적성 맞춰보기

(1) 혜성이 태양으로 접근하면 긴 꼬리가 만들어지는데, 그 꼬리가 무엇인지 설명해 보라.

(2) 별은 매일 전날보다 4분씩 일찍 뜨고, 달은 전날보다 50분 정도씩 늦게 뜬다고 한다. 이러한 현상이 일어나는 까닭을 설명해 보라.

(3) 태양의 운명은 앞으로 어떻게 될 것인지 말해 보라.

① 혜성이 태양 근처에 이르면 혜성의 얼음 물질들이 가스가 되고 그 가스들이 자외선을 받아 분해되면서 발광 입자가 생겨난다. 이 발광 덩어리를 코마(coma)라고 부른다. 코마는 태양에 가까워질수록 엄청난 크기로 부풀기도 한다. 그러나 꼬리가 성장함에 따라 코마는 작아진다. 혜성이 화성과 목성 사이에 이르면 태양 복사압과 태양풍으로 코마 물질이 태양 반대쪽으로 밀려나가 2개의 꼬리가 만들어지는 것이다.

파란색은 이온꼬리, 밝고 노란색은 먼지꼬리이다. 이온꼬리는 태양풍과 행성 간 자기장에 의해 밀리면서 혜성의 진행 방향에 관계없이 태양의 반대 방향으로 나타나며, 먼지꼬리는 혜성의 운동 방향에 영향을 받아 뒤쪽으로 많이 휘어지는 모습을 보인다.

② 태양, 달, 별을 포함해 하늘에 떠있는 천체들은 지구의 자전에 의해 동쪽에서 떠올라 서쪽으로 지는 일주운동을 한다. 이것은 단지 상대적인 겉보기 운동일 뿐이다. 우리가 달에서 산다고 해도 달도 지구처럼 동쪽으로 자전하므로 마찬가지다. 그러나 천체의 움직임은 매우 느릴 수밖에 없다. 지구의 자전 속도는 23시간56분인데 달의 자전 속도는 27.3일이기 때문이다.

문제는 공전이다. 지구는 자전하면서 태양 주위를 공전하고, 같은 방향으로 달은 또 지구 주위를 공전한다. 지구가 태양 주위를 일 년에 한 바퀴씩 돌기 때문에 태양은 하루 동안 약 1도씩 서에서 동으로 이동한다. 따라서 어제 태양과 함께 남중했던 별들이 오늘 간은 시간에 서쪽으로 1도 떨어진 곳에 위치하게 된다. 이는 그 별이 태양보다 조금 빨리 뜨고 빨리 진다는 뜻이며, 4분에 해당한다. 하늘에서는 1시간에 15도씩 이동하기 때문이다.

달의 공전 주기는 27.3일이므로 매일 13도씩 서쪽에서 동쪽으로 위치가 바뀐다. 태양도 날마다 동쪽으로 1도씩 움직이므로 실제 태양을 기준으로 하면 동쪽으로 날마다 12도씩 움직이는 것으로 관측된다. 12도는 시간으로 바꾸면 48분에 해당되며, 달은 매일 48분씩 늦게 든다.

③ 별은 질량에 따라 그 삶이 달라진다. 주계열성, 적색거성, 백색왜성 등은 서로 다른 진화 단계에 있는 별이다. 가벼운 별(태양)은 주계열성→적색거성→행성상 성운→백색왜성으로 점차 식어간다. 반면 무거운 별은 주계열성→적색 초거성→초신성 폭발의 일생을 갖는다.

태양의 경우 먼 훗날에는 중심부의 수소가 고갈돼 수소에 의한 핵융합 반응이 꺼져 온도가 하락하고 중심부의 압력이 급격히 떨어지게 된다. 중심축은 추숙하고, 이때 방출되는 중력 에너지가 중심핵을 둘러싼 바깥층에 전달돼 그 곳의 온도와 압력이 올라간다. 높아진 온도 때문에 바깥층에서 수소 핵융합 반응이 일어나고, 이때 생성되는 에너지에 의해 별의 바깥층이 점점 부풀어 오르면서 별의 크기가 커지면 적색거성이 된다.

한편, 중심에서는 헬륨으로 채워진 중심핵이 수축해 온도가 2억K에 이르면 세 개의 헬륨이 하나의 탄소를 형성하는 핵융합 반응이 일어나면서 에너지를 다시 생산한다. 그러나 태양은 질량 부족으로 탄소 핵융합 반응이 일어나지 못하고, 별 전체가 수축하여 결국 행성상 성운을 거쳐 어두운 백색왜성이 된다.

김재경기자 kjk@imaeil.com

자료제공 : 늘품미디어

▲태양이 현재의 질량을 유지한 상태로 크기만 커졌다고 가정할 때, 지구의 운동이 어떻게 달라질까? 또 현재의 크기를 유지한 채 질량만 커졌다고 가정할 때, 지구의 운동은 어떻게 달라질까?(숙명여대 자연과학부)

▲별마다 색깔이 다른 이유와 같은 색의 별이라도 밝기가 다르게 보이는 이유를 말해 보라.(부산대 지구환경시스템학부)

▲가을철에 볼 수 있는 별자리는 무엇이 있는지 말해 보라.(연세대 공학계열)