길을 잃어버리지 않고 지구를 여행하는 법

목적

이 활동에서 학생들은 지리학의 기초에 대해서 배우고 지구에서의 위치를 어떻게 설명할 수 있는지 배운다. 이러한 목적을 위해서 위도, 경도, 자오선, 극과 같은 기본적인 단어들이 필요하다. 학생들은 별을 이용해서 자신의 위도를 알아내기 위해서 나침반과 같은 도구가 필요하다. 각도를 측정하고 읽어내는 수학적인 기술이 강화될 수 있다.

학습 목표

• 학생들은 지도가 평평함에도 불구하고 지구가 구체라는 것을 설명할 수 있다.
• 학생들은 위도와 경도가 무엇이고 이것이 왜 유용한지 설명할 수 있다.
• 학생들은 지구본 위에서 그들의 위치를 확인하여 자신의 위도와 경도를 계산할 수 있다.
• 학생들은 지구본에서 그들의 위도를 확인하기 위해서 별들의 위치를 사용할 수 있다.
• 학생들은 카포베르데에서 왜 태양이 가끔은 북쪽에 있고 가끔은 남쪽에 있는지 설명할 수 있다.

평가

• 자신의 위치에서 위도와 경도를 찾을 수 있는 방법을 주어진 자료를 이용하여 학생들에게 설명하게 한다.
• 작은 규모의 조별 학생들에게 위도와 경도를 이용해서 서로 다른 도시들의 위치를 알려달라고 한다.
• 학생들에게 나침반을 가지고 하늘에 있는 태양의 위치를 표시하게 하고, 카포베르데에서 여름철 한낮과 겨울철 한낮에 사람의 그림자를 그려보라고 한다.

준비물

조별로 한 개씩 필요하다:

• 위도와 경도가 표시되어 있는 지구본
• 램프
• 각도기
• 연필 3자루
• 스티커
• 정확한 위도와 경도를 확인하기 위한 인터넷 연결; 아래 웹 사이트 이용하기 : http://www.findlatitudeandlongitude.com/
• 태블릿이나 핸드폰에 밤하늘 어플리케이션을 다운받는다. 예시. Sky map or Pocket universe https://itunes.apple.com/us/app/pocket-universe-virtual-sky/id306916838?mt=8

선택 사항

• 지구본을 감쌀 수 있는 끈
• 북쪽을 확인할 수 있는 나침반
• 사분의

배경지식

북극성 밤하늘을 규칙적인 시간 간격으로 관찰하면 별들이 북극성 주위를 천천히 움직이는 것을 볼 수 있다. 남반구에서는 모든 별들이 어두운 지역인 암흑 성운 Coalsack을 둘러싸고 움직인다. 오늘날 북극성은 항상 정북 방향에서 보이고 북반구에서만 관찰할 수 있다. 암흑 성운 Coalsack은 남쪽 방향을 나타내며 남반구에서만 관측할 수 있다.

별자리는 별들을 이은 무늬로 가상의 형상을 이루고 있으며 서로 다른 별들의 상대적인 위치가 같다. 북극성은 작은곰자리 꼬리별 중 하나이다. 우리는 하늘에서 여러 별자리들 중 카시오페이아, 큰곰자리, 작은곰자리를 가장 잘 볼 수 있다. 만약 우리가 어두운 지역에서 밤하늘을 본다면 별자리들을 더 쉽게 볼 수 있을 것이다. 셋 중 작은곰자리를 찾는 것이 가장 어려운데 그 이유는 작은곰자리를 이루고 있는 별들의 빛이 약하기 때문이다. 북두칠성과 카시오페이아자리를 찾는 것부터 시작하자. 그 후, 그림표에 있는 세 가지 별자리의 위치를 이용하여 작은 곰 자리를 찾아보자. 이 별자리들을 한 시간 후에 다시 본다면 별들이 북극성 주위를 돌고 있는 것을 볼 수 있을 것이다.

태양은 어디에 있을까

지평선을 보고 태양이 뜨는 위치와 지는 위치를 알고 나면 우리가 어느 방향으로 향하고 있는지 말할 수 있다. 다시 돌아가기 위해서는 그냥 뒤를 돌아서 반대 방향으로 가면 된다. 이는 우리가 땅위에 있을 때는 쉽다. 지평선 위의 한, 두 개의 점을 고정한 후 오른쪽의 기준점을 왼쪽으로 바꾸고 왼쪽의 기준점을 오른쪽으로 바꾸어서 반대 방향으로 가면 된다. 물론 나침반을 가지고 있다면 당신은 어디가 북쪽이고 어디가 남쪽이고 방위 기점이 어디에 있는지 말할 수 있을 것이다. 하지만 나침반 없이도 길을 찾는 것이 가능하다. 예를 들어 포르투갈의 한낮에 태양은 항상 남쪽에 있기 때문이다.

하루 동안의 태양의 위치

동쪽에서 해가 뜸 —- 서쪽에서 해가 짐

북회귀선 위의 북반구에서 태양의 위치

사막 혹은 바다에서는 저녁에 지평선의 기준점을 볼 수 없기 때문에 길을 찾는 것이 더 어렵다. 북반구에서는 북극성이 항상 북쪽에 떠있으며 밤에 관측이 가능하다. 따라서 우리가 북극성을 바라보고 서 있으면 태양은 언제나 우리의 오른쪽에서 떠서 왼쪽으로 진다. 만약 북회귀선과 적도 사이에 있는 카포베르데에 산다면 당신은 여전히 북쪽에서 북극성을 볼 수 있을 것이다. 하지만 계절에 따라서 한낮의 태양은 내 위치에 대해 북쪽일 수도 남쪽일 수도 있다. 만약 우리가 15세기 포르투갈의 항해사처럼 남반구로 여행한다면 우리는 더 이상 북극성을 볼 수 없을 것이다. 하지만 암흑성운 Coalsack이 우리에게 언제나 남쪽 방향의 길을 보여줄 것이다.

남쪽과 북쪽을 찾는 데에는 여러 가지 방법이 있다. 예를 들어 북반구에서 카시오페이아자리를 찾는 것은 중요하지만 필수는 아니다. 참고: http://apod.nasa.gov/apod/ap070108.html .

남반구에서는 남극을 찾는 방법이 최소 네 가지가 있다. 참고: https://en.wikipedia.org/wiki/Celestial_pole#Finding_the_south_celestial_pole .

길을 찾기 위한 몇 가지 기구들

사분의는 Ptolemy가 개발한 후 중세 무슬림 천문학자에 의해 발전된 기구이다. 항해사들은 자신들의 위도를 알아내기 위해서 사용했다. 별을 바라보면서 해당 면이 수직이 될 때까지 사분의를 잡고 있었을 것이다. 만약 북반구에 있었다면 사분의로 계산 했을 때 북극성의 고도는 그들의 위도와 일치했을 것이다. 또한 항해사들은 태양의 중심 고도를 측정하는 기구를 이용했을 것이고 태양을 직접 응시하는 것을 피하기 위해 태양을 옆에 두고 기구들의 앞을 바라봤을 것이다.

위도

태양을 관측하고 태양을 공전하는 지구의 규칙적인 움직임을 관측함으로써 천문학자들과 지리학자들은 지구에서 우리의 위치를 결정할 수 있는 실질적인 방법을 확립할 수 있었다.

적도의 북쪽과 남쪽은 지구를 둘러싼 원형의 평행선으로 표시되어 있다. 이런 선들을 평행선이라고 부르고 이들의 위치는 각도 단위로 측정된다: 적도는 0°, 북극은 북위 90°에 위치하고 남극은 남위 90°에 위치한다. 남 – 북의 위치를 측정한 것을 위도라고 부른다.

낮 동안 특정 위치의 위도를 결정하기 위해서는 (추가적으로 지평선 위로 한낮 태양의 각도, 날짜, 지구에서 대략적인 당신의 위치를 알기 위해서는) 자신이 남반구에 있는지 북반구에 있는지 알아야 하고, 열대 지방에 대한 상대적인 자신의 위치 또한 알아야 한다. 북반구에서는 지평선 위의 북극성의 각도가 당신이 있는 곳의 위도를 나타낸다.

특정 위치의 위도는 적도에서부터 평행하게 이동하는 평행선이 그 위치를 지날 때까지의 각도를 적도에 수직하게 측정한 것이다. 밤이라면 이 각도는 지평선 위 북극성의 각도와 동일할 것이다. 북반구에서는 북극성이 항상 밤하늘에서 보이기 때문에 위도를 측정하기 쉽다.

경도

위도는 지구상 위치에 대해 한 가지 정보만 준다. 특정 위치에 대한 모든 정보를 얻기 위해서 지구본에서 수평 위치 중 어디에 있는지에 대한 두 번째 기준점이 필요하다.

자오선 혹은 경도선은 지구본 위의 북극과 남극을 잇는 선으로 귤의 모양과 비슷하다. 각 자오선은 적도 선을 가로지른다. 적도는 원이기 때문에 우리는 이것을 360°로 나눌 수 있다. 역사적으로 1884년부터는 영국의 런던에 그리니치 천문대를 지나는 선을 시작점으로 정하였다. 이것이 바로 경도 0°인 본초자오선이다. 경도는 본초자오선의 동쪽으로 180°까지 측정된다. 예를 들어 파리의 경도는 2.4°E 이다. 마찬가지로 자오선의 서쪽으로도 °단위로 측정된다. 예를 들어 리스본은 9.1°W 경도 값을 가지고 있다.

우리가 어떤 장소의 위도와 경도 값을 안다면 이 장소를 지구본 위에서 표시할 수 있다. 이것을 좌표라고 부른다.

위도와 경도의 단위

위도와 경도 모두 각도 단위로 측정된다. 더 자세하게 위치를 알기 위해서 소수점까지 도를 표현한다. 시간과 비슷한 방식으로 도는 각분(′)과 각초(″)로 나누어 질 수 있다. 1각도는 60각분(′)이고, 1각분에 60각초(″)이다. 따라서 지구 자전축의 기울기 23°30′은 23.5°와 같다. 이 활동은 도(°)의 분할 값을 사용한다.

전체 활동 설명

활동 1: 지구에서 우리의 위치: 위도

단계 1 :

학생들은 지구본 위에서 자신의 도시를 찾는다. 아이패드나 핸드폰에서 자신의 위치에 기반하여 밤하늘을 보여주는 어플리케이션을 사용한다. 이 어플리케이션은 당신의 위치에 기반하거나 당신이 직접 입력(혹은 당신과 가장 가까운 도시를 입력해도 된다)하여 작동한다.

단계 2 :

만약 교실에 한 개의 장치뿐이라면 북반구에서 북극성이 어디에 있는지 남반구에서 암흑 성운 Coalsack이 어디에 있는지 물어본다.

단계 3 :

학생들이 북극성 혹은 암흑 성운 Coalsack을 찾을 때까지 장치를 학생 전체에게 돌린다. 어플리케이션에 들어있는 나침반이나 일반 나침반을 이용해서 북쪽 혹은 남쪽을 정확하게 찾는다. 배경 정보에 이런 천체들을 정확히 찾는 방법이 포함되어 있다.

단계 4 :

일단 천체를 찾았으면 계속 같은 방향으로 장치를 지향하고 있을 것을 요구한다.

단계 5 :

다른 학생에게 각도기를 이용해서 지평선 위의 북극성 혹은 암흑 성운 Coalsack의 각도를 측정할 것을 부탁한다. 만약 사분의를 가지고 있다면 스크린의 밤하늘 사진에서 지평선 위 천체들의 각도를 측정할 수 있다. 맑은 밤에 실제로 천체를 찾기 위해서도 사분의를 사용할 수도 있다.

단계 6 :

학생들은 자신이 확인한 각도를 기록한다(이 각도는 해당 지역의 위도이다.).

단계 7 :

학생들에게 북극성 혹은 암흑 성운 Coalsack의 측정한 각도가 모두 같은지 물어본다. 왜 그런가? 같지 않다면 왜 같지 않은가? 남반구와 북반구 모두에서 다양한 위치에서 북극성 혹은 암흑 성운 Coalsack의 각도를 측정해보고 아무것도 볼 수 없으면 아무것도 볼 수 없다고 기록한다. 비교하기 위해서 지구본에 새로운 위치들을 표시한다. 북반구에 사는 사람들은 북극성을 볼 수 있고(남반구에 사는 사람들은 볼 수 없다.) 지역에 따라 다른 각도로 볼 수 있다는 결론(이것은 남반구의 암흑 성운 Coalsack에도 동등하게 적용된다.)에 이른다. 이 각도는 우리가 얼마나 북쪽에 있고 얼마나 남쪽에 있는지 알려준다는 것을 설명한다. 이 각도가 우리의 위도이다. 이 단어를 칠판에 적는다.

단계 8 :

학생들에게 지구본 위의 위도선을 보여준다. 학생들은 적도에 대해서 들어 보았는가? 학생들은 적도가 어디에 있는지 알고 있는가? 학생들에게 적도가 지구의 중간을 둘러싸고 있음을 설명하고, 보여준다. 우리는 적도를 0°로 표시한다. 만약 적도로부터 북쪽으로 여행한다면 북극점(90°N)으로 다가갈수록 각도가 증가하고 적도로부터 남쪽으로 여행할 때는 남극점(90°S)으로 다가갈수록 각도가 증가한다.

단계 9 :

학생들에게 이 정보들을 어떻게 사용할 수 있을지 물어본다. 바다를 여행하는 탐험가들이 그랬듯이 우리의 위도를 찾고, 지구 위에서 우리의 위치를 찾는 것을 돕기 위해서 북극성/암흑 성운 Coalsack의 각도를 측정할 수 있다는 결론에 도달한다.

활동 2 : 지구에서 우리의 위치: 경도

단계 1 :

우리가 남쪽 혹은 북쪽으로 얼마나 떨어져 있는지를 안다면 지구 위에 우리의 위치를 정확히 집어내기에 충분한가를 학생들에게 물어본다. 정답은 ‘아니다’ 이다. 우리가 얼마나 남쪽 혹은 북쪽으로 떨어져 있는지 알고 있을지라도 우리는 같은 평행선상에 있는 어느 지점에라도 있을 수 있다. 예를 들어 프랑스의 니스와 캐나다의 토론토는 모두 43.7°로 같은 위도 상에 위치해 있지만 매우 멀리 떨어져 있다.

단계 2 :

학생들에게 지구본 위의 두 개의 다른 나라(도시)를 골라보라고 한다. 학생들에게 이 두 나라(도시)를 구별하기 위해서 사용할 수 있는 다른 정보들에 대해서 생각해 보라고 한다: 이 나라(도시)들은 어떻게 다른가?

단계 3 :

지구본 위의 수평 위치(예를 들면 동-서)가 이들을 구분한다는 결론에 도달한다. 귤의 일부분처럼 북극과 남극점을 잇는 선으로 지구본을 나눈다는 것을 설명한다. 학생들에게 지구본 위의 선을 짚어보라고 말한다. 우리가 이 선을 경도라고 부른다고 설명해 주고 이 단어를 칠판에 적는다.

단계 4 :

학생들에게 비행기를 타고 동쪽으로 비행하고 있는 모습을 상상해보라고 한다. 비행기는 원을 돌 것이다. 학생들에게 원이 몇 도인지 묻는다. 정답 : 360°

단계 5 :

학생들에게 경도를 잴 때 시작점이 분명하냐고 물어본다. 지구는 구체이기 때문에 시작점은 존재하지 않는다. 1884년에 런던을 지나는 선을 표준 자오선으로 결정하고 이 선을 0°로 잡고 동쪽으로 움직이면 90°E를 지나 180°가 되고 서쪽으로는 90°W를 지나 180°가 된다는 것을 설명한다.

단계 6 :

학생들에게 지구본이나 세계 지도를 이용해서 자신이 있는 위치의 경도를 찾아보라고 한다. 결과를 적는다. 이제 학생들은 자신의 좌표(경도, 위도)를 알아낼 수 있다.

단계 7 :

학생들에게 지구본을 이용하는 것 보다 더 정확하게 자신의 위치를 찾을 방법을 아냐고 묻는다. 우리는 기술을 이용할 수 있을까? 우리는 자동차 안에서 어떻게 길을 찾는가?

단계 8 :

학생들에게 오늘날에는 위성 항법 장치(GPS)를 이용해서 더 정확한 위치 좌표를 줄 수 있다고 설명한다. 이것은 지구를 공전하는 위성 네트워크로 네비게이션에 사용된다. 만약 GPS 수신기가 네 개 혹은 그 이상의 위성을 ‘확인(정보 교환)’ 할 수 있다면 해당 위치는 삼각법으로 찾을 수 있을 것이다.

활동 3 : 태양의 방향

카포베르데는 북아프리카의 서쪽 해안지방으로 적도와 북회귀선(23.5°)사이인 위도 15°에 위치하고 있다. 이 사실을 이용해서 우리는 왜 카포베르데의 주민들이 때로는 한낮의 태양을 북쪽에서 보고 다른 때에는 남쪽에서 보는지 조사한다.

단계 1 :

학생들 모두에게 지구본을 보게 한다. 학생들에게 자신들의 위치, 적도, 북-남쪽 축을 찾으라고 요청한다. 적도의 위치를 볼 수 있도록 지구본에 끈을 감을 수 있다.

단계 2 :

전등으로 지구본을 비추고 축을 빛 쪽으로 약간 기울여서 북극권으로 표현되어 있는 북극 주변 지역을 밝아지게 한다. 연필을 지구본에 놓고 지구의 북극과 남극 사이를 수직 방향으로 움직인다. 연필을 북쪽으로 움직이면 연필의 그림자는 북쪽을 가리키고 태양은 남쪽에 있을 것이다. 연필을 남쪽으로 움직이면 한낮의 태양이 북쪽에 있기 때문에 그림자는 남쪽을 가리킨다.

단계 3 :

학생들에게 자신들이 관찰한 것이 무엇인지 묻는다. 북쪽으로 움직였을 때 연필이 태양의 위쪽에 있으면 그림자가 어느 방향을 가리키는지 물어본다(남쪽을 향한다). 남쪽으로 움직였을 때 연필이 태양의 아래쪽에 있으면 그림자가 어느 방향을 가리키는지 물어본다(북쪽을 향한다). 또한, 학생들은 연필이 그림자가 나타나지 않는 지점이 있다는 것을 볼 수 있어야 한다.

단계 4 :

학생들에게 적도와 같은 원을 이루지만 지구의 중간을 돌지 않는 위도권이 있다고 말해준다. 이것은 ‘북회귀선’이라고 불리고 23.5°N에 위치하고 있다. 학생들은 예전에 배운 것을 이용해서 북회귀선이 어디에 있는 것인지 계산해 낼 수 있는가? 이 위도에 연필을 놓는다.

단계 5 :

축을 기울여서 연필이 북회귀선에 위치할 때 그림자가 나타나지 않게 한다. 지구본의 축은 수직선에 대해서 약 23.5° 기울어져 있다. 연필이 지구본과 만나는 지점의 지구 표면에 누군가가 서 있고 누군가가 전등의 위치에서 태양(전등의 위치)을 볼 수 있는 날은 6월 21일 한낮이다.

단계 6 :

학생들에게 카포베르데의 위도는 북위 15°라는 것을 말해준다. 학생들은 이곳이 지구본의 어디에 있는지 알아낼 수 있는가? 이곳은 북회귀선으로부터 북쪽인가 남쪽인가? 스티커를 붙여서 위치를 표시할 수도 있다.

단계 7 :

위에서 말한 것과 같은 기울기를 유지하고(태양이 북회귀선의 바로 위에 있게 한다) 연필을 카포베르데 쪽으로 이동시킨다. 학생들에게 그림자가 어느 방향을 가리키고 있는지 묻는다(답은 남쪽이어야 한다).

단계 8 :

이제 지구/지구본을 움직여서 태양/전등을 반대편으로 움직여서 6개월이 지난 것을 표현한다. 이제 북극이 같은 각도로 태양과 멀어지고 남극에 불이 들어온다. 카포베르데가 태양 방향을 가리키게 해야 한다. 학생들에게 지구의 어느 부분이 바로 위에 태양이 있는지를 물어보고 전과 같이 연필의 그림자로 설명한다. (태양은 북회귀선 23.5°의 바로 위에 있다.)

단계 9 :

연필을 카포베르데 위에 놓아라. 학생들에게 그림자의 방향에 대해서 알게 된 것이 무엇인지 물어보아라(그림자는 현재 북쪽을 가리키고 있다).

단계 10 :

카포베르데의 사람들은 한낮에 태양의 방향이 1년 동안 변화하기 때문에 때에 따라서 북쪽을 가리키는 그림자를 갖기도 하고 남쪽을 가리키는 그림자를 갖기도 한다. 사실 일 년 중 서로 다른 시기에 한낮의 태양을 북쪽이나 남쪽에서 볼 수 있는 사람들은 북회귀선과 남회귀선 사이에서 산다.

단계 11 :

우리의 질문에 대한 답은 굉장히 간단하다. 지구의 자전축은 지구 궤도면에 대해 상대적으로 기울어져 있기 때문에 북회귀선 남쪽의 여름 첫날에 한낮의 태양이 북쪽에 있게 될 것이다. 하지만 가을에는 적도와 북회귀선 사이에서 한낮의 태양은 남쪽에 있게 될 것이다.

커리큘럼

결론

이 활동을 통해서 학생들은 지구가 구라는 것을 배우고 위도와 경도를 통해서 지구에서의 위치를 결정할 수 있다는 것을 배웠다. 그리고 학생들은 나침반, 밤하늘과 각도기를 이용해서 지구의 특정 장소의 위도를 결정할 수 있다. 학생들은 자신이 있는 장소를 지구본에서 찾고 경도와 위도를 이용하여 설명할 수 있다. 학생들은 왜 카포베르데에서 한낮 태양의 방향이 계속해서 바뀌는지 배운다.

 감사의 글

이 활동의 번역을 검토해주신 송인옥 박사님과 심현진 교수님, 이정애 박사님에게 감사의 인사를 전합니다.