6강: 지구,달,하늘

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6강:

지구,달,하늘

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지구,달, 하늘

1. 지구와하 늘

2. 계절

4. 역

3. 시간

5. 달의 위상과 운동

6. 바다 조석과 달

7. 일식과 월식

푸코진 자

지상에서 위치

천구상에서 위치

실제상황 계절과

일조량

위도에 따른

계절 평균태양시와

표준시 낮의길

이

겉보기태양 시

국제 날짜 변경선 역의

도전

초기 역

그레고 리 역 달의 위상 달의 공전과 조석의 형성 자전

지구에 미치는 달의 인력 개기식

일식 월식

(3)

3

지구의 자전축은 남극과 북극의 위치,

적도를 정의해줌 지상에서 위치결정

동쪽: 지구의 회전방향 서쪽: 회전과 반대방향

1. 지구와 하늘

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

지상의 위치 결정



방위



남극, 북극, 적도



동쪽, 서쪽



좌표 체계

 대원→ 적도, 자오선

→ 경도, 위도

N

S W E

적 도

위치결정

(5)



지상의 위치 결정



방위



남극, 북극, 적도



동쪽, 서쪽



좌표 체계

 대원→ 적도, 자오선

→ 경도, 위도



천구상의 위치 결정



적위



적경



춘분점

적경 360도 = 24시간 15도= 1시간

위치결정

(6)

6

푸코 진자

천구의 겉보기 자전은

정지된 지구 주위를 하늘이 매일 한 번씩 자전하는 것으로 설명

1851년 푸코(프랑스)

천구의 겉보기 자전은 지구의 자전에 의한 것임을 증명

푸코진자 실험

(7)

지구의 운동

지구의 자전

①하루동안

태양고도 변화 ①하루동안 기 온의 변화

지구의 공전

⑤자전축의 기울어짐

②1년 동안 태양고도

변화

④1년 동안 낮의 길이

변화

③단위면적당 받는 태양에너지의 변화

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인간이 1년동안 태양으로부터 받는 열이 변화 2. 계절

햇빛의 양의 차이에 따라 계절을 정의

적도에서 북쪽 또는 남쪽으로 갈수록 차이가 심하다

계절변화의 원인

지구와 태양과의 거리 변화 지구의 타원궤도에서 거리변화는 3%에 불과 태양주위를 도는 궤도면에 수직한 축에 대해

지구 자전축이 23도 기울어져 있다

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계절과 일조량

태양은 동에서 떠서 서로 지면서 고도가 변한다 태양의 고도는 계절에 따라 변한다

왜?

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10

지구 축이 23.5도 기울어져 공전

여름: 태양이 천구의 적도 위에 북반구에 태양빛이 더 많이 비추어짐

겨울: 태양이 천구의 적도 아래 북반구에 태양빛이 덜 비추어짐

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11

왜 여름이 더 더운가?

1. 수직으로 비추는 햇빛이 더 효과적으로 지표면을 덥게한다

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12

왜 여름이 더 더운가?

1. 수직으로 비추는 햇빛이 더 효과적으로 지표면을 덥게한다 2. 태양이 지평선에 머무는 시간이 길다 (낮이 길다)

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동

서

겨울

남 북

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겨울

동

서

남 북

(15)

봄가을 _동

서

남 북

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여름

동

서

남 북

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17

왜 여름이 더 더운가?

1. 수직으로 비추는 햇빛이 더 효과적으로 지표면을 덥게한다 2. 태양이 지평선에 머무는 시간이 길다 (낮이 길다)

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위도에 따른 계절

모든 계절이 같다

적도

1년 중 매일 태양은 하루의 반은 떠있다;

낮 12시간, 밤 12시간

계절을 햇빛의 양보다는 강우량으로 정의

중위도

극 쪽으로 가면서 계절의 변화가 뚜렷

북극

천구의 적도에서 북쪽에 있는 모든 천체들이 항상 떠있다: 겉보기에 원의 일주운동

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실제의 상황

지평선 너머를 약간 더 볼수 있도록 해준다

태양이 지평선아래 18도에 있을 때 아침의 여명을 낮의 시각으로 정의

태양이 지평선아래 18도떨어질 때까지 황혼이 지속된다

빛이 대기에서 굴절된다

계절에 대한 설명에서도 대기효과가 보정되어야

•극에서 박명시간은 6개월이 아니라 3개월정도만 지속

•북반구에서 가장 더운 날은 하지가 아니라 7,8월

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3. 시간기록

시간의 측정은

지구의 자전을 근거로 함 하루의 정의:

태양일 과 항성일

태양일은 항성일보다 4분 길다 (1/365일 = 4분)

별은 매일 4분 늦게 뜬다

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21

겉보기 태양시

고대 문명인들이 사용했던 최초의 시간 측정법 (해시계) 하늘에서 보이는 시제 태양의 위치를 근거로 측정

태양이 자오선을 지나기 전과 후

AM: ante meridiem, PM: post meridiem)

지구의 공전속도가 타원궤도상에서 조금씩 변한다 겉보기 태양일의 길이가

1년 동안 변한다

지구의 회전축이 지구의 공전면에 수직이 아니다

일상생활에 사용이 불편해서 일정한 율로 가는 시계사용

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평균태양시와 표준시

1년에 걸친 태양일의 평균값이 근거 평균태양시

일정한 율로 변하기에 편하지만

태양의 위치에 의해 시간이 결정되기에 불편!

지역마다 사용하는 시간이 다르다 1884년 국제협약 이후

전 세계적으로 사용

표준시

시간이 항성 동쪽으로 앞서간다 국제 날짜변경선

경도 15도지날 때마다 새로운 시간대

한 바퀴 돌면완전히 24시간 앞당겨지게 됨

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 자전의 증거 : 푸코진자

 시간 측정



1일 : 태양일, 항성일



시간 : 겉보기 태양시

(지구공전속도차이,지구자전축의 경사로 일 정치 않음)

→ 평균 태양시(지역마다 시간이 다름) → 표준시(경도15도마다 1시간씩 표시)

 국제 날짜 변경선

국제 날짜변경선

동에서 서로 지날 때 하루 늘려준다

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역의 전통적 기능 4. 역

장기간에 걸쳐 계절의 순환을 예측해 주어야 한다 모든 사람이 동의할 수 있는 자연적인 시간간격이 사용되어야한다

여러 문화에서 다양한 방법으로 다루어졌다 천체에 의한 주기들 (일, 월, 년)의 비는 쉽게 계산되지 않는다

천체시계들은 사용하기 불편

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초기 역

초기 문명에서도 시간기록과 역에 관심이 많았다 (스톤헨지) 마야문명 현재 유럽의 역보다 더 복잡하고 정교

고대중국 궁정천문학자들에 의해 역이 개발 점성술 쳬계의 중심이 되었던 목성의 12년 주기를 정확하게 예측(12간지) 한국 칠정산 내외 편등 역서 편찬

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 다양한 역이 생긴 원인

 일, 달, 년에 대한 공약수가 없음

 일, 달, 년을 정확하게 측정할 수 없었음

 초기 역

 영국-stonehenge(BC 2800-BC1500)

 마야(AD2C-10C)- 천문학적 사건 예측



중국-지구,달,목성주기 정확히 예측



고대 이집트력(BC4000)-1년 365일



율리우스력(BC46.1.1)-1년 365.25일, 4년마다 윤년

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태양 역

황도상에서 움직이는 태양의 위치변화에 의한 역 1태양년: 황도상을 태양이 춘분점을 출발하여

다시 춘분점으로 되돌아오는 시간(365.242196일) 고대에는 1년의 길이를 정확하게 알지 못해서 계절의변화를 예측하는 역을 만드는데 큰 어려움 그리스 역(율리우스역) 기원전 46년 1월 1일을 기점

1년을 365.35일, 4년마다 윤년,

큰달 31일, 작은달 30일, 2월 28일, 춘분 3월 23일

실제 1 태양년 길이와 0.0078일 차이 (128년 후 1일 차이)

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그리스 역(율리우스역) 기원전 46년 1월 1일을 기점

실제 1 태양년 길이와 0.0078일 차이 (128년 후 1일 차이) 서기 325년 춘분날이 3월 21일로 옮겨짐

부활절: 춘분이 지나고 첫 번째 보름날후에 오는 첫 번째 일요일 그레고리역 1582년 춘분날이 3월 11일

부활절과 큰 차이 1582년 10월 4일 목 다음날은

1582년 10월 15일 금으로 바꿈(10일 삭제) 4로나누어 떨어지는해 윤년,

100과 400으로 나누어 떨어지는해 평년 (365.2425일) 3300년에 하루의 오차

현재 우리가 사용하고 있는 달력

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고대 이집트력 율리우스력 그레고리력

1년 길이 365일 365.25일 365.2425일

윤년 두지 않음 4년마다 1회

(400년에 100회)

400년에 97회

오차 4년에 1일 (365.2422-365

=0.2422일 0.2422*4년

=0.9688일)

128년에 1일 (365.25-365.2422

=0.0078일 0.0078*128년

=0.9984일)

3300년에 1일 (365.2425-365.2422

=0.0003일 0.0003*3300년

=0.99일) 특징 엄밀히 말하면 이집트력

은 태양력이 아니다.

태양년(회귀년)이 아니라 항성년을 기준으로 하기

때문이다.

춘분날을 3월 23일

로 춘분날을 3월 21일로

태양력의 비교

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1주일은 왜 7일인가?

그믐달->상현달, 상현달->보름달, 보름달->하현달, 하현달->그믐달까지가 각 평균 7일정도 소요되는 것을 보고

한 달을 4개의 주로 나누었을 것으로 추정

요일은?

해와 달, 수성,금성,지구,화성,목성의 오행성에서 이름이 붙여졌지만 순서가 왜 그렇게 되었는지는 아직 모른다

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24절기 • 태양의 황도상 위치에 따라 계절적 구분을 하려고 만듬

• 한국,중국,일본,베트남 등지에서 사용되고 있음!

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역법에 대해

http://astro.kasi.re.kr/

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달의 위상

5. 달의 위상과 운동

1. 신월

2. 상승 초승달 (crescent)

3. 상현(반달)

4. 상승 볼록 반달 (gibbous)

5. 만월(보름달) 6. 하강 볼록 반달 7. 하현

8. 하강 초승달 9. 그믐

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달의 공전과 자전 항성주기 27.3217일 위상주기 29.5306일

태양주위를 도는 지구의 운동 때문

달은 태양에 대해 같은 위치로 돌아가려면 공전하는 지구 주위를 한바퀴 이상 돌아야 한다

달은 매일 50분 늦게 뜬다

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우리가 달의 같은 면만 보는 이유?

달이 자전하지 않는다면

달의 모든 면을 볼 수 있다

밤이 바뀌면서 나타나는 달의 모습차이

달이 자전 (공전주기=자전주기)

달의 같은 면만 볼 수 있다

달의 자전때문이 아니라

태양빛에 의해 밝게 보이는 면의 변화때문

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하루에 두번 씩 일어나는 밀물과 썰물

지구에 미치는 달의 인력

6. 바다 조석과 달

뉴턴의 중력이론이 나오고 난 후에야 설명됨

지구의 각 점에서 달이 미치는 중력의 크기가 다르다(차등인력)

지구를 약간 뒤틀리게 함 (장축타원체)

조석상승력은 지구의 암석같은 단단한 물체에는 영향를 못미치고, 해수에는 영향을 미친다.

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조석의 형성

조석팽대부: 달과 마주한 지표면의 해수가 달쪽으로 끌리고,

그곳의 해수면이 높아진다

달의 큰효과와 태양의 작은 효과의 결합

달과 태양이 일직선상에 놓인다 (삭또는 보름)

태양과 달에 의한 조석이 강화됨 (사리)

달이 태양방향에 수직으로 놓인다 (상현또는 하현)

태양에 의한 조석이

달의 조석을 상쇄시켜 보통 때보다 낮게한다 (조금)

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개기일식: 기하학태양과 달이 적당하게 일렬로 배치

7. 일식과 월식

그림자 끝 부분에 위치한 사람들은 잠시 태양을 볼 수 없다 식경로: 개기일식을 볼 수 있는 지상에서의 위치

월식: 달이 지구그림자 내에 들어올 때

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• 2014년 10월 8일 개기월식 동영상

• 월식의 원리

http://www.youtube.com/watch?v=tObZHsNWILA

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실습

달의 위상변화

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1) 목적

1) 달의 공전에 따른 위상변화를 알 수 있다.

2) 실험에서 태양을 고정 시킨 이유를 이해한다.

3) 위상변화에 따라 달이 뜨는 시간을 이해 할 수 있다.

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2) 가정

1) 태양광선은 평행하다: 달의 공전궤도는 지구- 태양거리에 비해 아주 작기 때문에 우리는

태양광선은 나란하다

2) 먼저 시간을 고정시켜 태양의 위치를 고정시켜, 지구의 자전효과를 없앤다: 시간을 고정. 지구가 자전하니까 달도 동에서 떠서 서로 진다. 달이 어느 방향으로 공전하는지 알 수 없다. 그래서 시간을 고정시킨다.

3) 달의 공전효과만을 고려한다 4) 달은 원 궤도로 공전한다.

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3) 실험

① 종이에 지구를 그린다.

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3) 실험

② 지구로부터 반지름이 6cm인 원을 그린다. 이 원을 달의 공전 궤도로 한다.

달의 공전궤도

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3) 실험

③ 반지름이 9cm인 원을 하나 더 그린다.

백도

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3) 실험

④ 지구 위에 수직방향으로 사람을 그리고, 그 중심을 지나가도록 지평선을 그린다.

(관찰자 위치 고정, 동서남북결정:+y축이 남쪽)

지평선

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3) 실험

⑤ 왼쪽 지평선위에 중심이 오도록 지구보다 적당히 큰 태양을 그리고,

태양빛의 진행경로를 지평선과 평행하게 그린다.

(새벽 6시로 관측시간을 고정한다)

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3) 실험

⑥ 지구의 오른쪽에 달의 공전궤도와 지평선이 만나는 점 위에 반지름이 1cm인 달을 그린다.

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3) 실험

⑦ 달에서 태양빛이 도달하지 못하는 반대편에 그림자를 표시한다.

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3) 실험

⑧ 지구 중심에 관찰자가 있다고 생각하고 지구중심과 달이 접하도록 달의 위아래로 점선을 그린 후 , 백도와 이 접선이 만나는 부분에 겉보기 달을 그린다. 빛을 받는 부분은 노란색, 다른 부분은 검은색으로 표현한다.

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3) 실험

⑨ 30°간격을 두고 (반시계방향으로) 달을 하나 더 표현한다.

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3) 실험

⑩ 같은 방법으로 관측자가 본 달을 표시한다.

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3) 실험

⑪ 지구에서 관측했을 때 검게 보이는 부분을 표시한다.

(시간이 고정되었음에 유의, 2-3일 간격으로 그려본다)

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3) 실험

⑫ 나머지 부분도 30°간격으로 달을 표시하여 관측자가 바라본 달의 모양 변화를 나타낸다. (지평선 윗부분까지)

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3) 실험

13) 지평선 아래는 종이의 위아래를 뒤집어 다시 지구위에 사람을 그리고 7)을 반복한다 (사람을 고정시킴, 12시간 후인 18시에 보는 달)

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4) 실험결과

- 지구 주변을 달이 공전함에 따라 달의 모양이 변하는 것을 확인

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5) 결과해석

- 태양을 고정시킨 이유: 지구의 자전효과에 의한 것을 배재하고 달이 어느 방향으로 공전하는지에 대해 잘 알 수 있기 때문

- 지평선을 중심으로 위쪽은 오전 6시를 나타내고 지평선 아래쪽은 오후 6시를 나타낸다.