달의 풍경

목적

충돌 분화구가 무엇인지, 달의 표면이 어떻게 이런 특징을 가지게 되었는지 배운다.

학습 목표

이 활동을 수행한 학생들은 다음 항목들에 답할 수 있다:

• 모형을 이용해서 어떻게 달이 이런 특징을 가지게 되었는지 설명할 수 있다.
• 발사체의 크기, 무게, 높이 및 각도를 포함한 여러 가지 변수들이 충돌 분화구의 모양과 크기에 어떤 영향을 미치는지 고려할 수 있다.

평가

• 달은 어떤 특징을 보이는지, 무엇이 이런 특징들을 만들었는지 학생들에게 물어본다.
• 개별 학생들에게 한 개에서 두 개의 양면 카드를 준다. 한 카드의 한 면에는 “크다”, 반대 면에는 “작다”라고 적혀있고, 다른 카드의 한 면에는 “원”, 반대 면에는 “불규칙적”이라고 적혀있다. 혹은 학생들에게 화이트보드에 단어를 쓰라고 하고 그것을 들어서 선생님에게 보여줄 수도 있다. 학생들에게 다음을 물어보고 하나의 카드를 들라고 한다.
• 발사체의 크기가 커진다면 충돌 분화구의 크기는 커지는가? 작아지는가? (정답: 커진다)
• 발사체의 질량이 줄어든다면 충돌 분화구의 크기는 커지는가? 작아지는가? (정답: 작아진다)
• 발사체의 고도가 증가한다면 충돌 분화구의 크기는 커지는가? 작아지는가? (정답: 커진다)
• 우리가 발사체를 떨어트리면 가루의 일부는 날아가고 일부는 충돌 분화구 위에 떨어진다. 달에서는 이렇게 밝게 보이는 부분을 ‘Ray’라고 부른다. 만약 우리가 바로 위에서 발사체를 떨어뜨린다면 가루가 충돌 분화구 주변 모든 방향으로 날아다닐 것인가? 그렇다면 그것은 원형인가 아니면 불규칙적인가? 오직 한, 두 방향으로만 움직이는가? (정답: 원형)
• 만약 우리가 특정 각도에서 발사체를 떨어뜨리고, 가루가 충돌 분화구 주변 모든 방향으로 날아가고, ‘Ray’가 충돌 분화구의 주변에 있다면 이것은 원형인가 아니면 불규칙적인가? (정답: 불규칙적)
• 우리가 발사체를 떨어트리는 각도를 줄여서 거의 수평이 되면 ‘Ray’는 원형에 가까운가 아니면 불규칙적인가? (정답: 불규칙적)

준비물

• 베이킹 용 양철 틀 혹은 이와 유사한 모양의 크고 깊은 용기
• 밀가루 혹은 하얀 가루 (1 ~ 2인치 층을 만들 수 있는 정도의 양)
• 코코아 혹은 색깔이 있는 가루
• 체
• 돌, 크고 작은 알맹이, 다양한 크기들의 공, 혹은 발사체로 사용될 수 있는 모든 물건들
• 자
• 종이와 연필
• 달의 충돌 분화구 사진(구글에서 ‘달의 충돌 분화구’로 검색)

배경지식

16세기의 이탈리아 천문학자이자 수학자였던 갈릴레오 갈릴레이는 망원경으로 달을 최초로 자세히 관측한 사람이다. 그가 망원경을 이용해 처음으로 달을 관측했을 때 자신이 본 것을 믿을 수 없었다. 커다란 산, 충돌 분화구, 산악지대, 계곡이 있는 달의 풍경은 놀랄 만큼 아름다웠다.

갈릴레이의 발견 몇 년 후, 다른 이탈리아 천문학자 지오바니 리치올리(Giovanni Battista Riccioli)는 달에서 가장 큰 ‘바다’라고 불리는 지역에 대한 지도를 만들었다(아래 그림에 나타나 있다). 실제로 달의 바다는 지구의 바다와는 다르지만 바다처럼 보이는 검정 계곡이다. 달의 표면에 액체 상태의 물은 없으며 깊은 충돌 분화구 안에 얼음이 조금 있다. 리치올리는 달이 지구의 기후에 직접 영향을 준다고 믿었기 때문에 그는 달의 바다를 ‘평온의 바다’, ‘고요한 바다’, ‘비의 바다’, ‘구름의 바다’, ‘태풍의 바다’ 등으로 명명했다.

달 위의 많은 충돌 분화구들은 운석에 의해서 매우 오래전에 형성되었다. 충돌 분화구들은 모두 크기가 다르고 그 중 몇몇은 상대적으로 생성된 지 얼마 안 되었다는 것을 알게 해주는 밝은 ‘Ray’를 주위에 가진다(어두운 영역은 상대적으로 나이가 더 많다). 지구표면에서는 운석의 영향이 침식 작용 때문에 시간이 지날수록 사라진다: 비, 바람, 물이 지표면의 울퉁불퉁한 부분을 씻겨나가게 하여 부드럽게 만들어준다. 운석의 영향을 받은 가장 최근의 거친 지역은 여전히 관측이 가능하다. 이보다 앞서 사실 지구의 대기는 대부분의 운석이 지표면을 강타하기 전에 태워버린다. 하지만 달은 대기가 없기 때문에 충돌 분화구들이 처음 상태 그대로 보존된다. 이것이 달이 수많은 충돌 분화구로 상처 입혀져 있는 이유이고 시간이 지날수록 더 많은 충돌 분화구가 생기게 된다.

달 사진 출처: Gregory H.Revera / graphic: C. Provot(UNAWE)

전체 활동 설명

단계 1 :

베이킹 용 양철 틀 안에 두꺼운 밀가루 층을 깔고 그 위에 체를 사용해서 얇은 층의 코코아를 쌓는다.

단계 2 :

학생들에게 돌과 각각 다른 크기의 발사체들을 모으게 한 후 양철통에 다른 속도, 다른 각도, 다른 고도에서 떨어트려 보라고 한다. 이러한 방법을 따르면 다양한 충돌 분화구들을 생성 할 수 있다.

출처: Cecilia Scorza (House of Astronomy, Germany)

단계 3 :

다음으로 학생들에게 사진 속 진짜 달의 충돌 분화구와 자신들이 만든 충돌 분화구를 비교해 보라고 한다.

출처: NASA

단계 4 :

학생들에게 다음의 질문들에 대해 생각해보라고 한다. 1) 충돌 분화구의 크기는 무엇에 영향을 받는가? 2) 발사체의 고도는 충돌 분화구의 모양에 어떤 영향을 끼치는가? 3) 발사의 결과가 별 모양처럼 생겼을 경우 이는 발사체의 방향과 속도에 대해서 어떤 것을 말해주는가? 예를 들면 위의 사진에서 발사체가 가루표면(달 표면)을 왼쪽에서 타격했을 때 하얀 밀가루가 만드는 별 모양은 오른쪽(반대)으로 더욱 선명하게 나타난다는 것을 분명하게 알 수 있다.

단계 5 :

각 조의 학생들은 직접 실험하여 결과에 대해 직접 분석하고 논의해야 한다. 예를 들면 어떤 조는 같은 발사체를 다른 고도, 다른 각도에서 던져보고, 다른 조는 무게와 크기가 다른 발사체들을 모두 같은 고도와 각도에서 던진다. 두 조가 서로 뒤집어서 다시 해본다. 학생들에게 발사체를 던진 결과를 그림으로 그리고 자신들이 찾은 내용을 기록하라고 한다.

커리큘럼

추가 정보

Lunar and Planetary 기관(미국)에 비슷한 활동이 기록되어 있다.:

http://www.lpi.usra.edu/education/explore/LRO/activities/craterCreations/

교실에서 참고용으로 사용될 수 있는 달 충돌 분화구의 사진들

• http://oldsite.david-tyler.com/barbados2006_moon.asp
• http://apollo.sese.asu.edu/LIW/20071204.html
• http://target.lroc.asu.edu/q3/

이 활동은 “Universe in a Box Activity Book”의 일부이다 (activity 14)

http://www.unawe.org/static/archives/education/pdf/Universe_in_Box_activitybook.pdf

결론

이 활동에서 학생들은 달이 어떻게 달만의 특징을 갖게 되었는지, 충돌 분화구의 크기와 모양에 영향을 끼치는 요인은 무엇인지에 대해서 배웠다. 이 활동을 통해서 학생들은 달의 표면이 다양한 소행성, 혜성, 지구와 비교했을 때 대기가 부족하다는 것을 배울 수 있고, 과학적 모형화에 대한 통찰력을 얻을 수 있다.