너의 행성을 알아보자

목적

이 활동에서 학생들은 게임을 통해 태양계 내의 행성들의 특성과 상대적인 위치에 대해 배운다.

학습 목표

• 태양계가 무엇인지 설명할 수 있다.
• 서로 다른 행성들의 특징에 대해서 설명하고 이 행성들을 암석형과 가스형 행성으로 분류할 수 있다.
• 행성들을 태양에서부터 멀어지는 순서대로 이름을 말할 수 있다.

평가

• 선생님은 학생들과 함께 행성에 사용하는 색깔이 무엇인가에 대해서 토의한다.
• 학생들은 활동을 하면서 고른 색깔이 행성의 특성과 어떻게 연관되는지에 대해서 설명해야 한다.
• 학생들에게 태양에 가까운 순서대로 태양계 안의 행성들 이름을 말해보라고 한다.

준비물

• 한 조 당 카드 게임 PDF 한 세트
• 행성들과 태양 모형 – “Universe in a Box” 혹은 다른 자료들
• 색연필(조별로 한 세트)
• 가위(학생당 한 개)
• 태양계 사진 PDF 조별로 한 세트

배경지식

도입

우리가 살고 있는 태양계는 중심별인 태양, 여덟 개의 행성과 이들의 위성 그리고 몇 개의 왜소행성들로 구성되어 있다. 이 천체들은 수백, 수천 개의 소행성(작은 조약돌 크기부터 왜소행성 크기까지의 바위들), 혜성들과 함께 태양을 공전한다.

지구는 이 천체들 사이에서 굉장히 특별한 행성이다. 지구는 우리의 집이다! 이 특별함을 이해하기 위해서 학생들은 태양계 안의 다른 행성들과 지구를 비교할 필요가 있다. 지구는 태양으로부터 1억 5천만km 정도 떨어져 있고 다른 행성들과는 달리 행성의 표면에 액체상태의 물이 존재할 수 있는 적절한 온도를 가진다. 이것은 생명의 발전에 아주 중요한 요소로 입증되었다.

태양계 전체는 우리은하의 속해 있는데 우리은하는 나선형으로 정렬된 2000억 개의 별들과 가스, 먼지들로 구성되어 있다. 수십억 개의 별들은 행성들을 가지고 있고 이 행성들은 위성들을 가지고 있다. 이것은 우리은하에 우리만 있는 것은 아니라는 것을 의미하지만 별들 사이의 거리가 너무 멀어서 다른 항성계를 방문하는 것은 굉장히 어렵다.

출처: Wikimedia Common/ Nick Risinger/ NASA / JPL

심지어 우리와 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리도 지구와 4.22광년(40조km 이상) 가량 떨어져 있다. 이 거리는 너무 멀어서 실제 여정을 위해서는 몇 세대의 인류가 필요하다.

출처: UNAWE / C.provot

태양 외의 별들을 공전하는 행성들을 태양계 밖의 행성 또는 외계 행성이라고 부른다. 천문학자들은 이미 이러한 외계 행성을 2,000개 이상 발견했고 계속해서 더 많은 외계 행성을 발견하고 있다. 우리는 태양계의 행성들을 두 가지 종류로 나눌 수 있다: 암석형 행성(태양과 가깝고 고체 표면을 가지고 있다.)과 가스형 행성(태양으로부터 멀고 크기가 더 크며 기체로 구성되어 있다.). 수성, 금성, 지구, 화성은 암석형 행성이고, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 가스형 행성이다. 과거 태양계 행성 중 가장 바깥에 있던 명왕성은 2006년 이후로 왜소행성으로 분류되었다. 화성과 목성 사이에는 소행성대가 있는데 이것은 마치 고리처럼 태양 주위를 공전한다. 소행성대는 수천 개의 크고 작은 바위들로 구성되어 있다. 이들 중 큰 바위들은 행성처럼 자신만의 이름을 가지고 있다. 그들 중 하나인 세레스(Ceres)는 너무 커서 왜소행성으로 분류된다.

행성들

행성들은 항성 주위를 도는 구형의 천체들이다. 이들은 중력에 의해 모든 크고 작은 바위들의 궤도로 끌어들이기에 충분한 질량을 가지고 있다. 왜소행성들 또한 항성 주위를 공전하는 구체이지만 질량이 작고 중력이 약해서 인근의 작은 바위들을 끌어들이지 못한다. 최근에(2016년도) 다섯 개의 왜소행성들을 발견했다: Ceres, Pluto, Haumea, Makemake, Eris. 행성의 위성들도 그 크기에 따라서 종종 구체이지만 위성들은 행성 주위를 공전한다.

태양계에 있는 각 행성들은 굉장히 특이한 성질들을 가지고 있다. 우리는 이것들을 아래에 정리해 두었다. 다음의 경험 법칙은 태양계에서 유효하다: 작은 행성들은 태양 근처에 놓여있고 고체 물질들로 구성되어 있는 반면에 큰 행성들은 태양과 거리가 멀고 주로 기체로 구성되어 있다. 이것은 다른 별 주위의 행성들에게 반드시 적용될 필요는 없으며 일부 항성들에는 목성과 같은 행성들이 태양계의 수성 궤도보다 더 항성에 가까이 위치하기도 한다.

암석형 행성

네 개의 암석형 행성(수성, 금성, 지구, 화성)들은 밀도가 매우 높고(고체) 상대적으로 크기가 작다. 금성을 제외한 나머지 행성들의 대기층은 매우 얇거나 아예 존재하지 않는다(수성).

수성

수성은 태양에 가장 가까이 있는 행성이다. 수성은 대기가 없고, 고체인 표면은 달처럼 많은 충돌 분화구로 덮여있다. 수성은 88일에 한 번씩 태양 주위를 공전하고, 위성을 가지고 있지 않다. 수성의 표면에서는 굉장히 심한 온도차가 나타난다: 태양을 향해 있는 쪽은 380℃이고 그 반대편은 -180℃이다! 이것은 느린 자전 때문에 낮과 밤의 변화가 굉장히 느리기 때문이다. 또한 저녁에 열기를 잡아둘 대기가 없기 때문이다.

출처: NASA

금성

금성의 크기는 지구와 비슷하다. 이산화탄소(온실가스)가 금성 대기의 99%를 차지하고 이로 인해서 햇빛이 거대한 온실에 갇히게 된다. 낮이든 밤이든 간에 금성은 언제나 매우 뜨겁다: 거의 500℃이다! 태양계의 다른 행성들은 모두 같은 방향(반시계방향)으로 자전하는 반면 금성은 이와 반대로 시계방향으로 자전한다.

출처: NASA

지구

지구는 태양계의 행성 중 표면에 액체 상태의 물이 있고, 대기에 충분한 양의 산소가 있고, 적당한 온도가 유지되는 유일한 행성이다. 지구는 태양을 일 년에 한 번씩 공전한다. 지구의 안정적인 자전축(23° 기울어짐)은 계절을 만든다. 게다가 지구는 지금까지 우리가 생명체를 발견한 유일한 천체이다.

출처: NASA

화성

화성의 크기는 지구의 반 정도 된다. 화성의 붉은색은 산화철(녹)에 의해서 생성되었다. 화성은 굉장히 얇은 대기를 가지고 있으며 주로 이산화탄소로 구성되어 있다. 화성의 특별한 특징 중 하나는 22,000미터 높이에 이르는 많은 사화산이다! 화성은 작은 위성 2개를 가지고 있고, 태양을 공전하는데 지구가 태양을 도는 시간의 2배 이상이 필요하다. 지구와 마찬가지로 자전축이 기울어져있기 때문에 계절이 나타난다.

출처: NASA

가스형 행성

다른 행성들에 비해서 크고, 대부분 기체로 구성되어 있기 때문에 ‘가스형 행성’이라고 불린다. 엄청난 대기와 비교적 작은 고체 중심부로 이루어져 있다.

목성

목성은 우리 태양계에서 가장 큰 행성이다. 다른 가스형 행성들처럼 목성은 대부분 기체로 구성되어 있고, 작은 고체 중심부를 가지고 있으며, 얇은 고리를 가지고 있다. 목성의 표면에는 지구의 2배 크기나 되는 빨간 점(대적반)이 있다! 이 점은 400년 이상 극심하게 위세를 떨치고 있는 거대한 폭풍(사이클론)이다. 목성은 79개의 위성을 가지고 있고(2018년 기준) 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있다.

출처: NASA

토성

토성은 거대한 고리로 둘러싸여있어서 ‘반지의 제왕’이라는 별명을 가지고 있다. 이 고리들은 수많은 얼음 알갱이들로 구성되어 있다. 토성의 대기 밀도는 꽤 낮다: 토성은 태양계에서 물위에 뜰 수 있는 유일한 행성이다. 토성은 많은 위성들을 가지고 있다: 60개 이상(2016년 기준 62개)의 위성과 나머지 이름 지어지지 않은 ‘작은 위성’들이 있다.

출처: NASA

천왕성

천왕성은 매우 얇은 고리를 가지고 있다. 천왕성의 표면은 굉장히 부드러워 보이고 어떤 구조도 거의 볼 수 없다. 천왕성은 27개의 위성을 가진 것으로 알려져 있다.(2016년 기준)

출처: NASA

해왕성

해왕성의 표면은 천왕성의 표면처럼 파란색이다. 1000km/h을 넘는 속도로 하얀 구름이 표면 위를 떠다니고 있다. 해왕성의 궤도는 가끔 왜소행성인 명왕성의 궤도를 가로지른다. 매우 얇은 고리를 가지고 있고, 14개의 위성을 가진 것으로 알려져 있다.

출처: NASA

왜소행성 : 명왕성

명왕성은 얼음과 바위로 이루어졌다. 천문학자들은 2006년에 명왕성이 구체임에도 불구하고 왜소행성으로 분류되어야 한다고 결정했다. 명왕성의 크기가 작기 때문에 명왕성은 ‘진짜’ 행성들과는 다르게 주변의 작은 바위들을 끌어들이지 못한다. 명왕성은 하나의 큰 위성과 두 개의 작은 위성을 가지고 있다.명왕성과 동일한 지위로서는 논란의 여지가 있지만 왜소행성으로 고려되는 4개의 행성들이 2016년에 새롭게 발견됐다: Ceres, Haumea, Makemake, Eris.

태양계에 대한 우리의 지식

천문학적 조사와 천문 기기들은 매우 빠르게 발전하고 진화하고 있다. 태양계를 포함하여 우주에 대한 우리의 지식은 광범위 하지만 완전하지 못하고, 그럼에도 불구하고 지속적으로 성장하고 있다. 시간이 지나면 현재의 정보는 불완전하거나 부정확한 정보가 될 수도 있다. 이것은 다년간 태양계의 아홉 번째 행성으로 분류되다가 최근에 왜소행성으로 분류된 명왕성을 예로 설명할 수 있다.

전체 활동 설명

준비

• 한 조 당 한 개씩 카드게임 PDF를 인쇄한다. PDF는 양면인쇄를 하거나 막대기의 앞면과 뒷면에 모두 인쇄를 해도 된다. 선을 따라서 카드를 잘라낸다.
• 한 조 당 한 개씩 태양계의 사진을 인쇄한다. 사진을 각각 잘라낸다.
• 한 조에 학생을 10명으로 구성하는 것이 가장 이상적이다.

활동

단계 1 : 행성 알아보기

• 먼저 학생들에게 행성의 사진을 확인하라고 한다: 어떤 행성이 어떤 사진에서 보이는가?
• 태양과 태양계의 행성들을 태양으로부터 가까운 순서대로 정렬하도록 한다. 마지막에 학생들에게 맞게 정렬된 행성들을 보여준다.

단계 2 : 행성 색칠하기

다음으로 학생들은 카드게임에 있는 사진들을 색칠한다. 학생들에게 카드 한 장을 골라서 색칠하라고 한다. 어떤 특징이 고려되어야 하는가?

단계 3 : 카드 게임하기

• 각 카드의 뒷면을 보면 태양과 각 행성들에 대한 중요한 특징들의 요약이 적혀있다. 카드의 아래쪽에는 질문이 있고 질문에 대한 답은 태양계의 다른 천체 중에 있다.
• 카드를 섞고 학생들에게 한 장씩 나누어준다.
• 학생들에게 ‘자신의’ 천체에 대한 정확한 특징을 읽고 이해하라고 한다.
• 태양 카드를 고른 학생이 카드 뒷면 아래쪽에 있는 질문을 크게 읽는다. 질문에 대한 대답은 정답 천체의 카드를 ‘자신의’ 천체로 정한 학생만 할 수 있다. 그 다음 답을 말한 학생은 자신의 카드에 있는 질문을 크게 읽는다.
• 태양을 가지고 있는 학생의 차례가 다시 돌아오면 게임이 끝난다.

단계 4 : 행성들의 순서와 크기

• 우리 태양계의 여덟 개 행성들의 순서를 잘 외우기 위해서 다음 연상기호를 이용하라: My Very Eager Mother Just Served Us Nachos 혹은 여러분의 언어로 학생들과 함께 새로운 연상기호를 하나 개발하라.
• 가능하다면 학생들에게 행성들의 크기가 다르다는 것을 느끼게 해줄 수 있는 행성, 태양 모형을 사용한다.
• 비디오를 통해 태양으로부터 행성까지의 거리 비교와 행성들의 크기에 대한 정량적인 느낌을 준다.

‘태양계는 얼마나 클까?’ : https://www.youtube.com/watch?v=MK5E_7hOi-k

고학년들을 위한 동영상: ‘To scale : The Solar System’ : https://www.youtube.com/watch?v=zR3Igc3Rhfg

커리큘럼

결론

학생들은 태양계의 행성들과 친숙해지기 위해서 카드로 게임을 한다. 학생들은 모든 행성들이 태양 주위를 돈다는 사실과 이 행성들의 몇 가지 특징들에 대해서 배운다. 또한 행성들의 이름과 태양계 안에서 행성들의 배치순서에 대해서도 배운다.