2011 학년도 1 학년 융합과학 수업자료 018 행성의 대기

두 사진의 차이점을 생각해 보자. 달 탐사를 대비하여 훈련 중인 우주인 달 탐사를 실제로 수행 중인 우주인 지구와 달에서 바라본 하늘의 모습을 살펴보자. 어떤 차이가 있는가 ? 그 이유는 무엇일까 ? 도입 : 동기유발

대기는 우주에서 지구로 입사되는 방사선을 차단해 주고, 유성체가 행성의 표면으로 떨어지는 것을 막아주는 보호막 구실을 한다. 행성 대기의 역할 (1) 본시 학습 : 첫 번째 주제

대기는 행성 내부의 에너지가 우주 공간으로 직접 손실되는 것을 막아주는 온실 효과를 일으킨다. 행성 대기의 역할 (2) 금성은 태양계에서 온실 효과가 가장 큰 행성이다. 대기 중의 이산화탄소 농도 증가는 지구 온난화의 주원인이다.

대기의 운동은 지표 환경을 변화시키는 원인이 된다. 행성 대기의 역할 (3) 화성 표면의 거대한 먼지 폭풍 풍화 침식에 의해 형성된 아름다운 지형

화산 활동은 행성의 대기 성분에 큰 영향을 미친다. 행성 대기의 공급 (1) 지구의 화산 활동 금성의 화산 활동 흔적 본시 학습 : 두 번째 주제

행성은 혜성과 운석의 충돌 과정에서 새로운 대기 성분을 공급받기도 한다. 행성 대기의 공급 (2) 혜성은 주로 얼음과 먼지로 이루어져 있다. 지구상에 존재하는 물의 기원을 혜성으로 보는 학설도 있다.

행성 표면에서의 증발이나 태양풍은 행성 대기의 성분 변화에 영향을 미친다. 행성 대기의 공급 (3) 주로 이산화탄 소와 얼음 등으로 이루어진 화성의 극관은 계절에 따 라 크기가 변한다. 이는 화성의 대기 압의 크기가 계절 에 따라 달라짐을 의미한다. 주로 이산화탄 소와 얼음 등으로 이루어진 화성의 극관은 계절에 따 라 크기가 변한다. 이는 화성의 대기 압의 크기가 계절 에 따라 달라짐을 의미한다.

행성의 중력이 클수록 대기 성분이 행성으로부터 탈출하기 어렵다. 행성의 중력이 클수록 대기 성분이 행성으로부터 탈출하기 어렵다. 행성의 온도가 높을수록 대기 성분의 평균 속력 이 증가하여 행성으로부터 탈출하기 쉽다. 행성의 온도가 높을수록 대기 성분의 평균 속력 이 증가하여 행성으로부터 탈출하기 쉽다. 행성 대기의 손실 (1) 행성은 어떻게 대기를 잃어버리는 것일까 ? 행성은 어떻게 대기를 잃어버리는 것일까 ? 행성은 어떻게 대기를 잃어버리는 것일까 ? 행성은 어떻게 대기를 잃어버리는 것일까 ? 행성의 대기압과 대기 성분에 영향을 미치는 물리량은 행성의 질량과 행성의 온도이다. 본시 학습 : 세 번째 주제

행성의 중력권을 벗어나는데 필요한 최소 속도를 탈출 속도라고 한다. 행성의 중력권을 벗어나는데 필요한 최소 속도를 탈출 속도라고 한다. 대기가 탈출 속도 이상의 빠르기로 움직이면 행 성으로부터 탈출할 수 있다. 대기가 탈출 속도 이상의 빠르기로 움직이면 행 성으로부터 탈출할 수 있다. 어떤 행성의 탈출 속도가 크다는 것은 대기가 붙 잡혀 있을 확률이 크다는 것을 의미한다. 어떤 행성의 탈출 속도가 크다는 것은 대기가 붙 잡혀 있을 확률이 크다는 것을 의미한다. 행성 대기의 손실 (2) 행성에서 대기가 탈출하려면 얼마나 빠르게 행성에서 대기가 탈출하려면 얼마나 빠르게 움직여야 할까 ? 움직여야 할까 ? 행성에서 대기가 탈출하려면 얼마나 빠르게 행성에서 대기가 탈출하려면 얼마나 빠르게 움직여야 할까 ? 움직여야 할까 ?

a. 물체를 위쪽으로 던지면 초기 속도가 클수록 높 이 올라갔다가 떨어진다. b. 만약 물체가 충분한 초기 속도로 던져 올려진다 면 표면으로 떨어지지 않고 행성의 중력권 밖으 로 탈출할 수 있다. c. 물체는 행성의 중력에 의한 속박 에너지보다 큰 운동에너지를 갖고 있어야 탈출할 수 있다. 행성 대기의 손실 (3) : 탈출 속도 행성의 탈출 속도는 어떻게 구할까 ? 행성의 탈출 속도는 어떻게 구할까 ? 행성의 탈출 속도는 어떻게 구할까 ? 행성의 탈출 속도는 어떻게 구할까 ? 물체가 행성을 탈출하기 위한 조건 : 운동에너지 ≥ 중력 위치 에너지 ( 속박 에너지 )

참고 자료 : 행성의 탈출 속도는 어느 정 도일까 ? 탈출 속도보다 빠르게 움직이는 대기 성분은 행성을 탈출할 수 있다.

a. 행성의 온도가 높을수록 대기 성분의 평균 속력 이 크다. b. 일정한 온도에서는 분자량이 작은 대기 성분의 평균 속력이 크다. 행성 대기의 손실 (4) : 표면 온도 행성의 대기는 어떤 조건일 때 탈출 속도 행성의 대기는 어떤 조건일 때 탈출 속도 보다 빠르게 움직일 수 있을까 ? 보다 빠르게 움직일 수 있을까 ? 행성의 대기는 어떤 조건일 때 탈출 속도 행성의 대기는 어떤 조건일 때 탈출 속도 보다 빠르게 움직일 수 있을까 ? 보다 빠르게 움직일 수 있을까 ? 따라서 행성의 온도가 높을수록 기체의 따라서 행성의 온도가 높을수록 기체의 분자량이 작을수록 행성을 탈출할 확률 분자량이 작을수록 행성을 탈출할 확률 이 커진다. 이 커진다. 따라서 행성의 온도가 높을수록 기체의 따라서 행성의 온도가 높을수록 기체의 분자량이 작을수록 행성을 탈출할 확률 분자량이 작을수록 행성을 탈출할 확률 이 커진다. 이 커진다.

참고 자료 : 대기는 얼마나 빠르게 움직 일까 ? 25 에서 기체 분자들의 속도 분포 : 분자량이 작을수록 큰 속력으로 움 직이는 입자의 개수가 많다. 25 ℃에서 기체 분자들의 속도 분포 : 분자량이 작을수록 큰 속력으로 움 직이는 입자의 개수가 많다.

행성이 대기를 유지할 수 있는 조건 1. 질량이 큰 행성은 대기 구성 입자들을 더 강한 중력으로 붙잡아 둘 수 있기 때문에 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률 이 크다. 질량이 큰 행성은 대기 구성 입자들을 더 강한 중력으로 붙잡아 둘 수 있기 때문에 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률 이 크다. 질량이 큰 행성은 대기 구성 입자들을 더 강한 중력으로 붙잡아 둘 수 있기 때문에 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률 이 크다. 2. 표면 온도가 낮은 행성의 경우 대기 구성 입자들은 평균 속력이 작아 행성 을 탈출하기 어렵다. 따라서 이런 행 성은 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률이 크다. 표면 온도가 낮은 행성의 경우 대기 구성 입자들은 평균 속력이 작아 행성 을 탈출하기 어렵다. 따라서 이런 행 성은 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률이 크다. 표면 온도가 낮은 행성의 경우 대기 구성 입자들은 평균 속력이 작아 행성 을 탈출하기 어렵다. 따라서 이런 행 성은 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률이 크다. 1. 질량이 큰 행성은 대기 구성 입자들을 더 강한 중력으로 붙잡아 둘 수 있기 때문에 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률 이 크다. 질량이 큰 행성은 대기 구성 입자들을 더 강한 중력으로 붙잡아 둘 수 있기 때문에 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률 이 크다. 질량이 큰 행성은 대기 구성 입자들을 더 강한 중력으로 붙잡아 둘 수 있기 때문에 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률 이 크다. 2. 표면 온도가 낮은 행성의 경우 대기 구성 입자들은 평균 속력이 작아 행성 을 탈출하기 어렵다. 따라서 이런 행 성은 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률이 크다. 표면 온도가 낮은 행성의 경우 대기 구성 입자들은 평균 속력이 작아 행성 을 탈출하기 어렵다. 따라서 이런 행 성은 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률이 크다. 표면 온도가 낮은 행성의 경우 대기 구성 입자들은 평균 속력이 작아 행성 을 탈출하기 어렵다. 따라서 이런 행 성은 두꺼운 대기를 갖고 있을 확률이 크다. 학습 정리

방사선 차단 운석으로부터 보호 온실 효과 지표 환경 변화 대기의 역할 화산 활동 혜성, 운석 충돌 표면에서의 증발 태양풍의 영향 대기의 공급 질량이 큰 행성 ( 탈출 속도가 큰 경우 ) 표면 온도가 낮은 행성 ( 대기의 평균 속력이 작은 경우 ) 대기의 유지

형성 평가 물리량 ABCDE 표면 온도 ( ℃ ) -170~ ~ 질량 ( 지구 =1) ① A ② B ③ C ④ D ⑤ E 행성 A ~ E 중에서 대기가 가장 희박할 것 으로 생각되는 행성은 ?

LOGO 행성 대기의 특성 지구형 행성  지구형 행성은 생성될 당시에 갖고 있던 최초 의 원시 대기를 잃어버리고 서로 다른 진화 과정 을 거쳐 현재와 같은 모습이 되었다. 대기압 ( 기압 ) 주요 성분 ( 비율 %) 기타 수성약 금성 92CO 2 (96.5), N 2 (3.5)SO 2, Ar, H 2 O 지구 1.0N 2 (78), O 2 (21)H 2 O, Ar, CO 2 화성 CO 2 (95), N 2 (2.7)Ar, H 2 O

LOGO 수 성 태양계 행성 중에서 가장 작 은 질량을 갖고 있으며 태양 으로부터 가장 가까운 천체 이다. 낮 (430 ℃ ) 과 밤 (-170 ℃ ) 의 온도 변화가 매우 크다. 매우 희박한 대기를 갖고 있 지만 대기를 오래 유지할 수 없다. 표면에 수많은 운석구덩이 가 잘 관찰된다. 행성 대기의 특성 지구형 행성

LOGO 금 성 두꺼운 이산화탄소로 이루 어진 대기는 엄청난 온실 효 과를 일으켜 태양계에서 가 장 뜨거운 행성이다. 기압은 지구의 92 배, 온도는 470°C 나 된다. 황산 성분이 포함된 두꺼운 구름으로 덮여 있어 표면 지 형을 관측하기 어렵다. 행성 대기의 특성 지구형 행성

LOGO 지 구지 구 주로 질소와 산소로 이루어 진 대기를 갖고 있다. 액체 상태의 바다는 우주 바 라본 지구가 푸른색을 띤 생명의 행성으로 보이도록 해준다. 대기에 포함된 수증기, 이산 화탄소, 메테인 등은 지구의 표면 온도를 적절하게 유지 시켜 준다. 행성 대기의 특성 지구형 행성

LOGO 화 성 주로 이산화탄소로 이루어 진 희박한 대기가 있다. 극관은 드라이아이스, 얼음 등으로 이루어져 있으며 계 절에 따라 크기가 달라진다. 화성 표면에 존재하는 물이 흘렀던 흔적은 과거에 온화 한 기후였음을 나타낸다. 행성 대기의 특성 지구형 행성

LOGO 행성 대기의 특성 목성형 행성  태양계의 바깥쪽에 존재하는 목성형 행성은 지구형 행성과 전혀 다른 성분의 대기를 갖고 있 다. 이들은 생성될 당시에 갖고 있던 최초의 원 시 대기 성분을 현재까지 간직하고 있다. H 2 (%)He (%) CH 4 (%)NH 3 (%) 목성 토성 천왕성 해왕성

LOGO 목 성 주로 수소와 헬륨으로 이루 어진 두꺼운 대기가 있다. 목성의 밝고 어두운 줄무늬 는 빠른 자전에 의해 적도와 나란한 대기의 운동에 의해 만들어진다. 이들은 주로 암 모니아로 이루어진 상층 대 기의 모습이다. 남반구에 위치한 대적반은 지구 크기의 거대한 대기의 소용돌이이다. 행성 대기의 특성 목성형 행성

LOGO 토 성 토성도 수소와 헬륨으로 이 루어진 두꺼운 대기를 갖고 있만 다른 목성형 행성에 비 해 헬륨이 매우 적은 것이 특징이다. 토성은 목성과 마찬가지로 줄무늬가 보이지만 약간 희 미하고 넒은 띠 구조를 갖는 다. 행성 대기의 특성 목성형 행성

LOGO 천왕성 수소와 헬륨이 주성분인 대기를 갖고 있다. 목성, 토성보다 휘발성 기체 성분 ( 메테인, 암모 니아, 얼음 ) 을 상대적으로 많이 포함되어 있다. 천왕성과 해왕성이 푸르스름하게 보이는 까닭 은 상층 대기 중의 메테인 성분 때문이다. 행성 대기의 특성 목성형 행성 해왕성

LOGO 행성의 표면 온도에 따라 대기의 상태는 달라진다. 행성의 표면 온도가 기체의 끓는점 보다 높을 때 기체 상태로 존재할 수 있다. 예를 들어 이산화탄 소는 금성에서 기체로 존재하고, 물은 지구에서 대 부분 액체로 존재한다. 또한 수소와 헬륨은 목성형 행성에서 기체 상태로 존재한다. 행성 대기의 특성 기체 분자의 특성 행성금성지구화성목성토성천왕성해왕성 표면 온도 ( ℃ ) 출처 : Fundamental Astronomy by Karttunen 외 기체물이산화탄소메탄산소수소헬륨 끓는점 ( ℃ )

LOGO 대기 분자의 구조에 따라 분자간의 힘이 달라진다. 일반적으로 무극성 분자들 간의 힘은 질량이 클수록 크다. 따라서 상대적 질량이 큰 CO 2 가 CH 4 보다 끊는점이 높다. 극성 분자는 무극성 분자보다 분자들 간의 힘이 크다. 상대 적 질량이 작은 H 2 O 가 CO 2 보다 끊는점이 높은 것은 이런 이유 때문이다. 행성 대기의 특성 기체 분자의 특성 무극성 결합 : 원자들이 결합하여 분자를 이룰 때 전자들이 어느 한쪽으로 치우치지 않은 결합 ( 예 : H 2, CO 2, CH 4 등 ) 극성 결합 : 원자들이 결합하여 분자를 이룰 때 전 자들이 어느 한쪽으로 치우쳐 전하 분포가 고르지 못한 경우 ( 예 : H 2 O, NH 3 등 )

LOGO 물 리 량물 리 량물 리 량물 리 량 지구형 행성 목성형 행성 주요 대기 성분 ( ) ( H 2, He, CH 4 ) ( H 2, He, CH 4 ) 행성 대기의 특성 CO 2, N 2, O 2 형성평가 01 형성평가 01

LOGO 표는 태양계 행성 A, B, C 의 대기 성분을 나타낸 것이다. A, B, C 에 해당하는 행성은 ? 기체 \ 행성 ABC CO 2 N 2 Ar O 대기압 A : 지구 B : 금성 C : 화성 행성 대기의 특성 형성평가 02 형성평가 02

LOGO 형성평가 03 형성평가 03 그림은 행성의 태양으로부터의 거리와 표면 온도를 나 타낸 것이다. 금성의 경우 다른 행성과 달리 이론값과 관측값이 크게 차이 나는 이유를 설명해 보자. 행성 대기의 특성 금성의 표면 온도가 이론값보다 실제 관측값이 높은 이 유는 이산화탄소에 의한 온실 효과 때문이다.