행성은 그 색을 뚜렷이 구분할 수 있다. 행성의 색은 태양빛을 반사함으로써 결정된다.

반짝임 [과학 관련 분야: 천문학적 불꽃, 대기의 조성]

별과 행성이 반짝반짝하는 이유 중 하나는 지구의 대기 때문이다. 지구 대기를 구성하는 여러 개의 층은 약간씩 다른 굴절률 보인다. 별빛이 그 대기를 통과하게 되면 굴곡이 생기고 반짝거린다. 우리가 망원경으로 보면 행성은 작은 원반 모양이기 때문에 각 지점의 굽은 빛이 연결돼서 반짝반짝 빛나는 정도가 적다. 반면, 별은 한 점이므로 별들이 행성보다 더 많이 반짝거리게 된다. 한 점 주변을 움직일 뿐만 아니라 그 점의 색깔이 약간 변하는 것처럼도 보이는데 특히 하얀 별일 때 그렇다. 별이 반짝반짝 빛나는 정도는 기상 조건에 따라 매일 다르다.

일주 운동 [과학 관련 분야: 지구 자전, 태양 지구 시스템]

모든 별, 행성, 그리고 태양과 달은 하루에 한 번 하늘을 가로지르며 움직인다. 이 일주 운동이라는 겉보기 운동은 하루에 한 번 자전축을 도는 지구의 자전 때문에 나타난다. 천구의 북극 주변을 맴도는 북극성(폴라리스, Polaris)에 가까이 보이는 천체들을 제외하고는 동쪽 지평선에서 떠올라 서쪽 지평선으로 움직인다. 일주 운동은 속도는 매우 느리므로 실제로 천체가 질 때 연속적으로 움직이는 것을 확인하기에 가장 좋다.

저녁 하늘의 색깔 [과학 관련 분야: 태양 지구 시스템, 대기의 성질, 빛의 산란]

지구의 대기에서 산란되는 태양빛은 낮에는 밝고 푸른 하늘을 만들고 저녁에는 다양한 색을 만든다. 저녁 하늘의 색은 그 날의 날씨의 영향을 받는다. 또한 공기 중을 떠도는 작은 입자에도 영향을 받는다.

첫 번째 별 [과학 관련 분야: 태양계, 계절, 위도와 경도, 시간]

초저녁 가장 처음으로 보이는 별은 특정 별이나 행성으로 정해져 있지는 않다. 이따금 금성이나 목성과 같은 행성이거나 베가나 시리우스 같은 별이기도 하다. 스텔라리움 같은 플라네타리움 소프트웨어나 역서는 행성과 항성의 이름과 위치를 배우기에 유익하다. 밤이 되고 첫 번째 별이 보이게 되는 시간은 관측 지점의 계절, 위도, 경도에 따라 다르다.

주의: 태양이 뜰 때와 태양이 질 때도 태양빛은 우리 눈에 매우 위험하다. 일몰 후에 저녁 하늘을 관찰한다면 안전하다. 일몰 후라도 하늘은 여전히 밝다.

전체 활동 설명

활동 환경

• 저녁에 유치원이나 어린이집의 교실.
• 어떤 학생들은 부모님을 기다리는 시간 동안 선생님과 남는다.
• 날씨가 좋고 학생들이 큰 창밖으로 저녁 하늘을 볼 수 있다.
• 놀이터 또는 옥상에서 하늘을 본다.
• 부모님이 아이들을 데리러 오기 전에 아마도 선생님은 학생에게 책을 읽어주거나, 학생들과 노래를 하거나, 비디오를 보여준다. 저녁 하늘은 편안한 공간과 시간이며, 그곳은 학생들과 선생님들에게 도 멋진 자연의 보물이다. 이 활동은 여러 장점이 있는데 비용을 지불할 필요가 없고, 준비할 시간이나 특별한 장비가 필요하지 않고, 광공해가 심한 도시 중심이든 어디서든 모든 사람들이 이용 가능하다. 이 활동은 아동-교사 간 활동이며 대화 기반 활동이다.

— 아래 설명된 활동에서 하나 또는 몇 개를 선택하라. —

활동 1 : 해가 진 뒤에 저녁 하늘 그리기

활동 1.1 저녁 하늘의 색깔

관찰: 저녁 하늘

• 질문: 하늘은 무슨 색인가요?
• 예상 답변: 빨강 또는 주황색
• 질문: 그 색뿐인가요? 또 다른 색은요?
• 예상 답변: 황금색, 파란색, 짙은 파란색, 회색…

질의·응답은 추가 관찰에 대한 관심을 자극한다. 또한 선생님은 다양한 색을 인지할 것이다. 많은 색을 찾는 것은 화려하게 그리는 활동으로 이어진다. 강한 햇빛은 눈에 심한 손상을 야기할 수 있으니 조심해라. 태양을 빤히 보는 것은 매우 위험할 수 있다. 일몰 후가 관측하기 좋은 시간이다.

활동 1.2 다른 방향의 저녁 하늘 색깔

관찰: 저녁 하늘

• 질문: 하루 종일 하늘이 같은 색이었나요?
• 예상 답변: 저녁에는 빨간색, 주황색, 노란색입니다.
• 질문: 머리 위를 보세요.
• 예상 답변: 아, 이건 짙은 파란색입니다!
• 질문: 일몰 반대 방향을 보세요.
• 예상 답변: 아, 조금 밝네요.
• 질문: 무슨 색인가요?
• 예상 답변: 분홍색인 부분이 조금 있습니다.

질의·응답은 추가 관찰을 자극한다. 낮 하늘과는 달리 저녁 하늘의 색은 수평선에서 천정까지, 동쪽에서 서쪽까지 많이 다르다. 운동장에 누우면 그 변화를 알아차릴 수 있을 것이다. 동쪽 지평선과 평행한 이상한 분홍색 수평대가 있음을 알 수 있다. 동쪽 지평선 바로 위에 있는 분홍색 벨트 아래의 어두운 부분은 지구의 대기권에 드리운 그림자이다. 분홍색 벨트는 지구 그림자의 가장자리이며 저녁 빛이 투영된 것이다. 분홍색 벨트를 ‘비너스의 띠’라고 한다.

활동 1.3 저녁 하늘의 색 변화

관찰: 저녁 하늘

• 질문: 하늘색이 바뀌는가?
• 예상 답변: 네.
• 질문: 어떤 면에서?
• 예상 답변: 하늘은 어두워지고 있고 하늘색에서 짙은 하늘색으로 그리고 검은색이 된다. 노란색과 주황색 부분은 작아진다.
• 질문: 전체 하늘은 어떤가?
• 예상 답변: 밝은 곳이 아래로 내려앉고 있다.

질의·응답은 향후 관찰을 자극한다.

활동 1.4 저녁 구름의 모양과 색깔

관찰: 저녁 하늘

• 질문: 좋아하는 구름 모양을 선택하세요. 어떤가요?
• 예상 답변: 개! 고양이! 공룡! 용! 유령!

일부는 실제 동물이나 건물일 수도 있고 상상의 동물일 수도 있다. 다양하고 특이한 모양을 발견하면 더 풍부한 그림 활동으로 이어질 것이다.

• 질문: 구름이 움직이고 있나요?
• 예상 답변: 구름은 떠 있습니다.
• 질문: 잠시 동안 구름을 보세요.
• 예상 답변: 구름이 움직이고 있습니다! 구름 모양이 변하고 있습니다!

질의·응답은 향후 관찰을 자극한다. 어떤 학생들은 구름이 움직이거나 모양이 변하는 것을 신경 쓰지 않으므로 종종 종이 위에 예쁜 목화처럼 구름을 그리는 고정관념을 보인다. 학생들에게 구름의 움직임에 대해 설명하지 않고 학생들 스스로 구름이 움직인다는 것을 알아차리도록 지도한다.

학생들은 구름이 검은색이라고 말할 수 있다. 이것은 진짜 색깔 때문이 아니라 구름의 바닥이 그늘져서 그렇다고 선생님은 말해준다. 바깥이 밝을 때 실내의 조명을 끄고 흰색인 창틀을 관찰하게 한다. 진짜 색깔이 흰색(또는 다른 색)이더라도 밝은 외부 조경과 비교되어 까맣게 보이는 것이라고 설명할 수 있다.

활동 1.5 온도, 바람, 소리, 대기의 변화

관찰: 온도, 바람, 소리

• 질문: 저녁에 다른 어떤 것을 느끼나요?
• 예상 답변: 어두워지고 있습니다.
• 질문: 당신이 느끼는 것이 전부인가요? 그것은 춥나요? 어둡나요? 소리는 어떤가요? 바람은 어떤가요?
• 예상 답변: 갑자기 온도가 낮아지고 있습니다. 많은 사람들이 집으로 돌아가 교통 소음이 증가하고 있습니다. 바람이 강해지고 방향은 아마 바뀔 겁니다.

질의·응답은 향후 관찰을 자극한다. 학생들에게 태양이 지는 것과 같은 천문 현상이 우리 일상생활에 커다란 영향을 끼친다고 느끼게 하라.

저녁 하늘에는 별 이외의 다른 빛이 있다. 몇몇 구름과 건물은 그림자 때문에 실제 모습을 숨기고 검정색으로 보인다.

활동 2 : 첫 번째 별

활동 2.1 첫 번째 별 찾아내기

관찰: 첫 번째 별

• 질문: 어두워지고 있어요. 첫 번째 별을 찾아보세요.
• 예상 답변: 저기 있습니다!

학생의 시력은 성인의 시력보다 좋으며 특히 저녁에 시력이 좋다. 비록 천문학 교육자가 첫 번째 별이 나타날 것을 알고 있을지라도 학생들이 더 빨리 찾을 수도 있다.

• 질문: (어떤 어린이는 빠르게 첫 번째 별을 찾아낼 수 있지만 다른 많은 어린이들은 그렇지 않을 수도 있다) ㅇㅇ 친구가 찾았네요! (다른 학생에게) 아직 못 찾았나요? 위치를 설명해주세요.
• 예상 답변: 그 나무 위에. 전등 왼쪽에. – 아니! – 나무 위로 두 주먹, 램프의 조금 왼쪽, 개 모양의 구름 가장자리. – 네!

학생들에게 다른 대상과 거리를 표시하여 첫 번째 별의 위치를 설명하도록 권장한다. 어떤 학생들은 별 이름에 대해 물어볼 것이다. 그러나 모든 이름을 기억할 필요는 없다. 별이 떠오르는 것을 관찰하고 색을 표시하고 명확하게 설명하는 것은 학생들이 이름을 아는 것보다 과학적 지식을 향상시키는 것이므로 더 중요하다. 그러므로 학생들에게 별의 위치와 색깔 및 기타 특성을 주의 깊게 관찰하도록 격려하라. 반면에 심화 과정에서는 별의 이름을 미리 알아 두는 것은 도움이 된다. 스텔라리움과 같은 소프트웨어는 위치(위도, 경도), 날짜에 따라 일몰시간, 황혼기간, 밝은 별 이름을 학습하는 데 매우 유용하다. 또한 이 소프트웨어는 첫 번째 별과 다른 여러 별들이 어떻게 나타나는지도 모의 시연한다.

활동 2.2 두 번째와 세 번째 별을 찾기

관찰: 밝은 별

• 질문: 첫 번째 별을 모두 찾았나요?
• 예상 답변: 네!
• 질문: 어디에 있나요?
• 예상 답변: 저기! (손가락으로 가리키며)
• 질문: 음? 어떤 사람들은 거기를 가리키고 다른 사람들은 다른 곳을 가리키고 있어요. “많은” 첫 번째 별이 있나요?
• 예상 답변: 이것이 첫 번째 별이에요! – 아니, 그게 첫 번째 별이야! – 응, 그렇게 생각해! – 아니, 사실이야!

학생들이 첫 번째 별을 발견하면 이미 매우 어두워졌을 것이다. 두 번째, 세 번째, 더 많은 별이 튀어나와서 도시 지역에서도 저녁 하늘에 몇 개의 별이 있는지 알 수 있을 것이다. 도시 지역에서는 은하수와 함께 별로 가득 찬 밤하늘을 볼 수는 없지만 학생들은 일상생활에서 별이 빛나는 하늘이 있음을 느낄 수 있다.

• 질문: 네, 별의 수를 셀 수 있나요?
• 예상 답변: 네! 하나, 둘…

아주 어린 학생(10세 이하)의 경우 약간 어려울 수 있지만 큰 숫자가 필요할 수도 있다. 너무 일찍 수학을 배우게 할 의도는 없다. 우리는 셀 수 없이 많은 수를 필요로 하며 학생들은 큰 수를 사용하며 즐긴다.

• 질문: 비행기나 헬리콥터와 별을 어떻게 구분하나요?
• 예상 답변: 별이 꾸준히 빛나요. 비행기는 빛이 켜지고 꺼져요. 인공위성은 더 밝거나 어둡게 커져요./별들은 움직이지 않아요. 비행기는 움직여요. 인공위성은 빠르게 움직여요./색깔이 달라요(별이 너무 화려하지 않아요)/별은 소리가 나지 않아요.

일상생활에서 볼 수 있는 것을 토대로 학생들은 별과 다른 대상을 성공적으로 구별할 수 있다. 여기에 이유를 설명하는 것이 중요하다. 학생들은 단어나 몸짓을 사용하여 설명하려고 시도한다.

활동 3 : 별

활동 3.1 별의 색깔

관찰: 밝은 별

• 질문: 별의 색을 보았나요?
• 예상 답변: 아니요./ 색깔?
• 질문: 대부분의 별이 하얗다고 생각할 것입니다. 하지만 자세히 보면 약간은 빨갛고 파란 빛을 볼 수 있습니다. 색을 관찰 할 수 있나요?
• 예상 답변: 예, 빨간색이 보입니다./조금 파랗습니다!

질의·응답은 추가 관찰을 자극한다. 별의 색깔은 미묘하다. 화려한 빨간색 혹은 순수한 파란색 별은 없다. 기본적으로 별들은 빨간색이나 주황색, 노란색, 파란색의 징후가 있는 흰색이다. 사람의 시력은 덜 밝은 물체의 색상을 구별하는데 어려움을 겪는다. 쌍안경이나 망원경을 사용하여 많은 빛을 얻으면 다양한 별의 색상을 즐길 수 있지만 육안으로 보면 가장 밝은 별 중 일부만 색을 나타낸다. 과학 서적은 별의 색상을 소개하고 일부 플라네타리움은 과장된 색상을 표현한다. 그러나 현실은 별의 색깔이 미묘하고 보기가 쉽지 않다.

• 질문: 그 별은 오렌지색인가요? 사실인가요? 색이 없는 그 별이 흰색인가요? 사실인가요? 조심스럽게 다시 보세요.
• 예상 답변: 와우, 색상이 바뀌어요! 노랑? 아니! 자, 파란색이야… 아니야! 색을 못 알아보겠어요!

질의·응답은 향후 관찰을 자극한다. 지구의 대기 때문에 별들이 반짝인다. 또한 색이 깜박이는 원인이 된다. 가장 좋은 예는 여름의 베가와 겨울의 시리우스이다. 둘 다 분광형 A 유형의 별이며 예상되는 색깔은 순수한 흰색이다. 그러나 반짝반짝 빛나면서 색깔은 빨간색, 노란색, 파란색에서 흰색으로 바뀐다. 깜박이는 색과 깜박이는 빛을 즐겨라. 깜박거리는 색은 플라네타리움에서 시연할 수 없다. 그것은 진정한 천연 별 빛이다.

활동 3.2 별의 움직임 (권장 연령대: C)

관찰: 몇몇 별, 특히 밝은 별 또는 행성 설정

• 질문: 별은 지나요?
• 예상 답변: 아니요! 떠있어요.
• 질문: 태양은 지나요?
• 예상 답변: 네
• 질문: 왜 그렇게 생각하나요?
• 예상 답변: 제가 봤으니까요.
• 질문: 좋아요. 그러면, 달이 지나요?
• 예상 답변: 네. 봤어요.
• 질문: 좋아요. 그렇다면 별이 왜지지 않는다고 생각하나요?
• 예상 답변: 못 봤으니까요. 별들이 밤에 뜨고 떠있어요.

이것은 4살 또는 5살 아이의 일반적인 질의·응답이다. 그들은 일상생활에서 보는 것에 근거하여 ‘예’ 또는 ‘아니오’로 대답한다. 그것은 과학적인 태도이다. 대부분의 학생들은 별이 지거나 뜨는 것을 보지 못했다. 그 상황은 대부분의 성인들에게도 동일하다.

• 질문: 해질 무렵 저녁에 밝은 별이 있다는 것을 알고 있나요? (금성이나 목성을 볼 수 있는 운이 좋은 상황을 이용하라)
• 예상 답변: 알아요. 매일 유치원에서 아빠랑 집에 갈 때 별을 봐요!
• 질문: 좋아요. 별이 아직 가만히 있나요? 움직이나요?
• 예상 답변: … / 가끔, 위치가 바뀌어요.
• 질문: 집에 돌아온 후 어른들과 함께 잠시 동안 창에서 별을 보아요. 오늘은 분명히 알 수 있을 거예요. 시도해보세요!

밤하늘에서 별들의 움직임은 눈치 채기 어렵지만 별의 움직임을 알아내려고 하는 사람들은 별의 움직임을 쉽게 구분할 수 있다. 믿을 수 있는 여러 경험을 통해 분명히 말할 수 있을 것이다: 별은 움직입니다. 그 이유는 관측했기 때문이다. 별이 구름층에 가까워지고 구름이 빠르게 흐르면 별들이 빠르게 움직이는 것처럼 보인다. 그렇다면 ‘구름과 별, 무엇이 움직이는 거지?’라고 질문하라. 학생들은 ‘별이 빨리 움직여요’라고 답할 것이다. ‘나무와 건물에 대한 별의 위치를 비교하라. 빠른가?’ 학생들은 여러 기준점을 갖는 것이 중요하다는 것을 배운다.

커리큘럼

추가 정보

Akihiko Tomita의 웹사이트: http://www.wakayama-u.ac.jp/~atomita/

이 활동은 약 9년 동안 일본에서 Akihiko Tomita의 어린이집, 유치원, 보육원, 방과 후 보호 방문 연구를 토대로 한 것이다; 그 중에서도 특히 히카리 보육원과 오사카 방과 후 보육 협회에서의 실천을 위해 오오사니 대학을 비롯한 많은 교육자와 연구원이 Kouji Ohnishi박사와 상담해 주었다. 이 연구의 일부는 일본 과학 진흥회, 과학 연구 보조금, 보조금 번호 20500778과 25350251에서 지원되었다.

활동의 일본어 버전은

http://astroedu.iau.org/media/activities/attach/fb5749c1-8953-4336-86c5-551cf9518275/astroedu1616-evening-sky-watching_oXbN2Vz.pdf에서 확인할 수 있다.

결론

• 학생들은 저녁 하늘의 많은 특징을 육안으로 관찰했다.
• 질의응답은 향후 관찰을 자극한다.
• 신중한 관찰을 통해 학생들은 다음을 배운다.

– 저녁 하늘, 구름, 별들의 다양한 색깔

– 반짝반짝 빛나는 별들의 미묘한 색깔

– 별들의 움직임

– 도시 지역에서도 별이 빛나는 하늘이 있음

 감사의 글

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