구독상품안내
‘한 걸음 먼저 깨치는 과학교과서’는 중학교 1학년 과학교과서에 실린 내용을 쉽고 재미있게 배워나가는 코너입니다. 초등학교 때 쌓은 탄탄한 실력을 바탕으로 좀 더 깊고 폭넓은 과학 세상으로 빠져 보세요.
새뮤얼 퍼거슨 박사는 열기구를 탄 채 아프리카를 동서로 가로지르는 대담한 모험을 제안한다. “빅토리아(열기구의 이름)와 함께라면 어떤 위험에 빠지더라도 두렵지 않아. 더우면 위로 올라가 고 추우면 다시 내려오면 돼. 산을 넘고 강을 건너고 폭풍우를 뚫고 나갈 거야. 낯선 도시의 하늘 을 허리케인처럼 빠르게 날아오르겠지. 광활한 세계가 지도책이 되어 내 눈 아래로 펼쳐질 거야.”
쥘 베른의‘기구를 타고 5주간’중에서
지구는 푸른빛이다!
세계 최초의 우주비행사인 러시아의 유리 가가린이 우주선 보스토크1호를 타고 우주공간으로 나갔을 때 지구를 보고 한 말이다. 캄캄한 우주에서 지구는 푸른 보석처럼 빛난다. 지구가 푸르게 보이는 것은 지구를 덮고 있는 대기의 역할이 크다. 지구의 대기는 태양에서 들어오는 빛 가운데 푸른색의 빛을 잘 산란시킨다. 산란이란 빛이 대기를 통과하며 사방으로 퍼지는 것을 말한다. 지구가 푸른 별로 보이고, 지구의 하늘이 푸른색을 띠는 것도 바로 대기 때문이다.
대기는 지구의 이불
대기는 지구를 둘러싸고 있는 공기이며, 대기권은 그 공기의 층을 말한다. 대기는 해로운 태양풍과 자외선으로부터 지구의 생명체를 보호해 준다. 우리가 숨 쉬고 살아갈 수 있는 것도 대기 속에 포함된 산소 덕분이다. 대기는 78%의 질소와 21%의 산소 그리고 아르곤, 이산화탄소 등의 소량 기체로 구성된다. 대기를 구성하는 기체의 비 율은 지표면 근처에서는 거의 일정하지만 고도가 올라가면서 조금씩 변한다.
대기는 태양으로부터 들어온 열이 그대로 빠져나가지 않도록 붙잡아 두는 ‘온실효과’ 를 일으킨다. 만약 ‘대기 ’라는 이불이 없었다면 지구는 극심한 추위와 더위에 시달렸을 것이다. 낮에는 기온이 130℃를 넘나들고 캄캄한 밤이 되면 영하 170℃까지 떨어지는 무시무시한 달의 환경을 생각해 보라. 달은 지구만큼 중력이 강하지 못해서 대기를 붙잡아 두지 못한다. 또한 대기는 지구의 보호막이다. 우주에서 운석이 떨어져도 지구 대기와의 마찰력 때문에 거의 타 버린다.
높이 올라갈수록 대기권은?
지구는 강한 중력으로 대기를 꽉 붙잡고 있다. 지구에 중력이 없었다면 대기는 우주로 산산이 흩어져 버렸을 것이다. 지구의 중력은 지표면에서 멀어질수록 점점 약해지므로 공기의 양도 줄어든다. 높은 산에 올라가면 숨쉬기가 어려워지는 것은 바로 공기의 밀도가 낮아지기 때문이다. 대기는 지표면이 방출하는 에너지에 의해 데워지므로 높이 올라갈수록 기온이 떨어진다. 그런데 대기권을 관찰하던 과학자들은 갑자기 어느고도에 이르면 거꾸로 기온이 올라가는 현상을 발견했다. 원인은 바로 오존층이었다. 고도 20~30㎞ 사이에 있는 오존층은 태양에서 오는 자외선을 흡수하여 대기의 온도를 높였다. 대기권은 온도변화를 기준으로 대류권, 성층권, 중간권, 열권으로 나눈다.
열권
높이 80㎞ 이상의 공기층으로 지구 대기권의 가장 바깥 부분이다. 태양 복사에너지를 많이 받는 윗부분으로 갈수록 뜨거워져서 기온이 1500℃에 이른다. 공기가 매우 희박해서 낮과 밤의 온도차가 크다. 극지방에서는 오로라가 나타나고 기상관측위성이나 통신위성을 띄운다.
중간권
높이 50~80㎞ 사이의 공기층으로 높이 올라갈수록 기온이 낮아진다. 중간권의 가장 윗부분에 이르면 대기권에서 가장 낮은 온도인 영하 90℃까지 떨어진다. 대류현상이 일어나지만 수증기의 양이 매우 적기 때문에 기상현상은 일어나지 않는다. 우주에서 떨어지는 파편을 막아 주는 역할을 한다.
성층권
높이 10~50㎞ 사이의 공기층으로 높이 올라갈수록 기온이 올라간다. 고도20~30㎞ 사이에 분포하는 오존층은 피부암과 눈병을 일으키는 자외선으로부터 지구의 생명체를 지켜 준다. 최근 오존층이 얇아지며 오존층을 파괴하는 프레온가스 사용이 금지되었다.
대류권
지표면으로부터 약 10㎞ 높이까지의 공기층으로 대기권의 가장 밑부분이다. 1㎞ 올라갈 때마다 기온이 약 6.5℃씩 내려간다. 활발한 대류현상으로 구름이 생기고 눈이나 비가 내리는 기상현상이 일어난다.
살아있는 실험실
태양으로부터의 거리에 따른 공기의 온도 변화
준비는 이렇게 :
스탠드, 온도계 두 개, 검게 칠한 구리판, 실, 초시계, 전등
실험은 이렇게 :
열을 잘 흡수하도록 검게 칠한 구리판을 스탠드에 고정시킨다. 구리판으로부터 1㎝, 2㎝ 떨어진 곳에 온도계 두 개를 각각 실로 매단다. 구리판과 수직으로 10㎝ 떨어진 곳에 전등을 놓는다. 전등을 켜고 두 개의 온도계 눈금을 5분마다 기록한다.
생각은 이렇게 :
온도가 더 이상 변하지 않고 일정하게 유지될 때 두 개의 온도계 중 어느 쪽 눈금이 더 높은가? 전등을 태양, 구리판을 지구의 표면이라고 생각해 보자. 지표면에서 높이 올라갈수록 대기의 온도는 어떻게 변할까?
클릭! 뉴스 황사폭탄의 습격?!
지난 4월 사상 최악의 황사가 우리나라를 덮쳤다. 병원은 눈이나 목에 통증을 호소하는 환자들로 넘쳐났고, 나들이를 망친 사람들은 황사를 원망했다. 황사의 원인은 중국 서북부와 몽고에서 바람을 타고 날아온 엄청난 양의 모래였다. 오랫동안 비가 내리지 않아 건조해진 사막의 황토먼지가 중국에서 우리나라로 부는 바람을 타고 건너오면 황사폭탄이 된다. 봄은 유난히 건조하기 때문에 다른 계절에 비해 황사 피해가 크다. 황사가 발생하면 100만 톤에 달하는 먼지가 발생한다. 중국이 산업화되면서 황사먼지 속에 규소나 철, 납, 알루미늄, 수은, 카드뮴 등건강에 나쁜 중금속이 들어 있어 우리의 건강을 해친다. 중국에서 발생한 황사는 우리나라와 일본, 미국에까지 피해를 준다. 황사를 막기 위해 우리는 어떤 행동을 해야 하는지 생각해 보자.
내 손으로 만드는 열기구
준비는 이렇게 :
비닐봉투, 헤어드라이어
실험은 이렇게 :
비닐봉투를 공중에 띄우고 헤어드라이어로 뜨거운 바람을 불어 넣는다.
생각은 이렇게 :
헤어드라이어의 뜨거운 바람이 비닐봉투를 공중에 뜨게 만든다. 만일 헤어드라이어에서 차가운 바람이 나온다면 어떻게 될까? 뜨거워진 공기는 가벼워서 위로 올라가려는 성질을 가진다. 커다란 공기주머니에 데워진 공기를 불어 넣어 공중에 뜨게 하는 열기구의 원리도 이와 마찬가지다.
클릭! 현장 기상청으로
기상청에서는 하루에 두 번, 아침 9시와 저녁 9시에 각종 센서를 단 풍선인 라디오존데를 하늘로 띄운다. 가벼운 헬륨가스를 채운 라디오존데는 1초에 약 5m씩 상승하며 성층권 하부인 지상 30㎞ 지점에 이른다. 주위 기압이 낮아지면서 결국 풍선은 터지지만 라디오존데가 관측한 자료 값은 실시간 지상으로 전송된다. 기상청은 고산과 백령도, 속초, 흑산도, 오산, 광주에서 라디오존데를 띄우고, 특별히 포항에서는 오존존데를 띄워 성층권의 오존량을 측정한다. 주변에 사는 친구들은 견학 신청을 하고 기상청을 찾아보자. 헬륨가스를 다루는 것이 위험하므로 조금 떨어져서 구경해야겠 지만 라디오존데를 직접 볼 수 있다.
새뮤얼 퍼거슨 박사는 열기구를 탄 채 아프리카를 동서로 가로지르는 대담한 모험을 제안한다. “빅토리아(열기구의 이름)와 함께라면 어떤 위험에 빠지더라도 두렵지 않아. 더우면 위로 올라가 고 추우면 다시 내려오면 돼. 산을 넘고 강을 건너고 폭풍우를 뚫고 나갈 거야. 낯선 도시의 하늘 을 허리케인처럼 빠르게 날아오르겠지. 광활한 세계가 지도책이 되어 내 눈 아래로 펼쳐질 거야.”
쥘 베른의‘기구를 타고 5주간’중에서
지구는 푸른빛이다!
세계 최초의 우주비행사인 러시아의 유리 가가린이 우주선 보스토크1호를 타고 우주공간으로 나갔을 때 지구를 보고 한 말이다. 캄캄한 우주에서 지구는 푸른 보석처럼 빛난다. 지구가 푸르게 보이는 것은 지구를 덮고 있는 대기의 역할이 크다. 지구의 대기는 태양에서 들어오는 빛 가운데 푸른색의 빛을 잘 산란시킨다. 산란이란 빛이 대기를 통과하며 사방으로 퍼지는 것을 말한다. 지구가 푸른 별로 보이고, 지구의 하늘이 푸른색을 띠는 것도 바로 대기 때문이다.
대기는 지구의 이불
대기는 지구를 둘러싸고 있는 공기이며, 대기권은 그 공기의 층을 말한다. 대기는 해로운 태양풍과 자외선으로부터 지구의 생명체를 보호해 준다. 우리가 숨 쉬고 살아갈 수 있는 것도 대기 속에 포함된 산소 덕분이다. 대기는 78%의 질소와 21%의 산소 그리고 아르곤, 이산화탄소 등의 소량 기체로 구성된다. 대기를 구성하는 기체의 비 율은 지표면 근처에서는 거의 일정하지만 고도가 올라가면서 조금씩 변한다.
대기는 태양으로부터 들어온 열이 그대로 빠져나가지 않도록 붙잡아 두는 ‘온실효과’ 를 일으킨다. 만약 ‘대기 ’라는 이불이 없었다면 지구는 극심한 추위와 더위에 시달렸을 것이다. 낮에는 기온이 130℃를 넘나들고 캄캄한 밤이 되면 영하 170℃까지 떨어지는 무시무시한 달의 환경을 생각해 보라. 달은 지구만큼 중력이 강하지 못해서 대기를 붙잡아 두지 못한다. 또한 대기는 지구의 보호막이다. 우주에서 운석이 떨어져도 지구 대기와의 마찰력 때문에 거의 타 버린다.
높이 올라갈수록 대기권은?
지구는 강한 중력으로 대기를 꽉 붙잡고 있다. 지구에 중력이 없었다면 대기는 우주로 산산이 흩어져 버렸을 것이다. 지구의 중력은 지표면에서 멀어질수록 점점 약해지므로 공기의 양도 줄어든다. 높은 산에 올라가면 숨쉬기가 어려워지는 것은 바로 공기의 밀도가 낮아지기 때문이다. 대기는 지표면이 방출하는 에너지에 의해 데워지므로 높이 올라갈수록 기온이 떨어진다. 그런데 대기권을 관찰하던 과학자들은 갑자기 어느고도에 이르면 거꾸로 기온이 올라가는 현상을 발견했다. 원인은 바로 오존층이었다. 고도 20~30㎞ 사이에 있는 오존층은 태양에서 오는 자외선을 흡수하여 대기의 온도를 높였다. 대기권은 온도변화를 기준으로 대류권, 성층권, 중간권, 열권으로 나눈다.
열권
높이 80㎞ 이상의 공기층으로 지구 대기권의 가장 바깥 부분이다. 태양 복사에너지를 많이 받는 윗부분으로 갈수록 뜨거워져서 기온이 1500℃에 이른다. 공기가 매우 희박해서 낮과 밤의 온도차가 크다. 극지방에서는 오로라가 나타나고 기상관측위성이나 통신위성을 띄운다.
중간권
높이 50~80㎞ 사이의 공기층으로 높이 올라갈수록 기온이 낮아진다. 중간권의 가장 윗부분에 이르면 대기권에서 가장 낮은 온도인 영하 90℃까지 떨어진다. 대류현상이 일어나지만 수증기의 양이 매우 적기 때문에 기상현상은 일어나지 않는다. 우주에서 떨어지는 파편을 막아 주는 역할을 한다.
성층권
높이 10~50㎞ 사이의 공기층으로 높이 올라갈수록 기온이 올라간다. 고도20~30㎞ 사이에 분포하는 오존층은 피부암과 눈병을 일으키는 자외선으로부터 지구의 생명체를 지켜 준다. 최근 오존층이 얇아지며 오존층을 파괴하는 프레온가스 사용이 금지되었다.
대류권
지표면으로부터 약 10㎞ 높이까지의 공기층으로 대기권의 가장 밑부분이다. 1㎞ 올라갈 때마다 기온이 약 6.5℃씩 내려간다. 활발한 대류현상으로 구름이 생기고 눈이나 비가 내리는 기상현상이 일어난다.
살아있는 실험실
태양으로부터의 거리에 따른 공기의 온도 변화
준비는 이렇게 :
스탠드, 온도계 두 개, 검게 칠한 구리판, 실, 초시계, 전등
실험은 이렇게 :
열을 잘 흡수하도록 검게 칠한 구리판을 스탠드에 고정시킨다. 구리판으로부터 1㎝, 2㎝ 떨어진 곳에 온도계 두 개를 각각 실로 매단다. 구리판과 수직으로 10㎝ 떨어진 곳에 전등을 놓는다. 전등을 켜고 두 개의 온도계 눈금을 5분마다 기록한다.
생각은 이렇게 :
온도가 더 이상 변하지 않고 일정하게 유지될 때 두 개의 온도계 중 어느 쪽 눈금이 더 높은가? 전등을 태양, 구리판을 지구의 표면이라고 생각해 보자. 지표면에서 높이 올라갈수록 대기의 온도는 어떻게 변할까?
클릭! 뉴스 황사폭탄의 습격?!
지난 4월 사상 최악의 황사가 우리나라를 덮쳤다. 병원은 눈이나 목에 통증을 호소하는 환자들로 넘쳐났고, 나들이를 망친 사람들은 황사를 원망했다. 황사의 원인은 중국 서북부와 몽고에서 바람을 타고 날아온 엄청난 양의 모래였다. 오랫동안 비가 내리지 않아 건조해진 사막의 황토먼지가 중국에서 우리나라로 부는 바람을 타고 건너오면 황사폭탄이 된다. 봄은 유난히 건조하기 때문에 다른 계절에 비해 황사 피해가 크다. 황사가 발생하면 100만 톤에 달하는 먼지가 발생한다. 중국이 산업화되면서 황사먼지 속에 규소나 철, 납, 알루미늄, 수은, 카드뮴 등건강에 나쁜 중금속이 들어 있어 우리의 건강을 해친다. 중국에서 발생한 황사는 우리나라와 일본, 미국에까지 피해를 준다. 황사를 막기 위해 우리는 어떤 행동을 해야 하는지 생각해 보자.
내 손으로 만드는 열기구
준비는 이렇게 :
비닐봉투, 헤어드라이어
실험은 이렇게 :
비닐봉투를 공중에 띄우고 헤어드라이어로 뜨거운 바람을 불어 넣는다.
생각은 이렇게 :
헤어드라이어의 뜨거운 바람이 비닐봉투를 공중에 뜨게 만든다. 만일 헤어드라이어에서 차가운 바람이 나온다면 어떻게 될까? 뜨거워진 공기는 가벼워서 위로 올라가려는 성질을 가진다. 커다란 공기주머니에 데워진 공기를 불어 넣어 공중에 뜨게 하는 열기구의 원리도 이와 마찬가지다.
클릭! 현장 기상청으로
기상청에서는 하루에 두 번, 아침 9시와 저녁 9시에 각종 센서를 단 풍선인 라디오존데를 하늘로 띄운다. 가벼운 헬륨가스를 채운 라디오존데는 1초에 약 5m씩 상승하며 성층권 하부인 지상 30㎞ 지점에 이른다. 주위 기압이 낮아지면서 결국 풍선은 터지지만 라디오존데가 관측한 자료 값은 실시간 지상으로 전송된다. 기상청은 고산과 백령도, 속초, 흑산도, 오산, 광주에서 라디오존데를 띄우고, 특별히 포항에서는 오존존데를 띄워 성층권의 오존량을 측정한다. 주변에 사는 친구들은 견학 신청을 하고 기상청을 찾아보자. 헬륨가스를 다루는 것이 위험하므로 조금 떨어져서 구경해야겠 지만 라디오존데를 직접 볼 수 있다.
