에스엘랩 | 별자리란 무엇일까요?
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별자리란 무엇일까요?

What is a constellation?

목적

 

학생들은 조별로 우주에 있는 천체의 3차원 영상을 시연해 본다. 학생들은 우리가 다양한 관점에서 다르게 3차원 물체를 보고 있다는 것을 모의실험 할 수 있고 이러한 원리를 별자리를 이해하는 데 적용할 수 있다.

 

 

학습 목표

 

이 활동이 끝나면 학생들은 다음을 할 수 있다.:

 

  • 2차원과 3차원 물체의 차이점에 대해서 그림으로 그리거나 활동을 함으로써 시연하고 설명할 수 있다.
  • 다른 관점에서 3차원 물체를 묘사하거나 그릴 수 있다.
  • 별자리를 구성하는 별들은 실제 일직선에 있는 것이 아니라 매우 멀리 떨어져 있고 다른 각도에서 이 별자리를 보면 평소에 보는 것과 매우 다르게 보일 수 있다는 것을 설명할 수 있다.

 

 

평가

 

  • 학생들에게 여러 관점에서 3차원 물체를 그리도록 하여라.
  • 학생들에게 여러 관점에서 3차원 물체를 보면 다르게 보이는 이유에 대해서 설명하도록 하여라.
  • 학생들에게 이런 원리를 별자리에 적용하는 방법에 대해서 질문하여라.
  • 학생들에게 다른 관점에서 자신이 만든 모형을 볼 때 보여지는 별자리 모습을 그려보도록 해라.
  • 학생들에게 밤하늘을 나타내는 방법에 대해서 물어보아라. 학생들이 그림, 연극 혹은 물건을 활용하여 2차원과 3차원 모두를 생각할 수 있도록 도와주어라.

 

 

준비물

 

오리온 별자리의 12 모형(2인 1조)

 

  • 나무로 된 꼬치 84개(1세트 당 7개)
  • 코르크 48개(1세트 당 4개)
  • 40 X 20cm 물결무늬 판지 12개
  • 20 X 20 cm 물결무늬 판지 12개
  • 야광 조형 점토(일반 점토로 바꿀 수 있음)
  • 위의 준비물을 담을 바구니 12개
  • 자(2인당 1개)
  • 가위
  • 스탠리 나이프
  • 방수 마카
  • 활동지 1인당 1장(PDF로 다운로드 받을 수 있음)

배경지식

 

오리온자리 사진. 출처: Mouser/Wikimedia

 

별자리란 무엇인가?

 

별자리는 별을 쉽게 구분하기 위해서 농부, 시인, 항해사 혹은 천문학자들이 만든 가상의 무늬이다. 별들은 빛과 열을 방출하는 뜨겁고 큰 가스 덩어리이다. 낮 동안에는 우리에게 가장 가까운 별인 태양 빛이 너무 강해서 다른 별들을 볼 수 없다. 밤이 되어 매우 어두워지면 우리는 1000개에서 1500개 정도의 별을 눈으로 볼 수 있다. 별을 하나하나씩 본다면 내가 바라보고 있는 별이 어떤 별인지 말하는 것은 매우 어려울 것이다. 별자리는 별들의 위치를 알아내기 편하게 해줄 뿐만 아니라 밤하늘에서 우리가 길을 찾는데 도움을 준다. 국제천문연맹에서 지정한 88개의 별자리는 남반구와 북반부 전역에 걸쳐 있다. 따라서 몇 개의 별자리는 한쪽 반구에서만 관측된다. 한 별자리에 속한 별들은 우주 공간에서는 같은 평면에 있지 않고 지구로부터 매우 다양한 거리에 존재한다. 은하에서 우리의 위치가 바뀐다면 별들이 보여지는 무리의 위치가 상대적으로 바뀌기 때문에 우리는 다른 별자리 형태를 관측하게 될 것이다.

 

은하의 다른 면에서 밤하늘은 어떻게 보이는지 관찰해보자.

http://nautil.us/issue/19/illusions/a-quick-spin-around-the-big-dipper https://www.youtube.com/watch?v=lD-5ZOipE48

 

별자리의 기원

 

사람들이 처음으로 지구를 탐험하기 시작하면서 밤하늘에 있는 천체들은 사람들에게 중요한 대상이 되었다. 인류가 오랜 역사와 많은 문화를 거치는 동안 관련된 이름과 신화적인 이야기는 좀 더 잘 기억되기 위해서 밤하늘의 별 무늬를 이용하여 형상화되었고 이러한 별 무늬들이 바로 우리가 알고 있는 별자리들이다.

 

사람들은 종종 다양하고 현실적인 이유로 별자리를 사용하였다. 예를 들어 달력이 만들어지기 전에 농업에서는 어느 계절이 오고 있는지 결정하는데 별자리가 도움을 주었고 항해사와 탐험가들이 길을 찾는데도 도움을 주었다. 이러한 활동으로 새로운 별자리가 계속 만들어질 수 있었다. 지금까지도 천문학자들은 새롭게 발견된 천체나 연구의 대상이 되는 천체의 위치를 설명하기 위해서 별자리의 이름을 사용하고 있다.

 

관련 내용은 국제천문연맹의 별자리 페이지에서 참고 할 수 있다.

http://www.iau.org/public/themes/constellations/

 

오리온자리 소개

 

오리온자리는 남자의 모습을 한 7개의 큰 별로 이루어진 별자리이다. 오리온자리는 선사시대 이후로 꾸준히 관측되고 그려져 오고 있다. ‘오리온’이라는 이름은 그리스 신화에서 따온 것으로 오리온은 불가사의하게도 거대하고 강했던 사냥꾼이다.

 

천문학자들은 별까지의 거리를 어떻게 계산할까?

 

천문학자들은 별까지의 거리를 결정하기 위한 방법은 중 대표적인 두 가지를 이번 장에서 소개한다. 시차라고 알려져 있는 첫 번째 방법은 삼각측량을 이용한다. 천문학자들이 어느 날 어떤 별 하나의 위치를 관측한다고 하자(아래 그림에서 1번 위치). 6개월 이후, 다시 한 번 더 그 별의 위치를 관측한다(아래 그림에서 2번 위치)고 하면, 천문학자들은 이 별과 태양이 이루는 각도를 찾을 수 있다. 지구의 공전궤도 지름이 약 3억 킬로미터라고 알려져 있으며 이 별까지의 거리를 측정하기 위해 천문학자들은 삼각법을 이용할 수 있다. 이 기술은 지구로부터 약 400광년 안에 있는 별들에만 적용할 수 있다.

 

다른 방법은 별의 밝기와 관련이 있다. 천문학자들은 별의 실제 색 스펙트럼을 관측하여 천체의 특성을 연구하고 있다. 이러한 관측으로 실제 별의 밝기와 겉보기 밝기를 비교하여 지구에서 별까지의 거리를 계산할 수 있다.

전체 활동 설명

 

사전준비

 

이 활동을 위해서 교실 안의 모든 책상과 의자를 한쪽으로 치워 충분한 공간을 만든다. 체육관이나 놀이터를 이용해도 좋다. 2인 1조로 나뉜 학생들에게 나눠 줄 별자리 활동 바구니를 준비하여 모든 준비물을 배분한다. 각 바구니에는 야광 조형 점토, 물결무늬 판지, 나무 꼬치 7개, 코르크 마개 4개, 자, 풀, 가위와 방수 마카를 넣는다. 안전을 위해 코르크 마개는 미리 절반으로 잘라서 준비해둔다.

 

3차원 모형

 

1조당 6명씩 총 4개 조를 만든다. 각 조를 교실의 서로 다른 모퉁이로 보낸다. 조별로 학생들은 손을 잡고 삼각형이나 사각형 등의 기하학 모양을 만들어 선다. 학생들에게 동그라미는 선택하면 안 된다고 설명한다.

 

각 조별로 진행자 1명을 고르고 다른 5명의 학생들은 기하학 모양을 만든다. 각 조에 있는 진행자는 기하학 모양 밖에 서서 그 모양을 관찰한다. 조원들이 만든 기하학 모양은 어느 방향에서든 동일한 형태로 보이는가?

 

진행자는 여러 방향에서 본 조원들의 모습을 종이에 그린다. 학생들은 자신의 조의 진행자가 그린 것에 대해 조별로 함께 논의를 한 후 전체 학급 친구들 및 선생님과 다시 논의한다. 학생들이 무엇을 알아차렸는가? 만약 이러한 기하학 모형을 다른 방향에서 바라보면 그 모형이 변하는가? 왜? 이런 현상이 별자리에도 똑같이 적용된다는 것에 대해 어떻게 생각하는지 학생들에게 물어본다.

 

만약 학생들이 ‘관점’에 대해서 이해했다면 활동 초반에 선생님이 원 모양을 선택하면 안 된다고 한 이유에 대해서 학생들에게 설명해보라고 한다.

 

학생들에게 오리온자리를 소개한다. 아래 그림은 오리온자리 사진(우)과 이 별자리를 지구상에서 2차원으로 표현한 것(좌)을 보여준다.

 

별자리를 구성하는 별들의 위치에 대해서 수업에서 논의한다. 학생들은 별들이 같은 평면에 있다고 생각하는가? 우리가 아주 멀리 있는 다른 행성을 여행할 수 있다고 상상하면 우리는 똑같은 그림을 그릴 수 있을까? 다른 방향에서 별자리를 바라보면 어떻게 보일까?

 

학생들은 별자리를 만들고 우리가 하늘에서 관찰하는 것들이 우리의 위치에 따라 달라질 수 있음을 보여줄 수 있다.

 

별자리 만들기

 

학생들을 2인 1조로 나누고 각 조별로 바구니를 나눠준다. 학생들은 활동지의 과제 1을 완료한다. 학생들이 선을 그을 때 판지를 너무 세게 누르면 안 된다고 설명한다. 판지에 있는 동그라미를 잘라내어 과제 1의 단계 8에서 활용하여라. 판지의 모양대로 자를 때 자른 별들을 판지 위에 올려두면서 과제 1의 단계 10을 시작하도록 한다. 과제 1이 끝나면 학생들은 3차원 오리온 별자리를 눈구멍을 통해서 보면서 오리온 별자리를 그린다.

 

만약 학생들이 별자리를 명확하게 관측하지 못한다면 해당 학생들을 위한 도움 자료로 활동지에 있는 과제 1의 16단계를 참고하라.

 

일직선에 있지 않아요

 

학생들은 활동지의 과제 2에서 맑은 겨울 밤하늘에서 관측한 실제 별자리 사진과 자신이 그린 별자리를 비교한다. 그림이나 사진에서 오리온을 볼 수 있는가?

 

학생들이 다른 관점에서 자신의 별자리를 관측하도록 하고 자신들이 본 것을 그리도록 한다. 다른 쪽에서 볼 때 별자리가 다르게 보이는 이유에 대해서 학생들에게 질문한다. 학생들은 별들이 모두 다 같은 평면에 있는 것이 아니기 때문이라고 설명할 수 있을 것이다.

 

만약 학생들이 지구로부터 매우 멀리 떨어져 있으며 별자리를 다른 관점에서 바라볼 수 있는 다른 행성으로 여행을 한다면 우리는 밤하늘에서 같은 무늬를 볼 수 있을까? 그 이유는 무엇인가?

커리큘럼

 

국가 단계 과목 평가 기관 세부항목
영국 KS1: Year 1 수학 기하학-모양의 속성 : 일반적인 2차원과 3차원 모양을 구분하고 이름을 명명한다. (정해진 것이 아니라 여러 관점에서 진행)
영국 KS2: Year 3 수학 기하학-모양의 속성 : 다른 방향에서 3차원 모양을 보고 이를 묘사한다.

 

 

추가 정보

 

학생들에게 별자리에 대해 소개해주기 위해서 선생님은 ‘별자리 전등 만들기’(astroEDU와 Space Awareness 보고서)자료를 사용할 수 있다.

 

 

결론

 

실습수업을 통해서 학생들은 보는 관점에 따라 3차원 물체가 다르게 보인다는 것을 이해함으로써 별자리가 어떻게 보이는 지 배운다. 또한, 학생들은 별자리는 멀리 떨어져 있으며 같은 평면에 존재하지 않는다는 것을 배운다.

 

 감사의 글

 

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