천체운동 가상실험 - 내행성,외행성,별의일주운동, 달의

학생들이 어려워 하는 천체 운동에 대한 전반적인 내용을 이 프로그램 하나로 다 설명할 수 있다.

매시간 마다 조금씩 이 프로그램을 이용해서 설명하다 보면

나중에는 학생들이 화면만 떠도 '아 또 이거 ' 라고 말할 정도로 친숙해 진다.

* 원래 천체에 관련된 수업을 하다 보면 태양도 돌고, 지구도 돌고, 달도 돌고, 학생들 머리도 돌아 버린다. 이 프로그램을 이용해서 하나씩 매시간 따라 하다 보면, 어느 순간에 학생들이 지구가 자전하는 것 부터 자연스럽게 받아 들이기 시작한다. 일회성이 아니라 매시간 같은 원리를 가지고 반복할 수 있기 때문에 좋다. 지금까지 개발한 가장 좋아하는 프로그램 중 하나이다. 말이 필요없다. 프로그램을 실행시켜 놓고 아래쪽에 설명한 수업설명팁을 따라해 보자. 그럼 눈으로 읽는 것과 다르다는 것을 알 수 있다

2.0으로 업그레이드 하면서 조작법을 단순화 시켜서 모든 행성을 드래그 할 수 있도록 했고, 달의 위상을 직접 관찰할 수 있는 기능을 추가했다.

큰 화면은 조작이 가능하고 작은 화면은 관측자 중심으로 표현된다.

실제로 수업시간에 매시간마다 지구를 서에서 동을 회전시켜 주면서 시작한다. 아래 제시한 단계별로 하루에 1,2개씩 추가해 나가면서 설명하면 어느 순간에 학생들도 천체의 움직임을 이해하기 시작한다. 이때 중요한 것은 어떤 수업을 하든지 앞에 배웠던 시간 익히기 부터 빠르게 한번 반복해서 복습해 주어야 한다는 점이다.

* 태양계 내에 있는 모든 항성, 행성, 위성은 서에서 동(북극에서 내려다 볼때 반시계 방향)으로 회전한다.(몇가지 예외는 있다)

1. 시간 익히기 : 지구와 태양만가지고 설명 (첫시간 - 제일 쉬우면서 제일 중요한 내용)

- 태양을 선택해서 동에서 서로 회전시키면서 시간을 익히게 하다가 태양은 움직이지 않는 다는 것을 강조하고 지구를 서에서 동으로 자전시켜 가면서 설명

- 지구를 서에서 동으로 자전시키면서 현재 몇시인지 맞추게 한다. 태양이 머리위에 있으면 12시, 동쪽에서 떠오르면 6시, 서쪽으로 지면 저녁 6시 등등. 제일 처음에는 태양을 보고 시간을 익히는 활동만 반복해서 학습시킨다. 여기에 익숙해 지지 않으면 그 다음 설명부터는 의미가 없다. 이건 유치원생도 알 수 있다.

2. 별의 일주운동 : 지구 태양 별 만 가지고 설명

- 별을 등장시키고 오른쪽에 천체를 드래그 해서 마찬가지로 동에서 서로 회전 시킨다. 지구상에 모든 천체는 동에서 떠서 서로 진다. 하지만 사실은 천체는 움직이지 않는다. 지구가 자전하기 때문에 생기는 현상이다. 따라서

- 지구를 서에서 동으로 자전시키면서 별이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 이동한다는 것을 설명

3. 달이 50분씩 늦게 뜨는 이유 : 지구 - 태양 - 달

- 달을 등장시킨다.

- 만약 달이 지구주위를 공전하지 않는 다고 가정하고 지구를 서에서 동으로 자전시켜 보면 매일 같은 시간에 달이 떴다 질 것이다. 그런데 지구가 1바퀴 자전하는 동안 달도 지구 자전방향으로 약간씩 이동해 간다.(실제로 지구를 한바퀴 자전시키면서 달도 지구 자전방향으로 조금 이동시킨다. 그리고 질문한다. 그럼 달은 어제 부터 일찍뜰까? 늦게 뜰까? 지구를 서에서 동으로 회전시키면서 태양을 기준으로 시간을 확인시킨다)

- 지구자전, 지구 공전, 달 공전 모두 서에서 동(반시계 방향)으로 회전한다. 달은 1달에 지구 주위를 한바퀴 돌기 때문에 매일 조금씩 약 13도씩 서에서 동으로 이동해 간다.

그럼 달이 뜨는 시간은 전날 보다 조금 늦어지는 것을 알 수 있다. 즉 하루에 50분씩 달은 늦게 뜬다.

4. 달의 위상 변화 : 지구 - 태양 - 달

- 태양과 지구와 달의 위치에 따라 달의 모양이 어떻게 변하는지 알 수 있고, 지구 자전시키면서 달을 조금씩 공전시켜 가면 달의 위상이 초승달에서 부터 변해 가는 것을 알 수 있다.

- 또 학생들이 가장 어려워 하는 상현달은 몇시에 뜨는지 초승달은 언제 볼 수 있는지 등도 지구를 자전시켜 가면서 확인할 수 있다.(이때도 중요한 것은 시간은 태양을 기준으로 알아낸다는 것이다. 예를 들어 달이 머리위에 떠있고 태양이 동쪽 지평선에 있으면 현재는 아침 6시가 된다. 이제 지구를 서에서 동으로 자전시켜 보자. 그럼 머리위에 있던 상현달이 서쪽으로 지게 된다. 이때 태양의 위치는 머리위에 있게 되므로 상현달이 지는 시간은 낮 12시라는 것을 알 수 있다. 어려워 보이지만 몇번 반복하다 보면 보름달이나 하현달은 언제 뜨고 지는지 알 수 있다.)

5. 내행성 관측시간 : 지구 - 태양 - 금성

- 내행성(금성)은 태양주위를 돈다. 따라서 태양 부근에만 존재하기 때문에 지구를 자전시켜 보면 태양이 뜨기 전에 잠깐 보거나, 아니면 태양이 지고 나서 잠깐 볼 수 있다는 것을 알 수 있다. (금성을 잡고 태양주위를 회전시켜 보자. 그리고 아무곳이나 놓고 마찬가지로 지구를 서에서 동으로 자전시키면서 현재 시간을 생각해 보면 금성이 뜨거나 지는 시간을 알 수 있다_

6. 외행성 관측시간 : 지구 - 태양 - 외행성(별)

- 외행성(별)은 태양으로 부터 지구 궤도 밖을 돌고 있으므로 내행성처럼 새벽이나 초저녁에만 볼 수 있는게 아니고 한밤중에도 볼 수 있다. (지구를 서에서 동으로 자전시켜 보면 내행성과는 달리 외행성은 볼 수 있는 시간이 정해져 있지 않다는 것을 알 수 있다.)

7. 태양의 연주운동 : 지구 - 태양 - 별

- 태양과 별을 동쪽지평선에 일치 시켜 놓고 지구를 자전시키면서 생각해 보자. 태양과 별이 움직이지 않는다면 태양과 별은 항상 같은시간에 뜨거나 져야 한다. 그런데 사실은 지구는 자전하면서 태양주위를 하루에 1도씩 공전해 간다. 따라서 하루가 지나 동쪽지평선에 별이 일치했을때 태양은 동쪽 지평선 아래로 1도 정도 내려가 있게 된다.

사실은 지구가 한바퀴 자전하는 동안 지구는 왼쪽 태양 주위를 서에서 동으로 하루에 1도씩 공전해 가야 한다. 그런데 이프로그램에서 지구를 공전시킬 수 없으므로 상대적으로 생각해 보면 태양을 1도 아래로 내리면 되는 것이다. (잘 이해가 안되면 프로그램을 직접 실행시키고 무조건 지구를 자전시키면서 생각해 보라)

- 즉 천구(별자리)를 고정시켜 놓고 생각할때 태양은 별자리 사이를 서에서 동(반시계방향)으로 하루에 1도씩 이동해 간다.

8. 별의 연주운동

태양과 별을 동쪽지평선에 일치시켜놓고 매일 같은 시간에 관찰한다고 생각해 보자. 매일 같은 시간이 되려면 태양을 동쪽 지평선에 항상 일치시켜야 한다. 그럼 상대적으로 별은 1도정도 동쪽 지평선에서 떠 있어야 한다. 따라서 태양을 기준을 볼때 별은 하루에 1도씩 동에서 서로 이동해 간다는 것을 알 수 있다.

- 즉 매일밤 같은 시간에 별을 관측해 보면 별은 천구상을 동에서 서로 1도씩 이동해 간다. 그래서 계절별 별자리가 달라지는 것이다.

9. 그밖에 별이 뜨는 시간, 달이 뜨거나 지는 시간등등 천체와 관련된 모든 문제에 적용해서 바로 보여줄 수 있다.

출처: https://sciencelove.com/1106 [김정식 허명성의 과학사랑]