중3 과학 「별과 우주」 단원은 연주 시차, 별의 밝기와 등급, 은하와 우주 팽창, 흡수선과 별의 대기 성분, 성운과 성단의 종류를 다룹니다. 아래 시험지 20문항은 이 개념들을 거리와 밝기를 계산하는 문제, 외부 은하의 종류를 구분하는 문제, 우주 팽창을 풍선 실험에 대응시키는 문제 등으로 풀어 보면서 어느 부분까지 이해했는지 확인하도록 구성했습니다.
📝 별과 우주 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
과학은 제 전공이 아니라서 별과 우주 단원을 해설할 자격은 없습니다. 제가 말씀드릴 수 있는 건 시험지 한 장을 어떻게 쓰느냐까지입니다.
거리와 밝기를 계산하는 문항이든, 풍선으로 우주 팽창을 묻는 문항이든 마찬가지입니다. 답지는 덮어 두고 끝까지 직접 풀게 하십시오. 푼 흔적이 남아야 나중에 볼 것이 생깁니다.
채점한 뒤에는 틀린 번호 몇 개만 골라 왜 그 답인지 말로 설명해 보라고 하십시오. 옆에서 조금 거들면 술술 말하다가 혼자 하라면 막히는 일이 흔한데, 아직 자기 것이 되지 않았다는 신호로 봅니다. 그 번호는 몇 주 뒤 시험 기간에 한 번 더 풀게 하세요.
— 수학의 신호 원장
별과 우주 단원에서 배우는 것
이 단원의 앞부분은 별까지의 거리와 밝기가 서로 이어지는 흐름입니다. 연주 시차는 6개월 간격으로 관측한 위치 변화로 알 수 있고, 별까지의 거리에 반비례합니다. 겉보기 밝기는 거리의 제곱에 반비례하며, 이것을 등급으로 나타내면 등급이 1 작아질 때마다 약 2.5배, 5등급 차이는 정확히 100배 밝아 보입니다.
뒷부분은 은하와 우주 팽창입니다. 외부 은하는 막대 나선 은하, 정상 나선 은하, 타원 은하, 불규칙 은하처럼 모양으로 구분합니다. 또 외부 은하의 후퇴 속도는 거리에 비례하는데, 풍선 표면에 붙인 딱지가 풍선을 불면 서로 멀어지는 실험이 이 팽창을 설명하는 모형으로 쓰입니다. 흡수선과 별의 대기 성분, 성운과 성단의 종류도 이 단원의 개념에 들어 있습니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
겉보기 등급이 2등급인 별 A는 겉보기 등급이 7등급인 별 B보다 몇 배 밝게 보이는가? ① 약 5배 ② 약 10배 ③ 약 25배 ④ 100배정답 · ④ 100배 — 등급이 1 작아질 때마다 별은 약 2.5배 밝아 보이며, 5등급 차이는 정확히 100배의 밝기 차이이다. A와 B는 5등급 차이이므로 A가 100배 밝게 보인다.
세 별 가, 나, 다의 실제 밝기를 비교할 때, 실제로 가장 밝은 별은? 세 별의 관측 자료는 다음과 같다. 별 가: 연주 시차 0.1″, 겉보기 등급 3.0 / 별 나: 연주 시차 0.01″, 겉보기 등급 3.0 / 별 다: 연주 시차 0.2″, 겉보기 등급 3.0. 세 별은 지구에서 볼 때 겉보기 등급이 모두 같다. ① 별 가 ② 별 나 ③ 별 다 ④ 세 별의 실제 밝기는 모두 같다.정답 · ② 별 나 — 거리는 가 10 pc, 나 100 pc, 다 5 pc이다. 겉보기 등급이 같을 때는 더 멀리 있는 별이 실제로 더 밝으므로 가장 먼 나가 실제로 가장 밝다.
겉보기 등급이 3등급인 별은 5등급인 별보다 약 몇 배 밝게 보이는가? (1등급 차이는 약 2.5배로 계산한다.) ① 약 2.5배 ② 약 5배 ③ 약 6.3배 ④ 약 100배정답 · ③ 약 6.3배 — 1등급 차이마다 밝기가 약 2.5배씩 달라지므로 2등급 차이는 2.5×2.5 ≈ 6.3배이다. 등급이 작을수록 밝다.
위 관측 결과로 이끌어 낼 수 있는 결론으로 가장 적절한 것은? 가상의 관측에서 우리은하로부터 거리가 1억 광년, 2억 광년, 4억 광년인 외부 은하 P, Q, R의 스펙트럼을 분석했다. 흡수선이 원래 위치보다 긴 파장 쪽으로 이동한 정도로 구한 멀어지는 속도는 P가 2000 km/s, Q가 4000 km/s, R가 8000 km/s였다. 다른 방향의 은하들도 같은 경향을 보였다. ① 거리가 멀수록 멀어지는 속도가 커지므로 우주가 팽창하고 있다. ② 거리가 멀수록 멀어지는 속도가 작아지므로 우주가 수축하고 있다. ③ 모든 은하가 우리은하에서 멀어지므로 우리은하가 우주의 중심이다. ④ 은하의 멀어지는 속도는 거리와 관계가 없다.정답 · ① 거리가 멀수록 멀어지는 속도가 커지므로 우주가 팽창하고 있다. — 거리가 2배, 4배가 되면 멀어지는 속도도 2배, 4배가 되어 거리에 비례한다. 이는 우주 공간 자체가 팽창할 때 나타나는 결과이며, 팽창하는 우주에서는 어느 은하에서 관측해도 같은 경향이 나타나므로 우리은하가 중심
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
별과 우주에서 자주 헷갈리는 곳
시차는 거리에 반비례 6개월 간격의 위치 변화가 큰 별이 시차도 크고, 그만큼 더 가깝습니다. 위치가 많이 달라졌다는 말을 멀다는 뜻으로 읽기 쉬우니 반비례 관계를 먼저 떠올려야 합니다.
등급은 작을수록 밝음 3등급 별은 5등급 별보다 밝으며, 2등급 차이는 2.5를 두 번 곱한 약 6.3배입니다. 2.5와 2를 곱해 5배로 계산하는 실수와 등급의 대소를 거꾸로 읽는 실수가 나기 쉽습니다.
비례와 제곱 반비례 구분 후퇴 속도는 거리에 비례해 거리가 3배면 속도도 3배입니다. 반면 겉보기 밝기는 거리의 제곱에 반비례해 거리가 4배면 1/16배입니다. 두 관계를 섞어 쓰지 않도록 주의해야 합니다.
별과 우주 시험지에 나오는 문항 모양
선다
4지선다
단답
집에서는 이렇게 공부해 보세요
먼저 연주 시차와 거리, 밝기와 등급처럼 계산이 들어가는 부분부터 잡는 편이 좋습니다. 하루 20분 정도로 관계식을 말로 풀어 적어 본 뒤, 숫자를 바꿔 가며 배수를 직접 계산해 보십시오. 반비례인지 비례인지 먼저 정하고 계산하는 습관이 실수를 줄여 줍니다.
그다음 외부 은하의 네 종류를 특징과 함께 정리하고, 풍선 실험을 우주 팽창에 대응시켜 말로 설명해 보십시오. 흡수선, 성운, 성단은 개념 이름과 종류를 구분해 외우는 정도로 시작해도 됩니다. 시험지를 푼 뒤에는 틀린 문항의 해설을 읽고 어느 관계를 잘못 적용했는지 한 줄로 남겨 두십시오.