「외부 은하와 우주 팽창」 단원은 허블의 은하 분류, 활동성 은하와 퀘이사, 적색 편이로 읽는 후퇴 속도와 허블 법칙, 암흑 물질·암흑 에너지가 차지하는 우주 구성 비율을 하나의 흐름으로 이어 배우는 단원입니다. 아래 20문항으로는 분류 기준, 허블 법칙 계산, 우주 구성 성분의 성질을 각각 정확히 구분하고 있는지 확인합니다.
📝 외부 은하와 우주 팽창 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
외부 은하의 분류에서 허블 법칙, 우주의 구성 비율까지는 한 줄로 이어지는 단원입니다. 저는 20문항을 많이 풀리는 것보다 한 문제씩 직접 풀게 하는 쪽이 낫다고 봅니다.
막히면 답지부터 펴지 말고 문제를 다시 읽게 하세요. 답을 보고 외운 건 아이 것이 되지 않습니다.
맞힌 문제도 왜 그 답인지 입으로 말해 보게 하십시오. 옆에서 거들면 술술 나오는데 혼자서는 막힌다면, 아직 덜 익은 겁니다.
화면에서 풀고 채점까지 하려면 학습지 만들기를 쓰시면 됩니다. 오늘은 문제 수를 줄여도 괜찮습니다.
— 수학의 신호 원장
외부 은하와 우주 팽창 시험지에 나오는 문항 모양
선다
short
choice
단답
외부 은하와 우주 팽창, 이렇게 이어집니다
외부 은하는 모양에 따라 타원 은하, 정상 나선 은하, 불규칙 은하 등으로 나눕니다. 활동성 은하의 중심핵이나 퀘이사처럼 중심에서 막대한 에너지를 내는 천체도 함께 다룹니다. 분류 기준은 타원의 납작한 정도, 나선팔과 막대 구조의 유무, 나선팔이 감긴 정도 같은 모양입니다.
적색 편이를 도플러 효과로 읽으면 후퇴 속도가 되고, 허블 법칙에 따라 이 속도는 거리에 비례하므로 속도비가 곧 거리비입니다. 팽창이 일정했다고 보면 허블 상수의 역수로 우주 나이도 어림합니다. 여기에 가속 팽창과 이어진 암흑 에너지, 중력으로 존재가 추정되는 암흑 물질이 더해집니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
허블의 형태에 따른 은하 분류에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? 〈보기〉 ㄱ. 타원 은하는 뚜렷한 나선팔을 가진다. ㄴ. 정상 나선 은하와 막대 나선 은하는 중심부의 막대 구조 유무로 구분한다. ㄷ. 불규칙 은하는 일정한 규칙적 형태가 없다. ① ㄱ ② ㄴ, ㄷ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ정답 · ② ㄴ, ㄷ — 타원 은하는 나선팔이 없고 타원 모양이므로 ㄱ은 틀리다. 나선 은하는 중심부 막대 구조의 유무로 정상 나선 은하와 막대 나선 은하로 나뉘고, 불규칙 은하는 규칙적인 형태가 없으므로 ㄴ, ㄷ이 옳다.
다음은 현재 우주를 구성하는 성분 (가)~(다)의 비율을 나타낸 자료이다. 〈보기〉의 설명 중 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? 우주 구성 비율(근삿값): (가) 약 68 %, (나) 약 27 %, (다) 약 5 %. 이 중 (가)와 (나)는 별이나 가스처럼 빛을 내거나 흡수하지 않으며, (다)는 별, 행성, 성간 기체 등을 이룬다. 〈보기〉 ㄱ. (가)는 암흑 물질이다. ㄴ. (나)는 전자기파로 직접 관측되지 않지만 중력 효과로 존재가 추정된다. ① ㄱ ② ㄱ, ㄴ ③ ㄴ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ정답 · ③ ㄴ, ㄷ — 비율이 가장 큰 (가)는 우주 팽창을 가속시키는 것으로 추정되는 암흑 에너지이므로 ㄱ은 틀리다. (나)는 암흑 물질로 중력 효과로만 존재가 추정되고, (다)는 별·행성 등을 이루는 보통 물질이다.
은하 B까지의 거리는 은하 A까지의 거리의 몇 배인가? 정지 상태에서 파장이 500 nm인 흡수선이 은하 A의 스펙트럼에서는 510 nm, 은하 B의 스펙트럼에서는 525 nm로 관측되었다. 두 은하는 모두 허블 법칙을 따르며, 허블 상수는 75 km/s/Mpc, 빛의 속도는 3×10⁵ km/s로 한다. 후퇴 속도는 도플러 효과로 구하며 속도는 빛의 속도보다 매우 작다고 가정 ① 1.5배 ② 2배 ③ 2.5배 ④ 5배정답 · ③ 2.5배 — 후퇴 속도 v = c×Δλ/λ₀이므로 A는 3×10⁵×(10/500) = 6000 km/s, B는 3×10⁵×(25/500) = 15000 km/s이다. 허블 법칙에서 거리는 후퇴 속도에 비례하므로 A는 80 Mpc
윗글의 (가)~(다)에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? 〈보기〉 ㄱ. (가)는 우주의 가속 팽창과 관련이 있다. ㄴ. (나)는 전자기파로 직접 관측된다. ㄷ. (다)의 비율은 (나)의 비율보다 작다. 멀리 있는 천체의 관측 결과, 우주의 팽창 속도는 시간이 지나면서 오히려 빨라지고 있음이 밝혀졌다. 아래는 현재 우주를 이루는 세 구성 요소 (가)~(다)의 비율이다. (가) 약 68 %, (나) 약 27 %, (다) 약 5 %. (가)는 팽창을 가속시키는 데 기여하고, (나)는 빛을 내지 않지만 중력으로 은하를 묶어 두 ① ㄱ ② ㄱ, ㄷ ③ ㄴ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ정답 · ② ㄱ, ㄷ — (가)는 암흑 에너지, (나)는 암흑 물질, (다)는 보통 물질이다. 암흑 에너지는 가속 팽창과 관련되고(ㄱ), 보통 물질 5 %는 암흑 물질 27 %보다 작다(ㄷ). 암흑 물질은 빛을 내지 않아 전자기파로 직접 관
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
외부 은하와 우주 팽창에서 자주 헷갈리는 곳
암흑 물질과 암흑 에너지 비율이 가장 큰 (가)는 암흑 에너지이고, 은하를 중력으로 묶어 두는 쪽은 암흑 물질입니다. 보기 문장이 이 둘의 역할을 바꿔 놓는 경우가 많아 성분마다 역할을 먼저 정리해 둡니다.
허블 분류의 숫자와 위치 E 뒤의 숫자가 클수록 더 납작한 모양이고, 타원과 나선 사이의 분기점에 놓이는 것은 불규칙 은하가 아니라 S0입니다. 타원 은하의 별이 늙고 붉다는 점도 함께 묶어 둡니다.
적색 편이 계산의 분모와 순서 적색 편이량은 관측 파장과 고유 파장의 차를 고유 파장으로 나눈 값입니다. 분모를 관측 파장으로 두거나, 거리를 구할 때 속도와 허블 상수의 나눗셈 순서를 뒤집는 실수가 나기 쉽습니다.
집에서는 이 순서로 공부해 보세요
먼저 분류와 천체 이름부터 정리합니다. 타원 은하, 정상 나선 은하, 불규칙 은하, S0의 특징과 퀘이사의 정의를 하루 짧게 소리 내어 말해 보고, 입에 붙은 뒤에 허블 법칙 계산으로 넘어갑니다.
계산은 적색 편이량, 후퇴 속도, 거리, 허블 상수, 우주 나이 순으로 한 줄씩 적어 풀고 단위를 끝까지 붙입니다. 마지막에 암흑 에너지·암흑 물질·보통 물질의 비율과 역할을 표로 만들어 보기 문장과 대조해 봅니다.