[11~13] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.
21세기를 사는 우리는 수많은 별로 이루어진 은하가 우주를 구성하고 있다는 것을 잘 알고 있다. 각각의 은하는 약 천억 개의 별로 이루어져 있으며, 지구가 속해 있는 우리 은하는 수많은 은하 중의 하나일 뿐이다. 하지만 이러한 사실을 처음부터 알고 있었던 것은 아니었다. 그렇다면 우리 은하 밖에 다른 은하가 존재한다는 사실을 어떻게 알게 되었을까?
다시 돌아올 것이라고 핼리가 예측했던 혜성이 1758년에 실제로 나타나면서 18세기에는 혜성 찾기가 크게 유행 하였다. 천문학자 메시에는 혜성과 헷갈릴 수 있는 천체의 목록을 작성해 사람들이 쉽게 혜성을 찾게 하였다. 그러 나 그 목록 중에는 정체를 알 수 없는 나선 모양의 성운이 있었는데, 이 성운은 20세기 초까지 그 정체와 위치를 알 수 없어 많은 논란의 대상이 되었다. 섀플리는 나선 성운이 우리 은하 안에 있는 천체라고 주장하였고, 커티스는 우리 은하 밖에 있는 천체라고 주장하였다. 그 당시 섀플리를 비롯한 대부분의 사람들은 우리 은하를 우주 전체로 생각하였다. 그러나 커티스를 포함한 몇몇 천문학자들은 바다에 섬이 여기저기 흩어져 있듯이 우주 공간에도 수많은 은하가 섬처럼 떠 있을 것이라고 생각했다.
섀플리와 커티스의 논쟁을 끝내기 위해서는 나선 성운까지의 거리를 알아야 했다. 당시 우리 은하의 크기는 16만 광년 정도라고 알려져 있었기 때문에 나선 성운까지의 거리를 알면 이것이 우리 은하 밖에 있는 천체인지 안에 있는 천체인지 알 수 있었던 것이다. 결국 이 논쟁은 허블의 관측으로 끝낼 수 있었다. 허블은 윌슨 산 천문대의 직경 2.5m 망원경으로 나선 성운 안에 있는 세페이드 변광성의 변광 주기를 관측해 ㉠세페이드 변광성의 절대 등급을 알아냈다. 그리고 이렇게 알아낸 절대 등급과, 겉보기 밝기의 차이를 이용해 세페이드 변광성까지의 거리를 알 수 있었다.
본래 밝은 별이라 하더라도 지구로부터 멀리 떨어져 있으면 어두운 별로 관측되고 어두운 별이라 하더라도 지구 가까이에 위치하면 밝게 관측된다. 이와 같이 별들은 서로 다른 거리에 위치하고 있기 때문에 우리 눈에 보인 밝기인 ‘겉보기 밝기’만으로 별의 실제 밝기인 ‘절대 밝기’를 비교하기 어렵다. 따라서 별들의 절대 밝기를 서로 비교하기 위해서는 여러 별들을 10파섹(pc)*의 동일한 거리에 위치한다고 가정하고 별의 밝기를 정하게 되는데 이것을 절대 등급이라고 한다. 이때 등급이 낮을수록 별이 밝다는 것을 의미한다. ‘겉보기 등급(m) - 절대 등급(M)’이 0이 면 지구와 그 별의 사이의 거리가 10파섹(pc)임을 의미하는 것이다. ‘m＞M’이면 10파섹(pc)보다 멀리 있는 별이고 ‘m＜M’이면 10파섹(pc)보다 가까이 있는 별이라고 할 수 있다.
이러한 방법에 따라 세페이드 변광성이 있는 나선 성운까지의 거리가 약 90만 광년으로 우리 은하의 직경보다 훨씬 멀다는 것을 알게 되었다. 결국 나선 성운은 우리 은하 밖에 있는 천체임이 밝혀진 것이다. 이로써 우리 은하가 우주 전체라고 믿으며 우주의 크기를 16만 광년 정도라고 생각했던 그 당시 사람들은 우주의 크기와 구조에 대해 완전히 새로운 인식을 하게 되었고 그들의 우주관에도 큰 변화가 생기게 된 것이다. 논쟁이 되었던 나선 성운은 우리 은하와 가장 가까운 외부 은하였으며 현재는 안드로메다 은하라고 부른다. 하지만 허블이 측정한 거리도 정확 한 것은 아니었다. 오늘날 안드로메다 은하까지의 실제 거리는 약 250만 광년으로 밝혀졌다.
*파섹: 거리의 단위. 1파섹은 연주 시차가 1초일 때 이에 해당하는 거리로 3.086×1013 km, 20만 6265천문단위, 3.26광년에 해당한다. 기호는 pc.
11 윗글의 내용과 일치하지 않는 것은?
① 안드로메다 은하의 발견은 우주에 대한 인식을 넓혀 주었다.
② 허블은 당시 나선 성운까지의 거리를 정확하게 측정하지는 못했다.
③ 허블의 관측을 통해 우리 은하의 크기가 처음으로 밝혀지게 되었다.
④ 20세기 초까지 다른 은하의 존재 여부는 사람들 사이에서 논쟁거리가 되었다.
⑤ 메시에가 작성한 천체의 목록에는 정체를 알 수 없는 나선 모양의 성운이 있었다.
12 윗글을 참고할 때, <보기>의 ㄱ~ㄹ 중 바른 것만을 묶은 것은?
<보기>
ㄱ. 지구와 가장 가까운 별은 ⓓ이다.
ㄴ. ⓒ는 실제의 밝기보다 더 밝게 보이는 별이다.
ㄷ. ⓐ는 ⓒ보다 지구에서 더 멀리 떨어진 별이다.
ㄹ. 지구에서의 거리가 10파섹(pc)에 가장 가까운 별은 ⓑ이다.
① ㄱ, ㄴ
② ㄱ, ㄷ
③ ㄱ, ㄹ
④ ㄴ, ㄷ
⑤ ㄴ, ㄹ
13 ㉠을 통해 당시의 과학자들이 알 수 있게 된 것은?
① 겉보기 밝기의 관측 방법
② 우리 은하에 속한 별들의 겉보기 등급
③ 변광성이 팽창과 수축을 반복하는 이유
④ 변광 주기가 길수록 별이 밝아지는 이유
⑤ 나선 성운이 우리 은하 밖에 있다는 사실
도움자료
[2014 EBS 인터넷 수능]
화법과 작문 & 독서와 문법 -B
(11~13) 천체의 거리 측정을 통한 새로운 은하의 발견
해제: 이 글은 세페이드 변광성을 이용한 천체의 거리 측정 방법을 통해 새로운 은하를 발견하게 된 과정을 설명한 글이다. 18세기 혜성을 찾는 과정에서 발견한 나선 성운에 대한 궁금증을 풀기 위해 20세기 초 허블은 세페이드 변광성을 이용해 나선 성운까지의 거리를 측정하는 데 성공했다. 세페이드 변광성은 팽창과 수축을 반복하면서 밝기가 주기적으로 변하는 별인데, 세페이드 변광성의 변광 주기를 관측해 알아낸 절대 등급과 겉보기 밝기의 차이를 이용해 세페이드 변광성까지의 거리를 알 수 있었던 것이다. 이를 통해 나선 성운까지의 거리가 우리 은하의 직경보다 더 멀다는 것을 알게 되었고 이로써 우리 은하가 우주 전체라고 믿었던 당시까지의 우주관에 엄청난 변혁이 일어났다.
주제: 나선 성운까지의 거리 측정을 통한 다른 은하의 발견
구성:
◦ 1문단: 우리 은하 밖에 다른 은하가 존재한다는 사실에 대한 궁금증
◦ 2문단: 나선 성운을 둘러싼 여러 과학자들의 논란
◦ 3문단: 절대 등급과 겉보기 등급을 이용한 세페이드 변광성까지의 거리 측정
◦ 4문단: 절대 등급과 겉보기 등급을 이용해 천체의 거리를 재는 방법
◦ 5문단: 우주의 구조와 크기에 대한 사람들의 인식 변화
11. 세부 정보 파악
윗글의 내용과 일치하지 않는 것은?
이 문제는: 세부 정보를 파악하는 문제이다. 지문에 제시된 다양한 세부 정보를 파악하여 선지 내용과의 일치 여부를 판단해야 한다.
[정답이 정답인 이유]
③ 허블의 관측을 통해 우리 은하의 크기가 처음으로 밝혀지게 되었다.
당시에 우리 은하의 크기가 16만 광년으로 이미 알려져 있었다고 하였으므로, 허블에 의해 우리 은하의 크기가 처음으로 밝혀졌다는 것은 적절하지 않다.
[오답이 오답인 이유]
① 안드로메다 은하의 발견은 우주에 대한 인식을 넓혀 주었다.
나선 성운이 우리 은하 밖에 있는 다른 은하(안드로메다 은하)임이 밝혀지면서 그 당시 사람들은 우주의 크기와 구조에 대해 완전히 새로운 인식을 하게 되었다고 하였다.
② 허블은 당시 나선 성운까지의 거리를 정확하게 측정하지는 못했다.
안드로메다 은하까지의 실제 거리는 약 250만 광년인데, 허블은 이것을 90만 광년으로 측정하였으므로 허블이 측정한 거리도 정확한 것은 아니었다고 하였다.
④ 20세기 초까지 다른 은하의 존재 여부는 사람들 사이에서 논쟁거리가 되었다.
정체를 알 수 없는 나선 모양의 성운은 20세기 초까지 그 정체와 위치와 관련하여 많은 논란의 대상이 되었다고 했다. 나선 모양 성운의 정체와 위치에 대해 대립된 주장을 펼쳤던 섀플리를 비롯한 많은 사람들은 우리 은하를 우주 전체로 생각하였고, 커티스 등은 우주 공간에도 수많은 은하가 섬처럼 떠 있을 것이라고 생각하였다.
⑤ 메시에가 작성한 천체의 목록에는 정체를 알 수 없는 나선 모양의 성운이 있었다.
천문학자 메시에는 혜성과 헷갈릴 수 있는 천체의 목록을 작성해 사람들이 쉽게 혜성을 찾게 하였는데, 그 목록 중에는 정체를 알 수 없는 나선 모양의 성운이 있었다고 했다.
12. 구체적 상황에 적용하기
윗글을 참고할 때, (보기)의 ㄱ~ㄹ 중 바른 것만을 묶은 것은?
이 문제는: 지문의 핵심 내용을 구체적 사례에 적용하는 문제이다. 절대 등급과 겉보기 등급을 이용해 천체의 거리를 구하는 방법과 별의 밝기와 관련된 내용을 지문에서 잘 파악하여 (보기)의 상황에 적용할 수 있어야 한다.
[정답이 정답인 이유]
⑤ ㄴ c 는 실제의 밝기보다 더 밝게 보이는 별이다. / ㄹ 지구에서의 거리가 10파섹(pc)에 가장 가까운 별은 b 이다.
c 는 절대 등급이 5등급이지만, 겉보기 등급은 4등급이므로 실제의 밝기보다 우리 눈에 더 밝게 보이는 별이다. 또한 b 는 겉보기 등급과 절대 등급이 거의 같으므로 10파섹(pc)에 가까운 거리에 있는 별이다.
[오답이 오답인 이유]
ㄱ 지구와 가장 가까운 별은 d 이다. / ㄷ a 는 c보다 지구에서 더 멀리 떨어진 별이다.
d 는 겉보기 등급이 절대 등급보다 큰 별이므로 10파섹(pc)보다 멀리 떨어진 별이다. 지구와 가장 가까운 별은 a 이다.
13. 생략된 정보의 추론
㉠을 통해 당시의 과학자들이 알 수 있게 된 것은?
이 문제는: 주어진 정보를 바탕으로 숨은 정보를 추론하는 문제이다. 지문의 내용을 바탕으로 세페이드 변광성의 절대 등급을 통해 알 수 있게 된 것이 무엇인지 추론할 수 있어야 한다.
[정답이 정답인 이유]
⑤ 나선 성운이 우리 은하 밖에 있다는 사실
세페이드 변광성의 절대 등급을 알아낸 후 절대 등급과 관측된 겉보기 밝기의 차이를 이용해 세페이드 변광성까지의 거리를 알 수 있게 되었다. 세페이드 변광성의 절대 등급을 알게 되면서 나선 성운까지의 거리를 잴 수 있게 된 것이다. 이로써 나선 성운은 우리 은하 밖에 있는 천체임이 밝혀지게 되었다.
(보충 자료)
세페이드 변광성(Cepheid variable star): 거문고자리 RR형 변광성과 함께 대표적인 맥동 변광성의 한 종류이다. 세페이드 맥동 변광성은 크게 종족 I에 속하는 제I형 세페이드 맥동 변광성과 종족 II에 속하는 제II형 세페이드 맥동 변광성이 있으며, 일반적으로 이들 맥동 변광성의 변광 주기는 1일 미만부터 50일 사이이다. 세페이드 맥동 변광성은 맥동 주기(P)와 광도(L) 사이에 상관관계를 갖고 있으며, 이에 따라 맥동 주기가 길면 길수록 광도가 밝다. 따라서 이러한 맥동 변광성의 주기-광도 관계를 통하여 이들 별이 속한 천체의 거리를 구하는 데 유용하게 이용된다.