학생용 2013

융합인재교육(STEAM)프로그램

학생용 고등학교

디지털 영상의 획득과 표현 디지털 카메라와

전통 천문학의 만남

I 디지털 영상의 획득과 표현

II 디지털 카메라와 전통 천문학의 만남

목 차

CONTENTS

5

21

디지털 영상의 획득과 표현

고등학교

STEAM ①

디지털 카메라에 이르기까지..

메 라 의 발 전 과 정

2010년 05월 29일, 세계 최초의 카메라인 ‘ 다게레오 타입’ 카메라가 우리나라 돈으로 약 11억 4천만원에 경매되었다. 1839년 프랑스의 발명가 다게르에 의해 개발된 이 카메라는, 사진을 찍기 위해서 20분만 가만히(?) 서 있으면 되었다고 한다.

다게르보다 먼저 개발된 카메라도 있지만, 촬영에만 무려 8시간이 걸렸으며 화 질도 선명하지 못했다. 프랑스는 다게르로부터 발명을 사들여 대중에 공개함으 로써 다게르는 최초의 사진 발명가로 인정받게 되었다.

아래 사진들은 카메라의 발전 과정을 시간 순서대로 나열하고, 카메라의 특징에 대하여 정리한 것이다. 네모 상자 안에는 카메라의 발전 과정을 살펴볼 수 있는 인터넷 기사들을 QR코드로 만들었다. 기사 내용을 바탕으 로, 사람들은 어떤 필요와 기술에 의해 새로운 카메라를 개발하게 되었는지 생각해 보자.

[ 카메라의 시조: 옵스큐라 ]

- 작은 구멍을 통해 바깥의 풍경이 비치는 것을 감상하거나 그림으로 그림

- 기원 전 4세기에 아리스토텔레스가 옵스큐라의 원리를 이용해 바깥 경 관을 구경하였다는 기록이 있으며, 16세기에 화가들이 자연 풍경을 그리 기 위해 자주 애용함.

카

<생각해 보기> 옵스큐라에서 다게레오 타입 카메라로 발전했을 때, 카메라에 어떤 변화가 이 루어졌을까?

고등학교STEA

[ 1884년, 이스트만의 ‘롤(Roll) 필름’ 카메라 ]

- 하나의 사진기를 이용해 여러 장의 사진을 쉽고 간편하게 찍을 수 있도록 고안.

- 1888년 코닥(Kodak)카메라를 출시, 사진 촬영과 사진 인화를 분리시키는 현대 적인 개념의 필름카메라를 탄생시켰다. 사진 촬영 시간이 단축되고, 카메라가 보다 가벼워졌다.

<생각해 보기> 롤 필름의 사용이 카메라의 대중화에 어떻게 영향을 미치게 되었을까?

[ 1975년, 최초의 디지털 카메라 ]

- NASA로부터 우주에서도 촬영이 가능한 카메라 개발을 의뢰받고 Kodak에서 제작

- 토스트 기계　정도의 크기로, 사진 저장에 23초가 걸리고, 촬영한 사진을 화면 에서 바로 확인할 수도 없었지만 CCD를 이용해 사진을 촬영한 최초의 디지털 카메라였다.

<생각해 보기> Kodak은 세계 최고의 필름 제작 및 필름 카메라 판매 회사였다. 그러나 2012년 초에 파산 보호를 신청할 만큼 경영난에 시달리게 되었다. Kodak의 사례에서 얻을 수 있는 교훈 은 무엇일까?

[ 1999년, 최초의 카메라폰 ‘교세라 vp-210’ ]

- 사진 촬영은 물론 동영상 통화도 가능한 최초의 카메라 핸드폰.

- 사진의 저장 용량이 20장에 불과했고, 그마저도 화질이 좋지 않았다. 그러나 메 일을 통해 사진 전송이 가능하였으며, 카메라를 장착한 핸드폰의 가능성을 확인 시켜준 대표적인 성공사례로 꼽힌다.

<생각해 보기> 카메라폰이 개발될 초창기에 사람들은 모두 쓸모가 없을 것이라며 비웃었지만, 지금은 가장 일상적인 휴대폰의 모습이 되었다. 미래의 휴대폰 카메라에 어떠한 기기나 기능을 결합할 수 있을까?

카메라는 사진을 찍기 위한 한 덩어리의 도구 같지만, 그 안에는 사진을 효과적으로 찍기 위한 다양한 장치 들이 들어가 있다. 카메라를 발전시키기 위해 새로운 기술을 개발하기도 했지만, 카메라와 관련이 없어 보였던 어떤 기술의 개발로 인해 카메라가 발전하기도 했다. 여러분들이 일상적으로 사용하는 카메라에는 어떠한 장 치와 기능이 숨겨져 있을까?

렌즈

카메라의 역사를 쉽게 이해하려면, 카메라 속에 숨겨진 다양한 장치를 먼저 알아두는 것이 좋다.

평소에 접해 본 카메라를 바탕으로, 구성품(혹은 기능)들의 마인드 맵을 작성해 보자.

마인드 맵 :카메라의 주요 부품 찾기

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오른쪽 그림은 프랑스의 유명한 화가인 조르주 쇠라의 ‘그랑드자트섬의 일요일 오후’라는 그림이다. 이 그 림을 유심히 보면 그림의 표면이 기존의 그림과 조금 거친 느낌이 들기도 하지만, 반면에 색상이 좀 더 선명 하게 보이기도 한다. 이 그림은 어떻게 그린 것일까?

▶

몇 개의 색깔만으로 다양한 색을 느낄 수 있게 만든 옛날 사람들의 지혜를 고스란히 담아 만든 이 그림은 현대 디지털 영상 기술을 이해하기 위한 단서를 제공한다.

디지털카메라가 우리의 일상에 자리 잡게 된 핵심에는 필름을 대신한 CCD가 있고 그 CCD의 기본적인 원리를 바로 위의 그림에서 확인할 수 있는 것이다.

조금 더 가까이서 살펴본 그림을 보면 거친 잡음이 들어간 듯, 매끄럽지 못한 그림이라는 것을 알 수 있다.

이 그림은 점을 이용하여 채색하는 기법인 ‘점묘법’을 이용하였다. 가까이에서 보면 점이 인식되지만, 멀리서 보면 점이 구분되지 않고 다양한 색으로 인식된다.

디지털 마술의 핵심, CCD

각 열 기

생 미니 현미경을 통해 스마트폰 화면과 필름 사진 관찰하기

① 스마트폰의 화면과 필름 사진 사이에는 어떤 차이점이 관찰되는가?

② 미니 현미경을 통해 LCD 화면에서 어떤 색들을 확인할 수 있었는가? LCD는 어떻게 다 양한 색을 만들어 낼까?

아래 방법을 이용하여 LCD화면이나 인화된 사진을 관찰해 볼 수 있다. 각각의 방법을 적용했을 때 어떻게 관 찰되는지 살펴보고, 공통점을 찾아보자.

※ 디지털 기기는 어떠한 원리로 빛의 색을 표현하는가? 이를 위해서 카메라와 같은 디지털 기기는 빛의 정보 를 어떻게 획득해야 할까?

화면위에 물방울을 떨어뜨렸을 때 접안렌즈로 갖다 대었을 때 작은 시험관을 갖다 대었을 때

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S L R ^핀 홀 카 ^메 라

렌즈가 없어도 사진을 찍을 수 있을까? 렌즈를 제거한 DSLR에서 CCD의 존재를 확인해 보고, 렌즈가 없는 사진기인 핀홀 카메라를 만들어 촬영해 보자.

카메라에서 렌즈를 달았을 때와 달지 않았을 때의 차이를 생각해 보고, 렌즈와 CCD의 역할이 무엇인지 설명 해 보자.

D

검은색 도화지를 카메라 T링 보다 조금 크게 오리고, 한 쪽 면에 양면테이프를 붙인다.

T링에 검은색 도화지를 부착하고, 카메라와 연결한다.

핀이나 앞정 등을 이용하여 도화지의 중심 부분에 구 멍을 뚫으면 핀홀 DSLR 카메라가 완성된다. 사진이 잘 나오도록 조건을 바꿔가면서 촬영해 보자.

검은색 도화지 위에 빨간색, 파란색, 녹색 셀로판지를 번갈아 부착한 후, 주변에 있는 다양한 색의 물체들을 촬영해 보고 사진에 어떤 색이 나타나는지 확인해 보자.

생각해 보기①

도화지 앞에 셀로판지를 붙였을 때, 핀홀 카메라로 촬영한 물체의 색이 어떻게 나타나는지 정리해 보자.

생각해 보기②

부착한 셀로판지의 색

Red

Red Green

Blue Red Green

Blue Red Green

Blue Green

Blue

관찰한 물체의 색 관찰 결과

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CCD의 구조 디자인 하기 CCD 개념 지도 그려보기

C D ^설 계 하 ^기

아래의 CCD와 빛의 특성을 참고하여 대략적인 CCD의 구조를 디자인 해보자.

C

1. CCD는 수많은 광다이오드로 구성되어 있다. 광 다이오드는 받아들이는 빛의 세기에 비례하여 전자를 내놓는 광전효과를 일으킨다.

2. 광다이오드에서 방출되는 전자의 양은 빛의 색과는 관계가 없으므로 광다이오드만으로는 색을 구분할 수 없 다. 색을 구분하기 위해서는 색을 걸러주는 필터가 필요하다.

3. Red, Green, Blue 세 가지 색의 빛을 강도를 달리 하여 적절히 조합하면 다양한 색을 만들 수 있다.

4. CCD의 광다이오드는 단지 전자를 방출하는 역할을 할 뿐이다. 방출된 전자의 양을 측정하기 위한 장치는 별 도로 마련되어야 한다.

CCD와 빛의 특징

위의 조건을 만족하도록 CCD의 구조를 디자인해 보고, CCD의 개념 지도를 그려보자.

LCD, 디지털로 보여주다.

상 생 활 속 L C D

TV와 스마트폰, 컴퓨터 모니터 등 일상 생활에 서 쉽게 찾아볼 수 있는 LCD는 액정을 이용한 영 상장치다. LC는 액정을 의미하는 Liquid Crystal 의 약자이며, D는 영상장치인 Display의 약자이 다. 고체와 액체의 중간적인 성질을 가지는 액정 은, 유동성이 있으면서도 입자들이 규칙적인 구 조를 가지고 배열되어 있다.

일기 형식의 글이나 사컷 만화 중에서 하나를 선택해, 일상 생활 속에서 친숙하게 만나는 LCD에 대하여 나만 의 이야기를 만들어 보자.

일 상 생 활 속 L C D 일

주제 : 하루동안 만난 LCD에 대한 이야기를 일기 형식으로 적어보자.

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작성한 내용을 친구들 앞에서 서로 발표해 보고, LCD가 있어 일상생활에 가져온 편리한 점에 대하여 토론해보 도록 하자.

광 아 트 만 들 기 편

주제 : 4컷 그림

❶ ❷

❸ ❹

LCD 모니터에 편광필름을 갖다 대었을 때 나타나는 모습은 다음과 같이 나타난다. 무엇이 어떻게 달라지는 현 상을 볼 수 있는가?

[활동1]

|

|

|

두 장의 편광필름을 준비하자. 앞 쪽에 놓인 편광필름의 뒷면에 테이프를 붙인 후, 앞 쪽의 편광필름을 회전시 키면서 어떠한 변화가 나타나는지 살펴보자.

[활동2]

다음은 두 장의 편광필름 사이에 표현하고 싶은 작품을 나타낸 것이다. 아래의 예시를 참고하여, 편광필름을 이용해 표현하고자 하는 다양한 그림을 디자인해 보자.

[활동3]

피사체(사진에 찍히는 물체)에서 방출된 빛이 사진에 찍혀 TV의 LCD에 나타나기까지 과정을 CCD의 특성을 고려하여 그림으로 나타내보고 설명해 보자.

[활동4]

두장의 편광 필름이 만드는 예술작품 (예시)

피사체로부터 LCD까지

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RGB 합성장치에는 각각 빨강, 녹색, 파랑의 LED 전 구가 각각의 가변저항에 연결되어 있다. 가변저항의 크 기에 따라서 각 LED의 밝기가 결정된다. 불투명한 흰 색 반구나 고깔 등을 LED 위에 씌워 색을 합치면, 가변 저항의 크기에 따라 내가 원하는 색을 자유롭게 합성할 수 있다.

이 장치를 이용하여 나의 장점이나 단점, 성격, 꿈 등을 표현해 볼 수 있는 색을 찾아보자. 그림판에서 비슷한 색을 찾아 R,G,B값을 확인하거나 스마트폰 어플인

Color Detect Camera와 같은 어플을 이용해 장치에 나타난 색의 값을 R,G,B로 정리해 보자.

[1단계] - 나를 표현할 수 있는 색깔 찾기

RGB로 나의 꿈을 디자인하기

오른쪽 그림은 2014 인천아시안게임에 사용하였던 공식 엠블램이다. 이 엠블램에 는 다음과 같은 의미가 담겨져 있다.

녹색과 파란색의 ∧자는 아시아(Asia)의 A를 상징한다. 이 모양들이 서로 손을 잡듯 이 중첩되어 있어, 인천아시안게임을 통해 하나가 되는 아시아인을 상징하고 있다.

또, 날개 형태로 펼쳐져 태양을 향해 함께 나아가는 밝은 미래를 향한 전진을 나타내 고 있다. 파란색은 해양과 하늘의 도시인 인천을, 녹색은 지속 가능한 발전과 인간과 자연이 공존하는 상생을 의미한다.

이와 같이, 엠블램은 어떤 집단이나 행사의 의미를 함축하여 나타내는 중요한 시각디자인이다. 단순하고 알 기 쉬우면서도 대외적으로 긍정적인 이미지를 줄 수 있고, 내부적으로도 단결력과 자긍심, 소속감을 불러일으 킬 수 있다.

기업이나 단체를 상징하는 엠블럼처럼, 나 자신을 표현하고 소개하며 나의 꿈을 알릴 수 있는 아이콘을 만들 수 없을까? 학교 생활을 통해 적성을 발견하고 재능과 꿈을 키워가는 과정에서, 나를 표현할 수 있는 아이콘의 제작은 친구들에게 나를 소개함과 더불어 나 자신을 되돌아 볼 수 있는 기회가 될 수 있을 것이다.

의 꿈 아 이 콘 디 자 인 나

[합성한 색]

R:

G:

B:

[합성한 색]

R:

G:

B:

[합성한 색]

R:

G:

B:

[합성한 색]

R:

G:

B:

[합성한 색]

R:

G:

B:

[합성한 색]

R:

G:

B:

[색에 담겨있는 의미]

[색에 담겨있는 의미]

[색에 담겨있는 의미]

[색에 담겨있는 의미]

[색에 담겨있는 의미]

[색에 담겨있는 의미]

장치를 이용하여 자신을 나타낼 수 있는 색을 찾아 R,G,B값을 정리하고, 색에 담겨있는 의미를 소개해 보자.

위에서 정리한 색을 고려하여 자신의 꿈을 나타낼 수 있는 아이콘의 밑그림을 디자인해 보자. 아이콘 에 사용한 밑그림 역시 색과 마찬가지로 자신을 나

[2단계] - 밑그림 디자인하기

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자신이 제작한 아이콘을 다른 친구들에게 소개할 수 있도록, 설명글을 작성해 보자.

아이콘의 밑그림에 색을 입혀서 아이콘을 완성해 보자. 아래 활동 예시를 참고하여, 자신이 작성한 아이콘에 색깔을 입혀보자. 작성한 아이콘을 다른 친구들에게 소개할 수 있도록 아이콘을 설명하는 글을 작성해 보자.

[3단계] - 아이콘 완성하기

R:0 G:0 B:0

R:255 G:245 B:237

R:255 G:149 B:202

R:255 G:179 B:217

R:54 G:54 B:54

R:36 G:184 B:240

R:253 G:248 B:23

활동예시 : 꿈을 나타낼 수 있는 아이콘을 만들고, 제작에 사용된 색의 RGB 값을 정리하였다.

디지털 카메라와 전통 천문학의 만남

고등학교

STEAM ②

사극 속 천문 이야기

우리나라의 전통 천문학은 기원 전부터 뿌리를 찾을 수 있다. 5만여 기 의 고인돌을 가지고 있어 고인돌 왕국이라고 불리는 우리나라는, 고인돌 에서 별자리나 방위로 추정되는 다양한 홈들을 발견할 수 있다. 고인돌에 함께 뭍인 부장품 중에는 작은 홈들이 파져있는 돌판이 발견된다. 이 홈 들은 북쪽 하늘의 별의 배치와 매우 유사하다.

삼국시대를 거쳐 고려와 조선에 이르기까지, 삼국사기와 고려사, 조선 왕조시록 등을 통해 천문 현상에 대한 관측이 꾸준히 이어져 왔다. 해와

달, 별과 행성 뿐 아니라 혜성과 유성, 오로라, 운석 관측에 이르기 까지 방대한 관측 자료를 남겼다. 사람들은 익숙하지 않은 천문 현상에 두려움을 가지고 있었고, 국가의 운세나 길흉화복을 점치는데 천문학을 이용하였 다. 이는 사극 드라마에서 반전과 긴장감을 불러일으키는 단골 소제로 사용되기도 한다.

아래 드라마에 나타난 일식과 월식 현상을 살펴보고, 잘못되었다고 생각되는 부분을 찾아 네모 상자 안에 정리해 보자.

극 속 천 문 현 상 사

‘선덕여왕(2009)’의 월식 장면

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최근 드라마에서 천문학을 소재로 삼는 일이 흔해졌다. 어려운 소재이지만 대중들에게 공감을 받을 수 있을 만큼 천문학에 대한 국민들의 이해가 높아졌기 때문이다. 드라마에서 발생한 이러한 오류들은 사소한 실수로 생각하고 지나칠 수 있는 부분일 수도 있다. 하지만 우리가 살고 있는 우주에 대하여 올바른 인식을 가지기 위 해서는 작은 오류도 그냥 넘기지 않고 정확하게 이해하기 위해 노력하는 자세가 필요하다.

‘해를 품은 달(2012)’의 일식 장면

조선시대는 고려나 삼국시대 보다 역사 자료가 풍부하여, 상대적으로 천문 현상 기록을 찾아보기 좋다. 특히 조선왕조실록에 기록된 천문 현상 들은 서양의 것과 견주어 기록의 정확성이나 세밀함이 뒤떨어지지 않는 다. 조선 개국 초기인 태조 4년(1395년)에는 ‘ 천상열차분야지도’ 라는 석 각 천문도가 탄생해 일찌감치 천문학에 대한 높은 관심과 기술을 선보였 다. 또한 세종 24년(1442년)에 이순지와 김담이 ‘ 칠정산내편’ 과 ‘ 칠정산 외편’ 이라는 천문서적을 저술하여 조선 천문학의 자주적인 학문 체계를 세우고자 했음을 알 수 있다.

선 시 대 의 천 문 현 상 조

활동하기 조선왕조실록에 나타난 천문 현상에 관한 기록을 찾아보자. 아래에 관심 있는 검색어를 이용해 조선왕조실록 홈페이지에서 기록을 확인해 보고, 어떤 천문 현상을 나타내는 것 인지 인터넷에서 확인해 발표해 보자.

검색어 : 태백성, 태백주현, 객성, 혜성, 운석, 유성, 필성, 일식, 월식, 범하다, 수성, 금성, 목성, 토성

조선왕조실록 번역 홈페이지 : http://sillok.history.go.kr

검 색 어

검 색 어

검 색 어

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첫째, 행성은 스스로 빛을 내지 못한다. 따라서 태양빛을 반사하는 면이어야 지구에서도 행성을 관측할 수 있다.

둘째, 지구의 관측자는 관측 대상인 행성의 뒷면을 볼 수 없다. 지구 관측자가 바라보고 있는 방향만이 지구 관측자에게 관측될 수 있다.

태백성이 낮에 나타난다.

(전략) “ 겨울에 천둥이 때를 잃거나 땅에 자주 지진(地震)이 일어나서 인애한 하늘이 전하에게 견책 하여 고해준 것이 한두 번이 아니었습니다. 요즘에는 거의 비는 날 없이 태백이 주현하더니 끝내는 경천하여, 복해야 하는데도 복하지 아니하고는 해[日]에 대항하여 사(邪)가 정(正)을 범하는 데에까 지 이르렀으니 이보다 더 큰 변이(變異)가 없습니다. (중략) 전하께서는 하늘의 경계에 근신하시면 서 이 마음을 시종 여일하게 가지시면 매우 다행이겠습니다.” 하니, 답하기를, “ 모든 재앙이 내가 부 덕한 데서 비롯된 것이라 내 마음이 조심스럽고 두려웠는데 오늘 충언(忠言)을 들었으니 유념하겠 다.” 하였다.

조선왕조실록,명종 18년, 01월 30일(기유)

조선왕조실록에 유난히 많이 등장하는 태백성(현재의 금성으로 별이 아닌 행성이지만)이라는 별이 있다.

이 별은 밤뿐만 아니라 낮에도 관측되는 특이한 별이었다. 이를 낮에도 태백성이 관측된다 하여 실록에서는

‘ 태백주현(太白晝見 )’ 이라고 기록하고 있다. 특히 한낮에도 금성이 관측 될 정도로 밝을 때를 ‘ 태백경천(

太白經天)’ 이라고 하여 좋지 않은 징조로 여겨졌다. 이 때 왕은 ‘ 공구수성(恐懼修省)’ 이라는 하늘의 견책을 두려워하고 반성하는 마음가짐을 가지고 수양하였다고 한다.

현대 천문학에서, 태백주현은 어떻게 해석될까? 과거의 사람들이 두려워했던 것처럼 큰 재앙이나 변란의 징조였을까? 아니면 주기마다 반복되는 천문현상 중의 하나일 뿐이었을까?

행성이나 달의 위상은 상현달, 보름달과 같이 지구에서 관측자가 보았을 때 보이는 면의 형태에 따라 구분하 며, 다음 두 가지의 규칙에 의해 결정된다.

두 가지를 종합하면, 태양빛을 반사해 빛나는 면이면서 지구를 향하는 쪽의 면일 때 지구에서는 빛나는 부분 으로 관측된다. 내행성과 외행성으로 나누어 행성의 위치에 따른 행성의 위상 변화를 살펴보자.

성 의 위 상 찾 기 행

[1 단계] 궤도 그리기

전지 크기의 보드에 보드의 중심을 기준으로 세 개의 동심원을 그 린다. (안쪽에서부터 내행성, 지구, 외행성의 궤도) 궤도 상에서 행성 역할을 할 탁구공 크기의 공을 4개 준비한다. (압정을 꽂아 평지에 세워놓을 수 있게 한다)

[2 단계] 방위 그리기

행성의 공전을 일정하게 표기하기 위하여 방위를 그려준다. 분할할 각도의 크기는 목적에 맞게 설정할 수 있다. 그림에서는 원을 32등 분하여 1칸당 11.25°가 되도록 작성하였다.

[3 단계] 햇빛을 받는 면 표현하기

탁구공이나 골프공을 이용하여, 면의 절반을 검은색으로 칠해준다.

검은색은 태양 빛을 받지 못하는 그림자 영역이며, 흰색 부분은 태 양을 정면으로 받는 면이 된다.

[4 단계] 천체 배치하기

태양계 중심에 태양을 배치시키고, 1단계에서 검은색을 칠한 공을 안쪽 궤도에 위치시킨다. 지구는 디지털 카메라가 대신한다.

내행성의 위상 변화

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[5 단계] 촬영하기

태양-지구 선을 고정시킨 상태에서 내행성을 상대적으로 이동시키며 사진을 촬영한다. 검게 칠한 그림자면이 태양의 반대방향에 위치해야 한다. 아래의 궤도를 이용하여, 사진을 촬영했을 때의 행성 위치를 표시해두도록 하자.

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내행성의 운동을 촬영한 사진을 바탕으로, 내행성의 위상 변화를 설명해 보자. 내행성이 지구-태양 선에 대하 여 상대적으로 한 바퀴 회전했을 때, 지구에서 관측되는 행성의 크기와 모양은 시간에 따라서 어떻게 변화하고 있는가? (모든 형태의 위상을 관찰할 수 있는가?)

생각해 보기

디지털 카메라로 촬영한 내행성의 위상 사진을 파워포인트로 불러들여 보자. 사진에 촬영된 행성에서 지구 에서 보았을 때 밝게 빛나는 면의 면적을 대략적으로 추정해 비교해 보자. 행성의 면적을 계산하기 위해 사진 상의 행성과 비슷한 크기의 원을 그려 반지름을 알아내자. (지구에서 보이는 금성의 면은 구면이 아닌 단면으 로 가정할 것)

백 주 현 ^해 석 하 기 태

태백주현은 일반적으로 하루가 아닌 몇 일에 걸쳐서 나타나는 경향을 보인다. 태백주현이 가능한 구간은 어디로 생각되는가? 궤도를 그림으로 그리고, 구간과 위치를 표시해 보자.

반지름의 길이:

예상되는 면적:

반지름의 길이:

예상되는 면적:

반지름의 길이:

예상되는 면적:

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토성이 퇴행하였다.

명종 시기에는 다른 시기에 잘 등장하지 않는 ‘ 토성퇴행’ 이라는 기록이 상당 기간 동안 등장한다. 퇴행이란 현재는 ‘ 역행’ 이라고 불리는 현상으로, 별에 대한 상대적인 운동 방향이 ‘ 순행’ 과 반대로 나타나는 때이다.

길흉화복과 관련된 천문 현상은 조선왕조실록에 상세히 기록되어온 점에 비추어 볼 때, 당시에 역행은 다른 천문현상에 비하여 중요도가 떨어졌던 것으로 보인다. 하지만 퇴행이 일어났다고 기록된 시기가 천체 역학을 바탕으로 추정한 결과와 일치하고 있 어, 당시 행성 운동의 관측 수준을 가늠할 수 있는 중요한 사료가 되고 있다.

역행과 순행의 개념은 그림만으로 쉽게 이해하기 어려운 현상이다. 조선 시대의 과 학자 눈에 비춰졌던 역행 현상의 모습을 디지털 카메라를 이용해 확인해 보고, 전통 천 문학의 우수성을 이해해보도록 하자.

순행과 역행을 설명하기에 앞서 행성은 왜 ‘ 행성’ 이라는 이 름이 붙게 되었는지 생각해보고자 한다.

행성의 ‘ 행’ 자는 다닐 행(行)자로, 우리말로 풀어 쓰자면

‘ 움직이는 별’ 이다. 반면에 일반적인 별은 ‘ 항성’ 이라고 부르 는데, ‘ 항’ 자는 항상 항(恒)자로 ‘ 고정되어 있는 별’ 이라는 의 미이다.

그런데 지구가 자전하기 때문에 천체는 한 시간에 약 15° 씩 일주운동을 한다. 때문에 고정되어 있는 별 이라는 표현은 그 다지 적합하지 않다. 이보다는 ‘ 일정한 간격을 유지하고 있는 별’ 이라는 표현이 적합하다. 반면에 행성은 자신의 공전운동

이 일주 운동에 함께 반영되므로 항성들과 일정한 간격을 유지하지 못한다.

행성의 순행과 역행은 이러한 이유로 발생한다. 행성이 항성보다 느리게 움직이면 순행, 빠르게 움직이면 역 행이라고 한다.

행 과 역 행 순

내행성의 역행과 순행

역행과 순행을 이해하기 위해서는 한 가지 가정이 필요하다. 항성은 행성에 비하여 매우 멀리 있기 때문에 지 구의 공전궤도에서는 별빛이 거의 평행하게 들어온다. 하지만 실험을 위한 판의 크기는 한정적이기 때문에, 별 을 한 자리에 고정시켜 놓으면 행성의 역행과 순행을 제대로 확인하기 어렵다. 따라서 지구의 위치에 따라 항 성의 위치도 조절해주어야 한다.

☞ ☞

행성을 적당한 위치에 배치한 후, 같은 시간 동안 어느 정도의 이동을 줄 것인지 결정해야 한다. 이 경우에도 내행성이 외행성보다 빠르게 공전한다는 법칙은 동일하게 적용된다. 지구와 비교항성을 연결한 직선이 항성의

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외행성의 역행과 순행

외행성의 운동을 분석하는 방법도 내행성과 거의 동일하다.

외행성의 운동 분석도 지구-비교항성의 선을 항성 빛의 입사 방향과 평행하게 일치시키며 분석하는 것이 중요 하다.

☞ ☞

1) 역행과 순행은 어떻게 결정되었을까?

2) 역행으로 예상되는 구간을 찾아 위 그림에 표시해 보자. 역행일 때와 순행일 때, 행성의 운동에 어떤 차이 가 있는가?

생각해 보기 - 비교 항성에 대한 행성의 상대적인 움직임을 분석해 보자.

1) 역행으로 예상되는 구간을 찾아 아래 그림에 표시해 보자. 역행일 때와 순행일 때, 행성의 운동에 어떤 차이가 나타나는가?

2) 역행이 나타날 때, 실제 하늘에서 일주운동은 어떻게 나타나는지 생각해 보자. 행성은 비교항성보다 빠르 게 일주 운동할까? 느리게 일주 운동할까?

생각해 보기 - 비교 항성에 대한 행성의 상대적인 움직임을 분석해 보자.

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고( 古)천문학 소개하기

우리나라는 고인돌의 기록에서부터 고조선의 천문대 역할을 하였던 참성단, 신라 시대의 첨성대, 고려와 조선시대의 다양한 천문기록에 이르기까지 세계 어느 나라에도 뒤지지 않는 우수 한 천문자료를 가지고 있다. 앞에서 살펴본 천문 현상에 대한 탐구를 통해 하늘의 원리를 탐구하고 이해하였던 조상들의 지 혜와 슬기를 느껴볼 수 있었을 것이다. 하지만 안타깝게도, 우 리나라에서 고천문학을 전공하여 연구하는 인력이 많지 않고, 대중화가 충분히 이루어지지 못하여 일반 인들이 전통 천문학 을 충분히 이해하지 못하고 있다.

여러분은 앞에서 디지털 카메라를 이용한 활동을 통해 전통 천문학에서 과학자들이 어떠한 현상들을 발견하고 이해하였는 지 확인해 보았다. 이를 바탕으로 여러분이 직접 천문학자가 되 어 고천문학이 바라본 하늘의 모습 소개하기 위한 자료를 만들 어 보자.

영상을 제작하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 여기서는 포토스케이프 프로그램을 이용하여 간단히 제작해 보도록 한다. 앞에서 살펴본 위상 변화 사진 및 순행과 역행을 촬영한 사진을 동영상 파일로 제작한다.

성 의 운 동 영 상 제 작 행

• 1단계 : 포토스케이프(Photoscape)를 실행, GIF애니메이션을 선택한다.

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• 2단계 : ‘사진추가’를 선택해, GIF로 합성할 사진을 모두 불러온다.

• 3단계 : ‘표시시간 변경’을 선택해 합성할 사진들에 행성의 운동이나 위상 변화가 잘 드러나도록 시간 간 격을 설정한다.

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우리나라 고(古)천문학의 우수성 알리기

앞에서 제작한 동영상은 고천문학에서 찾아볼 수 있는 천문 현상을 눈으로 관찰하면서 이해하도록 도와주는 학습 도구가 된다. 조선왕조실록에 나타난 태백주현 및 퇴행 현상을 포함하여, 우리나라 고천문학 관측의 정밀 성과 우수성을 홍보할 수 있는 자료를 창의적으로 만들어 보자. (디지털 카메라를 이용한 활동이 아니더라도 고천문학의 우수성을 설명할 수 있는 자료라면 무엇이든 좋다)

개 자 료 ^만 들 _기 소

○ 수탁기관 : 충북대학교

○ 연구책임자 : 교수 김용기 (충북대학교)

<집필진>

교 사 한강식 (청주고등학교) 교 사 황인옥 (청주공업고등학교) 주무관 장형규 (충북대학교)

<연구진>

교 수 김용기 (충북대학교) 교 수 김천휘 (충북대학교) 교 수 오준영 (한양대학교) 주무관 윤요라 (충북대학교) 주무관 장형규 (충북대학교) 교 사 이범준 (흥덕초등학교) 교 사 민경호 (흥덕초등학교) 교 사 이지선 (흥덕초등학교) 교 사 한송이 (흥덕초등학교) 교 사 조미현 (흥덕초등학교) 교 사 장지영 (흥덕초등학교) 교 사 명선영 (흥덕초등학교) 교 사 송한나 (흥덕초등학교) 교 사 권소라 (서현초등학교) 교 사 서진수 (청주중앙중학교) 교 사 신인철 (청주고등학교) 연구사 정관숙 (충북교육과학연구원) 교 사 한강식 (청주고등학교) 교 사 황인옥 (청주공업고등학교) 교 사 민현숙 (주성고등학교) 연구원 정환택 (젠트로닉스) 연구원 최진태 (아이누리 건설산업) 연구원 지용호 (쿠키랩) 연구원 임영태 (와이티정보시스템) 연구교수 권기철 (충북대학교)

이 교재는 2013년도 정부 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다.

함께하신 분들

• 인 쇄

• 발 행

• 펴 낸 곳

361-763 충북 청주시 서원구 내수동로 52

• 출 판

충북 청주시 상당구 수동 402-24번지