Ⅰ

사업 개요

 

1. 목 적

과학교육을 담당하는 청소년지도자들에게 천문우주 관련 실험체험 프로그램의 개발과정을 경험케 함으로써, 자신이 처한 교육환경에 알맞은 실험 프로그램을 스스로 개발하고 이를 창의적 체험활동에 실제로 적용할 수 있도록 역량을 키워주고자 함.

 

2. 운영 개요

가. 사 업 명 : 천문우주 교육 지도자 과정 전문연수

나. 기 간 : 2011. 10. 4(화) ~ 10. 8(토) / 4박 5일 / 40시간

다. 인 원 : 30명 / 연인원 150명

라. 대 상 : 청소년시설?단체 지도자, 과학교사 및 담당자,

천문우주 및 청소년 관련학과 대학생, 기타 관련자

마. 참 가 비 : 성인 192,000원, 청소년(24세 이하) 156,400원

노동부 훈련비 환급 대상자는 고용보험 가입자에 한함.

바. 주최/장소: 국립고흥청소년우주체험센터

 

Ⅱ

운영 계획

 

1. 연수 신청

가. 신청 방법

1) 국립고흥청소년우주체험센터 홈페이지 http://www.nysc.or.kr 에서 참가신청서를 내려 받아, 담당자의 이메일 주소 hosis@kywa.or.kr로 제출

2) 참가비

구 분	참 가 비	비 고
일 반	192,000원	노동부 훈련비 환급 대상자(1)
청소년	156,400원	24세 이하(2)

(1) 고용보험 가입자에 한함

(2) 24세 이하라도 노동부 훈련비 환급 대상자는 청소년 요금 적용 불가

 

3) 입금 방법

가) 농협 301 - 0055 - 8954 - 81; 예금주 고흥우주체험센터

나) 일반대상자는 본인명으로, 노동부 훈련비 환급대상자는 기관명으로 입금

 

나. 연수 참가 특전 사항

1) 청소년지도사 자격 검정 응시 시 청소년 육성 업무 종사 경력 2개월 인정

2) 고용보험 가입자에 한하여 참가비 일부 환급

 

다. 환불 기준

환불 비율	100 %	70 %	60 %	50 %
환불 신청 시기	연수 시작일 기준 7 일 전까지	연수 시작일 기준 6 ~ 4 일 전까지	연수 시작일 기준 3 ~ 1 일 전까지	연수 시작일 이후

 

2. 시간표

	1 일차	2 일차	3 일차	4 일차	5 일차
07:00 ~	도 착	기상 및 아침 활동 준비
08:00 ~		아침 식사
09:00 ~		빛과 망원경 1: ①빛의 직진성과 바늘구멍 사진기 권순길, 이상록 2시간   ②사진기의 결상 원리 권순길, 이상록 1시간	실험체험 2: ②선정한 실험의 설계 및 수행 권순길, 이상록, 김민경 3시간	플라네타리움 2: ①일식, 월식, 달의 위상 ②행성 궤도의 공간 분포와 공명 영상 Two small pieces of glass 임상욱, 정상은 3시간	실험체험 4: 실험체험 프로그램 매뉴얼 작성, 발표 및 토론 권혁도, 권순길, 이용정 2시간
10:00 ~
11:00 ~					평가, 닫는 마당
12:00 ~		점심 식사
13:00 ~		빛과 망원경 2: ①반사의 법칙과 반사 망원경 권순길 이상록 4시간       ②반사 망원경의 얼개와 작동 정상은, 이용정 1시간	특강 2: 태양이라는 이름의 별 채종철 서울대 교수 2시간	특강 4: 창의체험활동과 과학교육 우종옥 전 교원대 총장 2시간	귀 가
14:00 ~	접수 및 숙소 배정
15:00 ~	여는 마당, 생활 안내		천체관측 1: 태양활동의 실시간 관측 임상욱, 정상은 1시간	플라네타리움 3: 태양계 행성들의 성질 영상 Realm of light 이용정, 정상은 2시간
16:00 ~	특강 1: 지구-달계에 얽힌 우연과 필연의 사연 홍승수 원장 2시간		특강 3: 별똥별 아줌마의 천문동화 이지유 작가 2시간
17:00 ~				실험체험 3: 실험결과 분석 및 보고서 작성 권순길, 이상록, 김민경 1시간
18:00 ~	저녁 식사
19:00 ~	실험체험 1: ①실험체험 프로그램의 개발과정 이해 홍승수 원장 0.5시간   ②원운동 실험체험의 실제 권순길, 이상록, 김민경 2.5시간	②반사 망원경의 얼개와 작동 정상은, 이용정 1시간   ③망원경의 분해능, 집광력, 배율 정상은, 이용정 1시간	플라네타리움 1: 천구좌표계, 별자리, 계절과 시간 권순길, 이상록 2시간	천체관측 3: 성단, 성운, 은하 CCD 측광 관측 권순길, 이용정, 정상은 3시간
20:00 ~
21:00 ~		실험체험 2: ①모둠별 실험 주제 선정 권순길, 이상록, 김민경 1시간	천체관측 2: 행성과 위성 관측 이용정, 정상은 1시간
22:00 ~	활동 정리 및 취침

※ 상기 일정표는 기상 및 운영 여건에 따라 변경될 수 있습니다.

 

 

Ⅲ

천문우주 교육 지도자 과정 전문연수 교과 내역

■ 연수개요

이번에 우리가 열고자 하는 「천문우주 교육 지도자 과정 전문연수」는, 청소년을 대상으로 천문우주 과학교육을 실시하고 있는 청소년수련원과 초등학교에서 천문·우주·과학 교육에 어려움을 겪는 현장의 지도자 및 대학에서 청소년 및 천문우주를 공부하고 있는 예비지도자를 위한 40시간의 이론 및 실습 과정이다. 초등교과 과정에서 천문우주 관련 주제만 발췌하여 ‘빛의 기본 성질’과 ‘별자리의 천구상 운동’이란 두 개의 커다란 개념의 틀로 묶어서 그 핵심 사항을 이론과 실습을 통해 심도 있게 다룰 계획이다. 또한 우주과학으로의 연계를 위한 실험체험 프로그램을 개발하는 과정을 실제로 시연해 보이고자 한다. 그리고 연수 참가자는 자신의 프로그램을 직접 개발하는 실습을 하게 된다.

 

현재 대부분의 천문·우주·과학교육 시설에는 천체를 관측할 수 있는 소구경의 광학 망원경이 잘 구비돼 있다. 그러나 정교한 기계 · 광학 장비인 망원경을 능숙하게 조작 · 활용 할 수 있는 지도자가 부족하여, 이 귀중한 과학 교구재가 제 기능을 다 발휘하지 못하는 안타까운 실정이다. 금번 직무연수에서는 이러한 현실적 한계를 극복할 요량으로, 빛의 기본 성질과 망원경의 작동 원리를 이론과 실습을 통해 집중적으로 교육하고자 한다. 한편 천문관측은 망원경의 광학적 원리뿐 아니라 천구 좌표계에 대한 확실한 이해를 전제로 한다. 우리가 보유한 플라네타리움은 천문교육에 더없이 좋은 보조도구이다. 별자리와 태양계 천체들의 천구 상 겉보기 운동을 플라네타리움에서 재연하여 보여주고, 좌표계의 개념과 태양계 천체의 천구상 운동을 깊이 있게 분석할 것이다.

 

디지털 카메라의 출현 덕분에 소구경의 망원경이 막강한 위력을 발휘하게 됐다. 우리는 이번 연수에서 CCD 카메라를 이용하여 성운의 정량적 측광을 시도할 계획이다. 빛의 기하광학적 특성을 이해하는 데 바늘구멍 사진기만큼 효과적인 교구재도 찾아보기 어렵다. 이러한 이유에서 초등 과학 교육 과정은 바늘구멍 사진기를 중요한 실험 주제로 삼고 있다. 본 연수과정에서 바늘구멍 사진기의 작동 원리를 철저하게 다룰 계획이다.

 

또한, 실험체험 프로그램은 과학의 기본원리를 체험자가 쉽게 이해할 수 있는 장점을 지니고 있어 그 교육의 효과가 크다. 이번 연수에서는 실험체험의 한 예로서 ‘구심력, 동경, 각속도의 관계’를 확인해 보겠다. 이 실험에서 자료를 획득, 분석, 해석하여 보고서를 작성하고 이를 근거로 프로그램을 개발하는 과정을 실제로 경험하게 될 것이다. 연수 참가자는 본인이 선택한 주제의 실험 프로그램을 직접 개발해 보고 활동지(活動誌)도 작성하게 된다.

 

이번 연수에서 빼놓을 수 없는 특징이 몇 가지 있다. 서울대학교 물리·천문학부에 재직 중인 채종철 교수를 초빙해 ‘태양이란 이름의 별’을 주제로 태양에 관해 심도 있는 교육을 할 것이다. 한국교원대학교에서 총장을 역임하고 교육현장에서 오랜 동안 창의체험과 영재교육을 연구해온 우종옥 교수에게서 ‘창의체험 활동과 과학교육’에 관한 그분의 경험을 듣게 될 것이다. 서울대학교 천문학과 대학원에서 관측천문학을 전공하고 ‘별똥별 아줌마’라는 애칭으로 초등학생과 학부모들에게 각별한 사랑을 받고 있는 작가 이지유 선생도 초청하여 천문우주 및 과학 교육에서 동화가 발휘할 수 있는 고유의 역할 공간을 짚어볼 계획이다.

 

청소년들이 우주탐사의 푸른 꿈을 키우려면 천문우주뿐 아니라 항공우주에 대한 흥미와 이해가 또한 필요하다. 그래서 항공기와 우주선 비행의 공학적 원리를 체득할 수 있는 연수과정도 현재 구상 중임을 여기에 미리 밝혀 둔다.

 

 

 

■ 단원별 교과 개요

1. 실험체험 프로그램 개발의 실제 : 10시간

가. 실험체험 프로그램의 개발 과정 이해 (0.5)

나. 원운동 실험체험의 실제 (2.5)

- 주제 : 구심력, 동경, 회전속도

- 실험보고서 : 결과, 분석, 논의, 응용

- 활동지 작성

다. 모둠별 실험 주제 선정 (1.0)

- 아래에 제공된 후보 주제들 중에서 각 모둠이 자유로이 선택한다.

1) 흡수와 반사

2) 마이크로중력 상황에서의 양초의 불꽃

3) 단진자를 이용한 에너지 보존법칙의 체험

4) 각 운동량의 보존 법칙

5) 빛의 간섭을 이용한 파장 측정

라. 선정한 실험의 설계 및 수행 (3.0)

마. 실험결과 분석 및 보고서 작성 (1.0)

바. 실험체험 프로그램 매뉴얼 작성, 발표 및 토론 (2.0)

 

 

2. 빛과 망원경 : 10시간

가. 빛의 직진성과 바늘구멍 사진기 (2.0)

나. 사진기의 결상원리 (1.0)

다. 반사의 법칙과 반사 망원경 (4.0)

라. 반사 망원경의 얼개와 작동 (2.0)

마. 망원경의 분해능, 집광력, 배율 (1.0)

 

 

3. 천체 관측 : 5시간

가. 태양 활동의 실시간 관측 (1.0)

나. 행성과 위성 관측 (1.0)

다. 성단 · 성운 · 은하 CCD 측광 관측 (3.0)

 

4. 특강 : 8시간

가. 지구-달계에 얽힌 우연과 필연의 사연 (2.0)

나. 태양이라는 이름의 별 (2.0)

다. 별똥별 아줌마의 천문동화 (2.0)

라. 창의체험 활동과 과학교육 (2.0)

 

5. 플라네타리움 : 7시간

가. 천구 좌표계, 별자리, 계절과 시간 (2.0)

나. 일식, 월식, 달의 위상 (1.5)

다. 우주과학 관련 영상물: Two small pieces of glass (0.5)

라. 행성 궤도의 공간 분포와 공명 (1.0)

마. 태양계 행성들의 성질 (1.5)

- 물리적 성질

- 내부구조, 대기, 화학조성

- 위성, 고리구조, 자전운동

바. 우주과학 관련 영상물: Realm of light (0.5)

■ 교과 내용 및 담당 강사

1. 실험체험 프로그램 개발의 실제 : 10시간

가. 실험체험 프로그램의 개발 과정 이해

강 사: 홍승수 원장 ; 구 성: 강의 0.5시간

 

이 강의에서는 실험체험 프로그램을 개발하는 일련의 과정을 조감하고 그 내용을 개념적 수준에서 이해하고자 한다. 우리가 물리학, 천문학, 항공공학 등과 관련하여 독창적인 실험을 새로 구상하기란 실질적으로 불가능하다. 그럴만한 이유가 따로 있다. 체험활동에서 다루어져야 할 실험이라면 주제가 당연히 해당 분야의 근본 원리에 관한 것이어야 하며, 그렇기 때문에 하나의 원리에 이를 수 있는 실험이 역사를 통하여 수없이 많이 고안되었으며 이미 그 위력이 검증됐을 것이다. 이러한 상황에서 지도자들이 고민해야 할 사안은, 새로운 실험의 개발보다, 효력이 이미 검증된 유명 실험의 핵심을 어떻게 하면 청소년들에게 쉽게 체험케 할 수 있느냐 일 것이다.

 

현실적으로 실험체험 프로그램을 개발할 수 있는 과정을 세 단계로 나누어 제시하겠다. 첫째 단계: 유명 실험들 중에서 기초 원리를 겨냥한 하나의 실험이 정해지면, 실험체험 프로그램을 개발하려는 지도자 자신이 우선 그 실험을 철저하게 수행하고 결과를 분석한 다음, 실험 보고서를 자세하고도 엄밀하게 작성 한다. 자신의 체험을 자신의 말로 확실하게 기술한 보고서가 돼야 한다. 그리고 측정 및 분석의 수준을 체험활동에 임할 청소년이 아니라 해당 실험체험 거리를 고안하고 발전시키는 연구자의 눈높이에 맞춰야 할 것이다. 그래야 다음 단계로 넘어갈 수 있다.

 

둘째 단계: 해당 실험의 목적, 내용, 방법 및 절차, 주의 사항, 그리고 우주 탐구에의 응용 예 등을 자기 말로 기술하여 자기만의 실험체험 프로그램을 작성한다. 이 단계에서 프로그램 개발자는 자기 자신이 아니라 활동 현장의 지도자들을 의식해서 되도록 친절하고 확실한 안내문을 만들 수 있어야 한다. 즉, 미지의 지도자를 위하여 깊이 있고 유익한 매뉴얼을 만드는 단계이다. 매뉴얼이 만들어졌다면 동료 지도자에게 전해서 그 효력을 시험하고 자신의 매뉴얼을 수정?보완할 필요가 있다.

 

셋째 단계: 학생이 작성할 활동지(活動誌)를 만든다. 활동지에는 측정 자료를 일목요연하게 정리할 수 있는 표와 그림 들이 들어간다. 이 도표들의 배치는 분석을 쉽게 할 수 있도록 체계적일 필요가 있다. 터득한 원리의 이해 정도를 가늠할 수 있는 질문이 반드시 포함돼야 한다. 그러므로 활동지는 학습지의 역할도 겸한다. 이때 질문은 사고의 흐름을 유연하게 유도할 수 있도록 구성돼야 할 것이다. 끝으로, 주어진 실험체험을 통하여 터득하게 된 기본 원리가 우주 탐구에 어떻게 쓰이는지를 보여주는 예시, 설명, 읽을거리 등과 함께 전반적 이해의 정도를 가늠하는 질문이 들어간다. 이때 답이 활동지에 그대로 드러나지 않게 유의해야 한다. 우리의 실험체험 목표가 학생들의 창의적 사고력을 키우는 데 있기 때문이다.

 

나. 원운동 실험체험의 실제

강 사: 권순길, 이상록, 김민경 ; 구 성: 실습 2.5시간

 

이 실험의 목적은 원운동을 하는 물체의 구심력을 측정하고, 힘의 세기f가 질량m, 회전 반경r, 회전 각속도ω 사이에 f = mrω2의 관계가 성립하는지를 확인하기 위함이다. 볼펜 대롱에 줄을 통과 시키고 실끝에 회전시킬 작은 질량의 물체를 매달고, 나머지 한쪽에 추를 내려뜨려 중력이 회전하는 물체의 구심력이 되도록 한다. 구심력의 크기에 따른 회전 각속도의 변화와 동경의 길이에 따른 각속도의 변화를 측정하고 그 결과를 정량적으로 분석한다. 측정 결과를 편차와 함께 그래프에 나타내어 f = mrω2의 관계를 확인한다. 또한 연수자들은 실험결과를 자신들의 예상과 비교하여 오차의 원인을 분석하고, 실험보고서의 작성법을 익힌다.

 

우리는 1차로 작성된 보고서를 바탕으로 이를 보완하기 위한 제2차 실험을 구상한다. 제2차 실험에서는 1차 보고서에서 추론한 오차의 원인이 실제와 일치하는지를 조사하게 된다. 이러한 과정을 반복함으로써 결국 자신이 쓴 실험 보고서가 청소년활동에 적용 가능한 프로그램의 개발로 이어질 것이다.

 

다. 모둠별 실험 주제 선정

강 사: 권순길, 이상록, 김민경 ; 구 성: 실습 1시간

 

각 모둠은 아래 제시한 다섯 개의 실험체험 거리들 중에서 하나를 자의로 선택한다. 앞에서 수강한 ‘원운동 실험체험의 실제’의 경우, 실험체험 거리가 바로 ‘원운동’이었음에 유의하기 바란다. 실험을 수행하는 데 필요한 정보와 기구 및 재료는 별도로 제공될 것이다.

1) 흡수와 반사

2) 마이크로중력 상황에서의 양초의 불꽃

3) 단진자를 이용한 에너지 보존 법칙의 체험

4) 각 운동량의 보존 법칙

5) 빛의 간섭을 이용한 파장 측정

 

라. 선정한 실험 설계 및 수행

강 사: 권순길, 이상록, 김민경 ; 구 성: 실습 3시간

 

각 모둠에게 별도로 제공된 자료 이외의 정보가 더 필요한 경우 인터넷과 본 센터 「보들도서관」에 소장된 도서를 활용할 수 있다. 충분한 정보와 자료를 수집한 다음, 모둠의 모든 구성원은 서로 합심하여 해당 실험을 수행할 수 있도록 구체적인 설계를 하고 그 설계에 따라 공동으로 실험을 수행한다. 실험 결과를 정리할 때 택할 수 있는 좋은 방법 중 하나가 그래프를 그려서 변량들 사이의 경향성을 확인하는 것이다. 이 과정에서 연수 참가자는 오차의 범위를 확인하는 방법을 익히게 될 것이다. 필요한 실험 기구는 본 센터의 공작실에서 제작할 수도 있다. 배부된 실험지와 디지털 카메라를 이용하여 실험 결과를 기록?관리 한다.

 

마. 실험 결과 분석 및 보고서 작성

강 사: 권순길, 이상록, 김민경 ; 구 성: 실습 1시간

 

‘원운동 실험체험의 실제’에서 학습한 대로, 각 모둠의 구성원들은 모둠의 실험 결과를 공동 분석하고, 분석 결과의 의미를 심도 있게 토의한 후, 최종 보고서를 공동으로 작성하여 제출한다. 보고서 작성 시 오차 분석을 철저히 하여야 한다.

 

바. 실험체험 프로그램 매뉴얼 작성, 발표 및 토론

강 사: 권혁도, 권순길, 이용정 ; 구 성: 실습 2시간

 

‘원운동 실험체험의 실제’에서 학습한 내용을 따라 모둠의 구성원 각자는 모둠이 작성한 공동 보고서를 근거로 자신의 실험체험 프로그램 매뉴얼과 활동지를 작성하여 제출한다. 실험 보고서는 공동으로 작성하지만 프로그램 매뉴얼과 활동지는 각자가 따로 만들어야 한다. 선정된 몇 건의 실험체험 프로그램 매뉴얼들은 참가자 앞에서 발표하고 토론할 예정이다.

 

2. 빛과 망원경 : 10시간

가. 빛의 직진성과 바늘구멍 사진기

강 사: 권순길, 이상록 ; 구 성: 이론 0.5시간, 실습 1.5시간

 

빛의 직진성에 근거하여 평면거울의 결상 원리를 체험으로 터득케 한다. 바늘구멍 사진기를 이용한 결상 현상을 이해하기 위해 구멍의 크기, 구멍과 스크린 사이의 거리, 피사체와 구멍 사이의 거리, 구멍의 개수, 구멍의 모양 등을 변화시켜가면서 영상에 어떤 차이가 생기는지 조사 한다. 그 결과를 토대로 하여 각자 자신의 바늘구멍 사진기를 설계하고, 원한다면 직접 제작 할 수 있는 기회를 갖게 한다.

나. 사진기의 결상원리

강 사: 권순길, 이상록 ; 구 성: 이론 0.5시간, 실습 0.5시간

 

빛의 직진, 반사, 굴절에 의한 결상의 원리를 광선 추적법을 이용한 작도를 통하여 이해하게 될 것이다. 사진기와 눈의 작동 원리를 비교?분석 할 수 있고, 안경에 적용시켜 근시와 원시에 따른 필요한 렌즈의 종류도 파악 할 수 있다. 이 강의에서 학습한 내용이 ‘반사망원경의 얼개와 작용’을 배울 때 유용하게 쓰일 것이다.

 

다. 반사의 법칙과 반사 망원경

강 사: 권순길, 이상록 ; 구 성: 이론 2시간, 실습 2시간

 

빛의 직진성을 이해한 연수 참가자에게 두 거울의 배치가 상에 주는 영향을 터득하게 하며 동시에 입사각과 반사각의 개념을 익히게 한다. 드라이아이스로 만든 안개속에서 거울과 레이저를 이용하여 빛의 반사 현상을 체험케 할 것이다. 또한 태양열 반사판을 이용하여 집음 장치를 구현하고 소리가 모여지는 초점의 위치도 확인하게 할 것이다. 투명 아크릴을 활용하여 포물면경의 특성을 체험하는 실험을 수행한다. 포물선의 수학적 정의와 집광 원리를 터득함으로써 반사 망원경의 작동 원리를 쉽게 이해하게 될 것이다.

라. 반사망원경의 얼개와 작동

강 사: 이용정, 정상은 ; 구 성: 이론 1시간, 실습 1시간

 

소구경의 반사망원경 한 대를 완전히 분해하여 그 내부 구조를 확인하고 빛의 진행 경로를 따라가 본다. 이때 망원경을 구성하는 각 광학부의 작동 원리를 실제로 체험할 수 있을 것이다. 분해한 망원경을 재조립하는 과정에서 연수 참가자들은, 망원경의 성능을 구현하는 데 광축의 정렬이 얼마나 중요한지 실감하게 된다. 또한, 광축을 정렬하는 효율적 방법과 반사경면의 유지 및 관리법 등을 배우게 될 것이다.

 

마. 망원경의 분해능, 집광력, 배율

강 사: 이용정, 정상은 ; 구 성: 이론 0.5시간, 실습 0.5시간

 

분해능, 집광력, 배율이 망원경의 성능을 가늠하는 기본 요소이다. 망원경의 집광력과 분해능을 결정하는데 망원경의 구경이 가장 주요한 요인으로 작용하게 되는 물리적 이유를 학습한다. ‘사진기의 결상 원리’에서 학습한 내용을 근거로 대물경과 대안렌즈의 초점거리가 상의 배율을 결정하게 되는 과정을 학습한다. 또한 주 초점면에 만들어지는 상의 밝기가 대물경의 초첨거리와 구경의 비에 의해서 결정됨을 알게 될 것이다.

 

3. 천체 관측 : 5시간

가. 태양 활동의 실시간 관측

강 사: 임상욱, 정상은 ; 구 성: 실습 1시간

 

가시광으로 대낮에 관측할 수 있는 거의 유일한 천체가 우리의 태양이다. 이 연수에서 우리는 태양 표면에서 벌어지는 각종 폭발 현상을 실시간으로 직접 관측할 계획이다. 관측에 동원될 수 있는 여광판의 종류는 다양하겠지만 본 연수에서는 백색 필터와 Hα 단색 필터만을 사용하겠다. 필터의 중심 파장에 따라 그 필터로 들여다볼 수 있는 태양 대기층의 깊이가 다르다는 사실을 학습하고, 사용한 필터에 따라 관측 결과에서 도출될 수 있는 태양의 물리량이 무엇인지 알게 될 것이다.

 

나. 행성과 위성 관측

강 사: 이용정, 권순길, 정상은 ; 구 성: 이론 0.5시간, 실습 0.5시간

 

연수가 진행되는 동안에 하늘에 나타나는 행성과 위성을 망원경으로 직접 관측하여 표면의 특성을 확인한다. 달을 관측할 수 있으면 표면에 산재하는 운석 구덩이의 모습을 자신의 말로 기술하게 한다. 이 과정에서 연수자는 운석 구덩이에 관련된 다양한 성격의 질문 거리를 발견하게 될 것이다. 목성을 관측할 수 있다면 대적반, 줄무늬, 무늬의 색깔 등을 자신의 말로 기술하게 한다. 또한 목성 주위에서 갈릴레오 위성들이 확인되면 짧은 시간 안에 이들의 목성 주위 공전 운동도 실감할 수 있을 것이다. 목성 이외에도 금성, 화성, 토성 등을 관측할 수도 있다.

 

다. 성단, 성운, 은하 CCD 측광 관측

강 사: 권순길, 이용정, 정상은 ; 구 성: 이론 1시간, 실습 2시간

 

연수생 각자가 선택한 천체를 망원경을 통하여 직접 육안으로 관측하고 그 상세한 모습과 특성을 기록으로 남긴다. 그 다음에 CCD 카메라를 망원경에 장착하여 해당 이미지를 수치적 정보로 확보한다. 이렇게 확보한 수치 정보를 정량적으로 분석하여 해당 천체의 표면 밝기 분포도를 작성한다. 이 실습을 통하여 연수생은 천문측광의 기본 원리를 학습하게 된다. 관측의 대상 천체로는 점광원을 피하고, 달, 행성, 성단, 성운, 외부은하 등과 같이 비점광원으로 제한한다. 점광원의 절대 측광에 필요한 표준화 작업에서 대기 소광 보정이 긴 시간을 필요로 하는 난해한 과업이기 때문이다.

 

 

4. 특강 : 8시간

가. 지구-달계에 얽힌 우연과 필연의 사연

강 사: 홍승수 원장 ; 구 성: 이론 2시간

 

행성-위성 짝으로서 지구-달 계는 특이한 존재다. 달은 위성이라 하기에는 질량이 지나치게 크며, 지구-달 계의 고유 각운동량 역시 여타의 행성-위성 짝들에 비하여 그러하다. 달의 평균밀도는 지구 맨틀의 값과 비슷하지만, 백도白道가 적도赤道보다 오히려 황도黃道에 더 가깝다. 월석月石의 화학 조성이 전반적으로 지구의 맨틀과 일치하는 듯하지만 휘발성 원소와 일부 친철親鐵원소들은 맨틀과 뚜렷한 차이를 보인다.

이와 같은 지구-달 계의 특이성을 근거로, 달의 기원을 거대 충돌 사건에서밖에 찾을 수 없었던 저간의 사정을 밝혀서 거대 충돌의 우연성과 개연성을 가늠할 것이다. 한편 충돌 이후에 전개된 지구-달 계의 동력학적 진화는 필연의 연속이었다. 우연의 소산으로 태어난 달이 필연의 과정을 거치면서 그 막중한 질량으로 모母행성의 자전축 방향을 안정적으로 유지해 줄 수 있었다. 달과 같이 큰 질량의 천체가 지구 곁에 없었다면 목성이 주는 섭동 때문에 지구의 자전축이 큰 진폭으로 흔들려 기후의 극심한 변화를 피할 수 없었을 것이다. 그러므로 비정상적으로 무거운 우리 달의 존재가, 지구의 생태 환경을 원시 생명이 오늘의 상황으로 진화할 수 있도록 유지하는 데 결정적 요소로 작용했다.

외계 행성에 지적 생명체의 존재 여부가 현대 천문학에서 초미의 관심 사안이다. 지구-달 계에 얽힌 우연과 필연의 사연이 지구 생명의 유일성과 외계 생명의 보편성 여부를 가늠하는 데 하나의 지표가 되기 때문이다.

 

나. 태양이라는 이름의 별

강 사: 채종철 교수 ; 구 성: 이론 2시간

 

우리에게 가장 가까운 별이 태양이다. 지구에서 사용하는 거의 모든 에너지의 궁극적 원천이 태양이다. 에너지원으로서 태양의 가치와 특히 청정 대체 에너지원으로서의 태양의 허와 실을 살펴 본다. 태양 관측 자료로부터 태양의 각종 물리량과 그 분포상을 밝히는 과정을 학습한다. 그 결과 태양의 내부 구조와 진화 과정을 살펴볼 수 있을 것이다. 또한 태양 표면에서 벌어지는 각종 폭발 현상을 통하여 정온태양과 활동태양의 진면목을 돌아볼 계획이다. 태양에서 방출되는 높은 에너지의 전하들이 지구에 미치는 영향을 조사하여 현대에 와서 왜 우주 기상 예보의 필요성과 중요성이 강조되는지를 이해하고자 한다.

 

다. 별똥별 아줌마 천문동화

강 사: 이지유 과학동화 작가 ; 구 성: 특별강연 2시간

 

우주에서 벌어지는 각종 천문 현상을 어린이들에게 효율적으로 교육하는 데 동화만큼 훌륭한 매개체도 찾기 어려울 것이다. 천문학을 포함하여 지구과학 전 분야에 걸쳐 여러 종류의 동화와 해설서를 저술한 ‘별똥별 아줌마’에게서, 우리는 동화를 통한 체험이 어떻게 어린이들을 우주로 달려갈 수 있게 하는지 배우게 될 것이다. 연수자는 많은 질문거리를 가지고 이 강의에 임해 주기 바란다.

 

라. 창의체험 활동과 과학교육

강 사: 우종옥 전교원대학교총장 ; 구 성: 이론 1시간 40분, 질의응답 20분

 

오랜 동안 과학교육에 헌신해온 한국교원대학교의 전 총장 우종옥 박사를 초빙하여 체험활동이 과학교육에서 차지하는 중요성에 대한 얘기를 들을 계획이다. 우리나라 교육현장에서 왜 창의적 체험활동이 중요한 화두로 갑자기 대두될 수밖에 없었는지 그 저간의 사정을 살펴봄으로써 일선 교실에서 뿐 아니라 교실 바깥 현장에서 활동해야 하는 우리들이 청소년에게 무엇을 어떻게 왜 해줘야 하는지를 알게 될 것이다. 그리고 이 강의가 우리에게 과학영재 교육의 실과 허를 또한 짚어 줄 것으로 기대한다.

 

 

 

 

5. 플라네타리움 : 7시간

가. 천구 좌표계, 별자리, 계절과 시간

강 사: 권순길, 이용정, 임상욱, 정상은, 이상록 ; 구 성: 강연 2시간

 

지구의 자전과 태양 주위 공전, 달의 자전과 지구 주위 공전 운동 등을 플라네타리움에서 먼저 재연해 보이겠다. 그러면 천구 상에서 태양과 달의 지구에 대한 상대 운동의 경로를 나타내는 황도와 백도, 거기에다 지구 적도면의 천구상 투영인 하늘의 적도 등의 위치를 각각 확인해 보여줄 수 있다. 동시에 하늘의 남극과 북극 및 황도의 남극과 북극 점들이 어디에 오는지도 알려줄 수 있다. 이렇게 기준면과 기준점 들이 정의되면 적도 좌표계와 황도 좌표계를 설정할 수 있다. 천구 좌표계가 천체의 위치를 정량적으로 표현하기 위한 한 방편이라면, 전 하늘을 88개의 구역으로 나눈 별자리는 천체의 위치를 정성적으로 가늠하는 데 편리하게 쓰인다.

 

태양을 중심으로 하는 지구의 공전 운동이, 지구 자전축의 황도면에 대한 경사 때문에 지구에 계절의 변화를 가져온다. 계절의 변화 및 일상을 지배하는 주야간의 차이는 전적으로 지구의 태양에 대한 상대운동에 의해 결정될 것이다. 따라서 시간 측정에는 지구 자전의 항성 주기보다 태양에 대한 회합 주기가 기준이 돼야 한다. 그런데 지구는 태양 주위를 타원 궤도를 그리며 케플러의 면적속도 일정의 법칙을 따라 공전한다. 따라서 태양과의 회합주기는 계절에 따라 조금씩 다르게 마련이다. 그렇다고 하루의 길이를 계절에 따라 다르게 잡을 수도 없는 노릇이므로, 우리는 평균 태양이라는 가상의 천체를 도입했던 것이다.

 

나. 일식, 월식, 달의 위상

강 사: 권순길, 이용정, 임상욱, 정상은, 이상록 ; 구 성: 강연 1.5시간

 

플라네타리움에서는 지구의 공전과 자전의 실제 속도보다 더 빨리 회전시키거나 되돌릴 수 있기 때문에 행성과 위성의 운동을 이해하기 쉽다. 또한 지구 밖으로 나가서 태양을 중심으로 한 행성의 공전과 자전운동을 확인할 수 있다. 이를 통해서 지구와 달의 운동을 확인하여 달의 위상 변화와 개기일식, 금환일식, 부분일식과 부분월식, 개기월식 등이 일어날 조건을 확인하고, 일식이 음력 초하루에 일어나고, 월식이 음력 15일 전후에서 일어나는 이유를 이해한다.

 

다. 우주과학 관련영상물: Two small pieces of glass

강 사: 임상욱 ; 구 성: 강습 30분

 

카네기 사이언스센터에서 2009년 세계천문의 해를 맞이하여 제작한 이 영상물은 별잔치Star Party에 참가한 아이들에게 망원경에 대한 궁금증을 해결해 주는 형식으로 관람객을 별과 천문학의 세계로 안내한다. 망원경의 종류와 발달과정을 설명하고, 갈릴레이가 망원경을 이용하여 목성과 그 4대 위성을 관측하여 지동설을 증명한 과정과 소형 망원경에서부터 대형 우주 망원경까지 현대 관측기기가 발전해 온 역사를 알게 되고, 망원경의 발달에 따른 천문학 연구의 발전 과정도 돔 영상을 보면서 이해한다.

라. 행성 궤도의 공간분포와 공명

강 사: 정상은, 이용정, 임상욱 ; 구 성: 강연 1시간

 

플라네타리움에서는 관측자의 위치를 지구가 아닌 다른 천체로 마음대로 옮길 수 있을 뿐 아니라 궤도 운동의 속력을 임의로 조정하고 심지어 그 진행 방향까지 과거로 되돌릴 수 있다. 그러므로 플라네타리움을 이용하면 행성의 공전과 자전 및 태양계 안에서 행성 궤도의 상대 분포 등을 쉽게 보여 줄 수 있다. 각 행성에 딸린 위성들의 운동을 제3자의 관점에서 조망하기도 한다. 특히 주어진 행성에 딸린 위성들의 공전 주기가 간단한 두 정수들의 비로 표현되는 경우, 한 위성의 다른 위성에 대한 상대 궤도가 매우 흥미로운 모습을 보여준다.

이 강의에서 우리는 궤도의 공간 분포로부터 태양 행성들의 이원성 내지 삼원성을 입증해 보이겠다. 또한 해왕성과 명왕성 사이에 성립하는 2 : 3 궤도 공명, 명왕성의 비정상적으로 큰 궤도 경사각과 이심률 등으로부터 명왕성이 행성의 반열에서 추출 당하게 된 저간의 사정도 알아볼 계획이다.

마. 태양계 행성들의 성질

강 사: 정상은, 이용정, 임상욱 ; 구 성: 강습 30분

 

최근 개관한 우리 플라네타리움에는 태양계 행성들의 표면 모습을 비교적 상세하게 보여주는 기본 영상물이 있다. 이 영상물을 이용하여 행성 표면의 특성을 알아보겠다. 그 결과 태양계 행성의 자전 속도가 태양 중심 거리에 따라 크게 다르다는 사실을 확인할 수 있을 것이다. 또한 표면 모습도 두 부류로 확연하게 나뉜다. 질량, 크기, 궤도 장반경, 자전속도, 표면 특성, 위성의 수 등이 소행성 대를 경계로 양쪽에서 판이하게 다르다는 사실을 강조할 것이다. 끝으로 이러한 차이가 태양계의 기원에 시사하는 바를 심도 있게 논의하겠다.

 

바. 우주과학 관련영상물: Realm of light 빛의 왕국

강 사: 권순길 ; 구 성: 강습 30분

 

인류는 자신이 어디에서 와서 어디로 가는가를 끊임없이 물어왔다. 이 영상물을 보면서 우리는 대폭발로 시작된 시공간에 중원소가 채워지고, 그 일부 중원소들이 결합하여 지구형의 고체 행성으로 만들어지는 우주 진화의 억겁을 겨우 25분 안에 따라가 본다. 그러니까 이 영상물은 우리로 하여금, 빅뱅으로 열린 시공간, 거기에 별과 은하의 탄생, 별 내부에서 이뤄진 중원소의 합성, 행성계의 형성, 행성 지구에 생명의 출현과 다윈 진화, 드디어 문명의 태동으로 이어져서, 오늘날 외계 생명 탐사에 이르는 우주와 인류의 발달사를 영상과 음악에다 시적 나레이션을 버무려 보고, 듣고, 느끼게 한다.