빠른 무리를 붙잡는 숨은 양
지구과학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 지시를 따라 손으로 직접 해 본 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요. 정답 문장이 정해져 있지 않으니, 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 예제: 여섯 은하의 무리 (비교용: 느린 두 은하)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①여섯 은하의 속력 800·1200·1000·1400·600·1000 (단위 ㎞/s)을 [칸 A]에 옮겨 적으세요.
- ②각 은하가 빛으로 잰 양 2·1·2·1·2·2 (단위 개)를 [칸 B]에 옮겨 적으세요.
- ③[칸 A]의 여섯 값을 모두 더해 6으로 나눈 대표 속력을 구해 [칸 C]에 적으세요.
- ④규칙 카드 '(대표 속력 ÷ 100)의 제곱'에 [칸 C] 값을 넣어 필요한 양을 [칸 D]에 적으세요.
- ⑤[칸 B]를 모두 더한 값과 [칸 D]를 나란히 놓고, [칸 D]가 몇 배 큰지 [칸 E]에 적으세요.
- ⑥느린 두 은하(속력 200·200, 빛으로 잰 양 2·2)로 ③~⑤를 반복해 그 배수를 [칸 F]에 적으세요.
칸 E — 필요한 양 ÷ 빛으로 잰 양 (배)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 E]에서 붙잡는 데 필요한 양이 빛으로 잰 양보다 훨씬 컸습니다. 이 빠른 무리가 아직 흩어지지 않고 뭉쳐 있으려면 무엇이 더 있어야 할지 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 빛으로 보이는 양만으로는 이렇게 빠른 무리를 ___ 수 없으므로, 눈에 ___ 무언가가 더 있어야 …
(2)[칸 E]의 큰 배수는 이 여섯 은하라서 생긴 우연일까요, 빠르게 움직이는 어떤 무리에서도 생기는 규칙일까요? 표의 속력을 모두 2배로 바꿔 ③~⑤를 직접 다시 계산한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 속력을 2배로 바꿔 계산하니 배수가 ___로 …
(3)느린 두 은하(칸 F)는 배수가 1이었는데 빠른 무리(칸 E)는 훨씬 컸습니다. 무엇 때문에 이런 차이가 생겼을지 여러분의 생각을 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 활동을 처음 하는 친구에게 나라면 어떤 순서로 시킬지 쓰고, 왜 그 순서인지 한 문장으로 이유를 붙이세요. 지워도 되는 단계가 있다면 그것도 쓰세요. (15점)
(2) 이름 붙이기 — 오늘 한 일을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 각 칸의 값을 지시대로 옮기고, 대표값·제곱·합·배수 계산을 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 필요한 양이 큰 까닭을 근거를 들어 설명하고, 속력을 바꿔 우연/규칙을 직접 확인함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 활동 순서를 스스로 재구성하고, 자신의 경험에 알맞은 이름(용어)을 연결함 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
빠른 무리를 붙잡는 숨은 양 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 1쪽에서 스스로 세운 생각을, 이번에는 실제 우주 관측 사례에 적용해 봅니다. 풀이와 근거를 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.
1.은하단 속 은하들의 실제 운동으로 구한 질량이, 그 은하들이 내는 빛으로 추정한 질량보다 훨씬 크다는 사실에서, 눈에 보이지 않으면서 중력을 미치는 물질의 존재가 추론되었다. 이 물질을 무엇이라 하는가?
2.1933년 코마 은하단의 은하들이 매우 빠르게 움직이는 것을 관측하고, 보이는 질량만으로는 은하단을 붙잡아 둘 수 없다며 '보이지 않는 질량'을 처음 제안한 과학자는 누구인가?
3.어떤 은하단에서 은하들의 운동으로 구한 질량이 빛으로 구한 질량의 약 50배였다. 눈에 보이는 물질과 보이지 않는 물질 중 어느 것이 더 많은지 쓰고, 그 까닭을 한 줄로 설명하시오.
4.다음 중 암흑 물질의 존재를 뒷받침하는 관측 근거를 모두 고르시오. ㉠ 은하 바깥쪽 별들의 회전 속도가 떨어지지 않고 거의 일정하게 유지된다. ㉡ 은하단 속 은하들의 속도 퍼짐이 보이는 질량으로 예상한 것보다 훨씬 크다. ㉢ 은하단을 지나는 별빛이 휘는 정도가 보이는 질량으로 예상한 것보다 크다. ㉣ 멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 멀어진다.
5.한 은하의 바깥쪽 별들이, 보이는 물질의 중력만 작용한다고 할 때 예상되는 속도보다 빠르게 공전하고 있다. 이 사실로부터 그 은하에 대해 무엇을 추론할 수 있는지 쓰시오.
정답
1. 암흑 물질(dark matter)
2. 프리츠 츠비키(Fritz Zwicky)
3. 보이지 않는 물질(암흑 물질)이 훨씬 많다 — 운동으로 구한 총질량의 대부분(약 49/50)을 빛을 내지 않는 물질이 차지하기 때문
4. ㉠, ㉡, ㉢ (㉣은 우주 팽창의 근거로 암흑 물질과 직접 관련이 없음)
5. 은하 바깥까지 눈에 보이지 않는 물질(암흑 물질)이 넓게 분포하여 추가 중력을 제공한다고 추론할 수 있다(보이는 질량만으로는 그 빠른 공전 속도를 설명할 수 없으므로)