고등 통합과학 별의 스펙트럼 분석 예상문제

별의 스펙트럼 분석
{유형 분석}
별빛의 흡수 스펙트럼에 나타나는 흡수선의 원리와, 이를 통해 별의 구성 원소를 알아낼 수 있음을 이해하는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
태양, 별 A, 별 B의 스펙트럼에서 흡수선의 위치가 서로 다르게 나타난다. 이는 각 별의 대기를 이루는 원소의 종류와 양이 다르기 때문이다. 별의 중심부에서 나온 연속 스펙트럼의 빛이 별 대기를 통과하면서 대기를 구성하는 원소가 특정 파장의 빛을 흡수하여 어두운 흡수선이 나타난다.
{정답 찾기}
ㄱ. 원소마다 고유한 흡수선의 위치가 다르므로 흡수선을 분석하면 원소의 종류를 알 수 있다. (O)
ㄴ. 그림에서 세 스펙트럼의 흡수선 위치가 서로 다르게 나타나므로 항상 동일하지 않다. (X)
ㄷ. 흡수선은 별빛이 대기를 통과할 때 대기 원소가 특정 파장의 빛을 흡수하여 생긴다. (O)
{오답 피하기}
같은 원소라도 별의 온도나 조성에 따라 흡수선의 상대적 세기는 달라질 수 있지만, 흡수선의 '위치(파장)'는 원소 고유의 값으로 원소 판별에 이용된다는 점을 기억한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「ㄱ, ㄷ」이다.

별의 스펙트럼 분석
{유형 분석}
태양 스펙트럼에 나타나는 흡수선(프라운호퍼선)이 생기는 원인과 그 의미를 이해하고 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
태양의 광구에서 나온 빛은 연속 스펙트럼을 이루지만, 이 빛이 태양의 상대적으로 온도가 낮은 대기(채층)를 통과하면서 대기를 구성하는 원소들이 자신의 고유한 파장의 빛을 흡수한다. 그 결과 연속 스펙트럼 사이에 검은 흡수선이 나타난다.
{정답 찾기}
① 태양의 흡수선은 태양 내부에서 핵융합 반응이 일어나는지 여부와 직접적인 관련이 없다. (X)
② 흡수선의 존재가 표면 온도가 매우 낮다는 것을 의미하지는 않는다. 태양 표면 온도는 약 5800 K 정도이다. (X)
③ 태양 대기를 이루는 원소들이 각자의 고유한 파장의 빛을 흡수하여 검은 흡수선이 나타나므로, 이를 분석하면 태양 대기의 원소 종류를 알 수 있다. (O)
④ 흡수선의 위치는 원소의 고유한 성질에 의해 결정되므로 계절에 따라 무작위로 달라지지 않는다. (X)
⑤ 지구 대기에 의한 흡수도 일부 존재할 수 있으나, 태양 스펙트럼의 주된 흡수선은 태양 자체의 대기를 구성하는 원소에 의해 나타난다. (X)
{오답 피하기}
흡수선의 원인을 지구 대기 때문이라고 혼동하지 않도록 주의한다. 태양 스펙트럼의 주요 흡수선(프라운호퍼선)은 태양 대기 성분에 의한 것이다.

[최종 정답]
정답은 3번 「이 검은 선은 태양 대기를 이루는 원소가 특정 파장의 빛을 흡수하여 나타난다.」이다.

별의 스펙트럼 분석
{유형 분석}
별의 흡수 스펙트럼과 원소의 방출 스펙트럼을 비교하여 별을 구성하는 원소를 알아내는 원리를 이해하는 문항이다.
{자료 분석}
별빛이 별의 대기를 통과하면 대기를 구성하는 원소가 특정 파장의 빛을 흡수하여 (가)와 같이 검은 흡수선이 나타난다. 이 흡수선의 위치는 각 원소가 스스로 빛을 낼 때 나타나는 방출선의 위치와 일치하므로, 수소·헬륨 방출 스펙트럼과 (가)의 흡수선 위치를 비교하면 별의 대기에 어떤 원소가 있는지 알 수 있다. 그림에서 (가)의 다섯 흡수선 위치는 수소의 방출선 3개, 헬륨의 방출선 2개의 위치와 각각 일치한다.
{정답 찾기}
ㄱ. 흡수선의 위치는 대기를 이루는 원소가 흡수하는 파장과 일치한다. (O)
ㄴ. 흡수선과 방출선의 위치 비교로 원소의 종류를 알아낼 수 있다. (O)
ㄷ. (가)의 흡수선이 H, He의 방출선 위치와 모두 일치하므로 이 별의 대기에는 수소와 헬륨이 모두 존재한다. (O)

[최종 정답]
정답은 5번 「ㄱ, ㄴ, ㄷ」이다.

별의 스펙트럼 분석
{유형 분석}
스펙트럼선의 파장 변화(도플러 효과)를 이용하여 천체의 운동과 구성 원소를 분석하는 방법을 이해하는 문항이다.
{자료 분석}
성운의 수소 흡수선 파장($656.6\text{ nm}$)이 원래 파장($656.3\text{ nm}$)보다 길어진 것은 적색 편이가 나타난 것으로, 도플러 효과에 의해 이 성운이 지구로부터 멀어지고 있음을 의미한다. 이러한 파장 변화량을 이용하면 시선 방향의 상대 속도를 계산할 수 있으며, 흡수선이 나타나는 위치(파장)는 원소마다 고유하므로 이를 분석하여 천체의 구성 원소를 알아낼 수 있다.
{정답 찾기}
ㄱ. 옳은 설명이다. (O)
ㄴ. 옳은 설명이다. (O)
ㄷ. 옳은 설명이다. (O)
{오답 피하기}
파장이 길어지는 것은 적색 편이(멀어짐), 짧아지는 것은 청색 편이(가까워짐)임을 구분해서 기억해야 한다.

[최종 정답]
정답은 5번 「ㄱ, ㄴ, ㄷ」이다.

별의 스펙트럼 분석
{유형 분석}
이 문항은 태양(별)의 흡수 스펙트럼에 나타나는 검은 선(프라운호퍼선)의 생성 원리와 이를 이용한 원소 분석 방법을 이해하고 있는지를 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
고온의 광원에서 나오는 연속 스펙트럼 빛이 저온의 기체층(별의 대기)을 통과할 때, 그 기체를 구성하는 원소가 특정 파장의 빛을 흡수하여 검은 선(흡수선)이 나타난다. 흡수선의 파장은 원소마다 고유하다.
{정답 찾기}
ㄱ. 흡수선의 파장은 원소의 종류에 따라 고유하게 나타난다. (O)
ㄴ. 흡수 스펙트럼의 흡수선 파장을 분석하면 별을 구성하는 원소의 종류를 알 수 있다. (O)
ㄷ. 별마다 대기를 구성하는 원소의 종류와 비율, 온도가 다르므로 흡수선의 위치와 개수는 별마다 다르게 나타난다. (X)
{오답 피하기}
모든 별의 스펙트럼이 동일하다고 착각하기 쉬우나, 별의 표면 온도와 대기 조성에 따라 흡수선의 패턴이 달라진다는 점에 유의해야 한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「ㄱ, ㄴ」이다.

물질과 규칙성 - 별의 스펙트럼 분석
{유형 분석}
태양과 같은 별의 스펙트럼에 나타나는 흡수선의 생성 원리를 이해하는 문항이다.
{자료 분석}
태양의 광구에서는 고온의 표면에서 모든 파장의 빛이 방출되어 연속 스펙트럼이 나타난다. 이 빛이 태양의 대기(채층 등)를 통과할 때, 대기를 이루는 원소들이 자신의 고유한 파장의 빛을 흡수하여 검은색 흡수선이 나타난다.
{정답 찾기}
ㄱ. 태양 표면(광구)에서 고온의 물체가 모든 파장의 빛을 방출하여 연속 스펙트럼이 나타난다. (O)
ㄴ. 흡수선은 태양 대기의 원소들이 각자 고유한 파장의 빛을 흡수하여 나타난다. (O)
ㄷ. 흡수선이 나타나는 파장은 원소의 종류마다 고유하게 다르므로, 원소의 종류와 관계없이 일정하다는 설명은 옳지 않다. (X)
{오답 피하기}
원소마다 고유한 흡수(방출) 스펙트럼을 가지므로, 스펙트럼 분석을 통해 별을 구성하는 원소의 종류를 알아낼 수 있다는 점이 이 단원의 핵심이다.

[최종 정답]
정답은 2번 「ㄱ, ㄴ」이다.