에스엘랩 | 유성체, 유성, 운석
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유성체, 유성, 운석

Meteoroids, Meteors and Meteorites

목적

 

  • 유성체, 유성, 운석의 차이점에 대해서 학습한다.
  • 별똥별은 항성이 아니라 유성임을 학습한다.
  • 운석이 지구상의 생명체에 끼치는 영향에 대해서 학습한다.
  • 유성체의 기원에 대해서 학습한다.

 

학습 목표

 

  • 유성체, 유성, 운석의 차이점에 대해서 설명한다.
  • 부싯돌을 사용하여 유성체가 어떻게 형성되는지를 묘사한다. 학생들은 소행성이 충돌하거나 혜성이 뜨거워지고 용융되기 시작할 때 작은 조각들로 어떻게 부서지는지를 묘사한다.
  • 별똥별이 별이 아님을 설명한다.
  • 운석의 영향을 이해한다.

 

평가

 

  • 학생들은 유성체와 유성, 그리고 운석 사이의 차이점을 서술한다.
  • 학생들은 행성과 혜성으로부터 어떻게 유성체가 형성되는지의 과정을 설명한다.
  • 학생들은 별똥별이 유성임을 이해한다.
  • 학생들은 운석이 지구 생태에 어떤 영향을 주는지 예시를 든다.

 

준비물

 

  • 돌 (부싯돌 선호)
  • 경질의 유리
  • 컵 (혹은 금형 용도로 사용될 작은 크기의 보온성 용기)
  • 작은 돌 그리고/또는 모래
  • 냉동고
  • 인쇄된 활동지
  • 비디오와 사진을 보여줄 프로젝터

배경지식

 

태양계는 행성과 위성으로 구성되어 있을 뿐만 아니라 소행성과 혜성 그리고 운석도 포함한다.

 

소행성은 태양 주위를 도는 천체이며 돌이나 금속(대부분 금속) 혹은 두 가지가 합쳐져 있다. 대부분의 소행성은 화성과 목성 사이에서 긴 고리 띠(소행성대)를 형성해 태양 주위를 돈다. 물론 몇몇 소행성의 궤도는 다른 행성 사이를 지나간다. 목성과 태양 간 중력의 상호작용 때문에 이러한 소행성들은 하나로 뭉쳐 지구와 같은 행성을 형성하지 않는다.

 

혜성들은 매우 다른 방식으로 태양 궤도를 돈다. 혜성들은 타원 형태의 궤도를 가지고 있는데 이는 태양계 밖에서부터 태양까지 온 다음 다시 되돌아간다. 혜성들은 얼음으로 단단히 결속된 바위들로 구성되어 있다. 혜성들이 태양 주위로 오면 그 표면에 있는 얼음들이 기화하기 시작하여 물, 수증기와 먼지로 된 특유의 꼬리를 형성한다.

 

태양계 행성들 사이의 공간에는 수십억 개의 작은 조각들이 있는데 이 조각들은 태양 주변을 돌고 있다. 이 조각들은 유성체라고 불리고 국제천문연맹에 따르면 직경이 1μm(1mm의 1/1000) 보다는 크고 1m 보다는 작다고 한다.

 

별똥별이라고도 알려진 유성이 우리의 대기권을 뚫고 지나가게 되면 작은 덩어리는 불타게 되는데 이 모습을 우리는 밤하늘에서 빛의 섬광 형태로 관측할 수 있다. 지구 대기권을 통과하는 대부분의 유성체는 너무 작아서 완전히 타버리고 행성의 표면에 도달하지 못한다.

 

이러한 유성들은 유성체로부터 오는데 유성체의 주된 기원에는 세 가지가 있다. 대부분은 태양계를 형성했던 먼지들로부터 남은 것들이다. 일부는 소행성의 잔해들인데 충돌에 의해서 부서진 것들이다. 엄청난 유성우는 많은 유성체들이 한 번에 대기권으로 진입하기 때문이며 혜성들 때문에 발생하는 것이다. 또한, 지구가 혜성의 꼬리 뒤편에 남아 있는 작은 조각들의 지역을 통과할 때도 유성우가 발생한다.

 

만약 유성체의 일부분이 대기권을 통과하는 동안 살아남아 있고 지구 표면에 도달한다면 이를 운석이라고 한다. 대부분의 운석들은 매우 작은데 그 크기는 1g도 안 되는 조각(조약돌 크기)에서 100kg 혹은 그 이상(엄청 큰 크기, 생명체를 파괴할 수 있는 바위)에 이르기도 한다.

 

비록 지구 표면에서 발생하는 활발한 작용들은 운석에 의해서 만들어진 충돌 분화구를 빠르게 없애지만 천체와의 충돌에 의한 구덩이가 약 190여개 확인되고 있다. 이들의 크기는 직경으로 수 십 m에서 약 300km까지 이른다. 분화구의 나이는 최근에 생긴 것부터 20억 년 전에 생긴 것에 이르기까지 다양하다. 멕시코에서 발견된 180km 직경을 가진 충돌 분화구는 6,600만 년 전에 공룡의 멸종에 이 충돌이 영향을 끼쳤다는 것을 시사한다.

전체 활동 설명

 

사전 활동

 

혜성에 대한 모의실험을 위해서 학생들은 자갈이나 모래 조각을 컵(혹은 다른 적절한 용기)에 담긴 물과 섞어야 한다. 이것은 이 활동이 시작하기 전에 준비하여 얼려야 한다.

 

학생들은 각 질문에 대한 답을 하면서 자신의 활동지를 완성해야 한다.

 

 

유성체, 소행성과 혜성

 

학생들에게 태양계에서 발견될 수 있는 천체의 이름에 대해서 물어보고 그것을 칠판에 적도록 한다. 이 수업의 주된 주제는 유성 즉 별똥별임을 말해준다.

 

돌멩이를 여러 사람이 볼 수 있도록 돌리면서 그 돌이 소행성을 의미함을 설명한다. 소행성이 무엇인지 배경지식과 다음 사진(소행성 Gaspra)을 이용해서 설명한다.

 

 

혜성을 학생들이 볼 수 있도록 돌리면서 학생들이 혜성이 무엇으로 이루어져 있는지 관찰할 수 있도록 한다. 혜성이 무엇인지 배경지식과 아래 사진(혜성 ISON)을 이용해서 설명한다. 혜성이 따뜻한 책상을 가로질러 미끄러지고 꼬리가 형성되는 것을 관찰함으로써 혜성의 꼬리가 어떻게 형성되는지 보여주고 싶을 것이다. (사진 설명 : 유색의 작은 점들은 항성이다. – 색이 다른 것은 사진을 촬영하는 방법 때문이다.)

 

유성체가 무엇인지 설명한다. 많은 유성체는 태양계를 형성한 이후에 남은 작은 조각들이다. 그것은 행성을 형성하지 못했다.

 

학생들이 보호 안경을 착용하도록 하고 날카로운 조각의 위험할 수 있으므로 주의시킨다. 소행성으로부터 유성체가 만들어지는 방법을 확인하기 위해서 ‘소행성’ 바위를 다 같이 부수도록 한다.

 

학생들에게 혜성이 현재 어떻게 녹고 있는지 그리고 그 속에 있는 작은 바위 조각은 유성체가 되는지 보여준다.

 

유성

 

학생들에게 만약 별똥별에 대해서 들어본 적 있는지 물어보거나 혹시 별똥별을 본 적이 있는지 물어본다. 만약 별똥별에 대해서 모든 사람들이 안다면 학생들에게 설명해보도록 한다.

 

 

유성체가 믿을 수 없을 정도로 빠르게 움직이는데 이는 마찬가지로 지구가 태양 주위를 매우 빠른 속도로 돌고 있음을 의미한다. 그래서 만약 유성체가 지구와 충돌한다면 그것은 매우 빠르게 이동할 것이다. 충격 속도는 약 70km/s에 이를 것이다. 이 속도는 시속 150,000마일 혹은 250,000km/h와 동일하다. 이것은 매시간 적도를 8번 비행하는 것과 같다. 매우 빠른 천체가 우리의 대기권을 강타하면 공기 저항은 매우 클 것이다(학생들은 자동차가 달리는 중에 창문을 내렸을 때 느껴지는 힘과 비교할 수 있다.). 이 엄청난 힘은 유성체를 타오르게 만들고 이는 유성이 된다.

 

학생들에게 유성으로 만들어지는 것들 중에 실제로 지상에서 발견되는 것은 거의 없음을 알려준다. 학생들에게 왜 이런 현상이 발생하는지 묻는다(지구 표면의 70%가 해양으로 덮여 있고 그 위에는 아무도 살지 않는다. 또는 낮 동안에는 유성이 관측될 수 없다.).

 

학생들에게 왜 유성을 별똥별이라고 부르는지 물어본다. 학생들뿐만 아니라 과거 사람들도 별똥별이라는 것에 대해서 어떻게 생각해왔는지를 논의해 본다(번개 같은 의미인지, 마술/신화적인 기원이 있는지 등).

 

운석

 

때때로 유성체들은 대기층에서 완전히 연소되지 못하고 지구에 ‘착륙’하게 된다. 이러한 유성들이 운석이다. 학생들에게 운석 사진을 보여준다.

 

 

위 사진의 운석은 사우디아라비아 사막에서 발견되었다. 주변의 노란색 돌들과 비교했을 때 운석이 얼마나 눈에 잘 띄는가. 학생들에게 눈에 띄는 장소에서 운석을 찾는 것이 얼마나 쉬운 지에 대해서 설명한다. 학생들에게 운석을 찾기에 쉬운 장소와 어려운 장소에 대해서 논의하도록 한다(쉬운 곳 – 사막, 평원, 모래 언덕, 남극대륙의 빙하. 어려운 곳 – 숲, 강, 바다).

 

일부 운석들은 충분히 크고 빠르게 이동하기 때문에 운석이 충돌할 때 지구상에 구덩이를 형성할 수 있다. 학생들에게 운석에 의해 만들어진 구덩이의 크기에 영향을 주는 요인이 무엇인지에 대해서 묻는다(질량, 충격 속력, 충격 방향, 운석이 떨어지는 땅의 종류).

 

아래 사진은 미국의 아리조나에 있는 ‘Meteor Crater’이다. 이것은 세계 최초의 운석 충돌 분화구로 확인되었다.

 

 

만약 학생들이 이미 이것에 대해서 학습한 적이 있다면 운석 충돌로부터 먼지구름이 발생하여 공룡의 멸종을 초래할 수 있음을 상기시킨다.

 

사례 연구 첼랴빈스크 유성

 

2013년에 관측된 러시아 첼랴빈스크 유성에 대한 영상을 보여준다:

www.youtube.com/watch?v=ztrU90Ub4Uw

유성이 낮에도 관측이 가능할 정도로 얼마나 빛이 났는지에 대해서 논의 한다 – 유성의 밝기는 유성의 크기, 속도와 상관관계가 있음을 알려준다. 이 운석은 직경이 대략 20m였으며, 초속 60,000km(40,000mph)로 이동했고, 그 무게는 10,000톤에 달했다.

 

이 영상은 어린 학생들에게는 적합하지 않을 것이다. 학생들에게 운석 충돌의 위험성에 대해서 설명한다. 운석 충돌은 거대한 양의 에너지를 가지고 있고 이는 엄청난 파괴를 일으킬 수 있다. 운석 폭발에 의해 만들어진 충격파에 대한 다음 영상을 본다.:

https://www.youtube.com/watch?v=tq02C_3FvFo&t=106s

이 영상의 충격파는 운석이 지구 표면의 약 25km 상공에서 폭발할 때 발생한 것임을 설명한다. 그 충격파는 사람들이 빛을 보고 나서 한참 뒤에 느끼게 되는데 이는 빛의 속도와 소리의 속도의 차이 때문이다. 그 충격파로 인해서 창문은 산산조각 났고 1,500명의 사람들은 상해(대부분 창문의 부서진 유리조각 때문)로 병원 치료가 필요했음을 설명한다.

 

사진: 작은 운석 – 첼랴빈스크 유성이 폭발하고 난 이후의 남은 조각

추가 정보

 

충돌 분화구에 대한 실험과 함께 다음 활동을 고려해본다. 예: 달의 풍경 활동

(http://astroedu.iau.org/activities/lunar-landscape/).

 

 

결론

 

학생들은 유성체, 유성, 운석의 차이를 알고 소행성/운석의 충돌이 지구상의 생명체에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대해서 학습한다.