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덕희 채
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1 융합형 과학 1 자연선택과 진화 적응과 진화의 신비 지구상에는 다양한 생물이 살고 있다. 모든 생물은 환경 변화에 끊임없이 적응해나가며 진화한다. 생물의 진화는 곧 변화 를 의미한다. 이번 호에서는 자연선택에 의해 생물이 진화하는 기작에 대해 살펴보겠다. 교과서 구술 가이드 1% 용어사전 생명과학 대립유전자 : 상동 염색체에 서로 대응해 쌍을 이루는 대립형질의 유전자 글 김대준 zuzuni@naver.com 서울대 생물교육과를 졸업하고, 현재 세종과학고에서 생명과학을 가르치고 있다. 생명체 내에서 일어나는 오묘한 현상 속에 숨겨진 과학적 원리를 학생 스스로 발견해 생명과학에 흥미를 갖도록 지도하는 데 관심이 있다. 자연선택과 진화 다윈은 종의 기원 에서 현재 지구에 살고 있는 모든 생물 종들은 지금과는 달랐던 과거의 조상 종으로부터 유래했다고 주장했다. 현재는 진화 를 시간에 따른 집단내 대립 유전자의 빈도 변 화 로 본다. 대립 유전자 빈도를 변화시키는 가장 주된 요인은 자연선택(natural selection)이다. 집단 내 개체 사이에는 특정 형질에 있어 다양한 변이 가 나타나며, 이중 일부는 자손에게 전달된다. 집단은 환경 부양 능력보다 더 많은 수의 자손을 낳으므로, 자 손중 많은 수는 생존하지 못한다. 따라서 어떤 환경에서 높은 생존과 생식 확률 을 보장하는 유리한 대립 유전자를 가진 개체는 그렇지 못한 개체보다 많은 수의 자손을 낳는 자 연선택이 일어난다. 자연선택된 개체의 자손은 부모의 대립 유전자를 물려받으므로 집단 내 유 리한 대립 유전자의 비율이 증가해 개체들이 유 리한 형질을 갖도록 진화가 일어난다. 진화의 원동력 : 유전적 다양성 개체들이 모두 유전적으로 같다면 자연선택은 일어나지 않는다. 유전적 다양성은 돌연변이와 유성생식을 통한 재조합에 의해 획득된다. 돌연 변이는 유전 물질인 DNA 상에 일어나는 모든 변 화다. 돌연변이가 일어나면 새로운 대립 유전자 가 만들어질 수 있다. 유성생식을 통한 재조합은 대립 유전자 쌍의 무작위적 분리, 교차, 수정을 통해 대립 유전자들을 무작위적으로 섞는다. 하디-바인베르크 원리 대립 유전자의 빈도가 일정하게 유지돼 더이상 진화하지 않는 집단은 하디-바인베르크 원리가 적용된다. 어떤 형질이 한 쌍의 대립 유전자 A, a에 의해 결정되며, 암 수 모두 A의 빈도는 p, a 의 빈도는 q로 같다고 하자. 이때 p+q는 항상 1 이 되고, A 또는 a가 들어 있는 생식 세포가 만 들어질 확률은 각각 p 또는 q와 같다. 따라서 무 작위적 교배가 이뤄지면 자손 세대의 유전자형 과 빈도는 하디-바인베르크 방정식으로 나타낼 수 있다. 수 암 A (p) a (q) A (p) AA (p 2 ) Aa (pq) a (q) Aa (pq) aa (q 2 ) AA+Aa+aa=p 2 +2pq+q 2 =(p+q) 2 =1 자손 세대에서 A의 빈도는 (p 2 +pq)/(p 2 +2pq +q 2 =p), a의 빈도는 (pq+q 2 )/(p 2 +2pq+q 2 )=q로 부모 세대와 같다. 이를 역으로 이용해서, 만약 어떤 집단이 하디-바인베르크 방정식을 만족하 지 않는다면 이 집단은 대립 유전자의 빈도가 변 하고 있으며 진화하고 있다고 볼 수 있다. link 이번 호에서는 융합형 과학 교과서 생명의 진화 단원 에서 자연선택에 의한 생물의 진화를 살펴봤다. 이 내 용은 생명과학Ⅱ 생물의 진화 단원에서 진화의 원리와 연관된다. 더 관심 있는 학생들은 다윈의 종의 기원 을 쉽게 풀어쓴 책들이 많이 있으니 꼭 읽어보길 바란다. 42

생명체 내에서 일어나는 오묘한 현상 속에 숨겨진 과학적 원리를 학생 스스로 발견해 생명과학에 흥미를 갖도록 지도하는 데 관심이 있다. 자연선택과 진화 다윈은 종의 기원 에서 현재 지구에 살고 있는 모든 생물 종들은 지금과는 달랐던 과거의 조상 종으로부터 유래했다고 주장했다. 현재는 진화 를 시간에 따른 집단내 대립 유전자의 빈도 변 화 로 본다.

2 1자연선택과 관련된 현상들은 자연계에서 많이 관찰할 수 있으며, 이는 인간의 질병 치료와도 큰 연관이 있다. 다음은 자연선택과 진화에 대한 문제들이다. 1) [난이도 하] 자연계에는 한 생물종이 서로 연관 관계가 적은 다른 종과 유사한 형태를 갖는 모방 (의태)이 많이 관찰된다. 예를 들어, 그림과 같이 미국산 줄나비과의 일종인 총독나비는 제주왕나 비과의 일종인 군주나비를 모방했는데, 군주나비 는 포식자에게 맛이 없다. 총독나비가 군주나비 를 모방하게끔 진화된 이유를 자연선택의 관점에 서 설명하시오. 총독나비 군주나비 2) [난이도 상] 페닐케톤뇨증은 유전병으로, 페닐 알라닌이라는 아미노산을 체내에서 대사하지 못 해 발생한다. 체내에는 페닐알라닌을 티로신으 로 전환시키는 효소인 페닐알라닌 수산화효소 (phenylalanine hydroxylase)가 존재하는데, 이 병에 걸리게 되면 효소의 활성이 낮아져서 체내 에 페닐알라닌이 과도하게 축적된다. 과도한 페 닐알라닌의 축적으로 모발이 갈색으로 변하고 피 부의 색소가 결핍되는 증상을 나타낸다. 특히 페 닐알라닌은 뇌혈관장벽(BBB)을 통과할 수 있으 므로 중추신경계도 손상시킨다. 페닐알라닌 수산화 효소에 관여하는 유전자는 12번 염색체의 장완(12q )에 위치하며 상 염색체 열성으로 유전된다. 이 한 쌍의 대립 유전 자인 A와 a라고 하자. 이 경우 aa의 유전자형을 가질 경우 페닐케톤뇨증의 증상을 보인다. 가상 의 한 집단을 유전자 검사해본 결과 240명은 AA, 600명은 Aa, 160명은 aa의 유전자형을 가졌다. 하디-바인베르크 방정식을 사용해 이 집단이 진 화하고 있는지 판단하시오. 전문가 클리닉 1) 자연선택에 의한 생물의 진 화 과정을 묻는 문제입니다. 모방 전략을 사용 하는 개체가 그렇지 않은 개체에 비해 갖게 되는 이점을 중심으로 서술합니다. 2) 집단유전학에 대한 문제로, 집단의 대립 유전 자 빈도를 구하고 하디-바인베르크 방정식에 대 입해 각 유전자형에 따른 예상 개체 수를 계산합 니다. 예시답안 1) 군주나비는 포식자에게 맛이 없 으므로 포식자들은 군주나비를 잡아먹으려 하지 않는다. 군주나비를 모방한 총독나비 역시 포식 자들이 군주나비로 오인하거나 맛이 없을 것이 라 판단해 잘 잡아먹지 않는다. 따라서 유전적인 차이로 인해 군주나비를 보다 많이 모방한 총독 나비는 그렇지 않은 총독나비에 비해 자연선택 돼 생존 및 생식의 기회가 늘어난다. 새롭게 태 어난 자손들 역시 부모의 유전자를 물려받아 군 주나비를 모방하게 된다. 이러한 자연선택이 오 래 지속된 결과, 총독나비 집단 내 군주나비를 닮게 만드는 유리한 대립 유전자의 비율이 증가 하고, 개체들은 군주나비를 더욱 모방하는 방향 으로 진화했다. 2) 유전자형이 AA가 320명, Aa가 560명, aa 가 120명이므로, 이 집단에 존재하는 대립 유 전자 A는 1200개, a는 800개이다. 따라서 이 집단의 A의 빈도 p는 1200/2000=0.6, a의 빈 도 q는 800/2000=0.4(또는 1-0.6)이다. 만 약 이 집단이 진화하지 않는 집단이라면 하디- 바인베르크 방정식을 만족해야 한다. AA의 빈 도는 p 2 =(0.6) 2 =0.36이므로 개체 수는 =360명, Aa의 빈도는 2pq= =0.48이므로 개체 수는 =480 명, aa의 빈도는 q 2 =(0.4) 2 =0.16이므로 개체 수 도전! 1% 클래스 43

체내에는 페닐알라닌을 티로신으 로 전환시키는 효소인 페닐알라닌 수산화효소 (phenylalanine hydroxylase)가 존재하는데, 이 병에 걸리게 되면 효소의 활성이 낮아져서 체내 에 페닐알라닌이 과도하게 축적된다. 과도한 페 닐알라닌의 축적으로 모발이 갈색으로 변하고 피 부의 색소가 결핍되는 증상을 나타낸다.

3 2-3번 힌트 이형접합인 대립 유전자 쌍이 분리돼 서로 다른 생식 세포로 들어가야만 두 생식 세포가 유전적으로 달라진다. 는 =160명이어야 한다. 그러나 실제 개체 수는 이 값을 만족하지 않으므로 이 집단은 진화하고 있다. 2진화의 원동력은 유전적 다양성으로, 이는 유전적으로 다양한 생식 세포가 만들어짐을 의미한다. 1) [난이도 중] 다음은 어떤 생물의 생식 세포 분 열 결과를 나타낸 것이다. 1 AB : Ab : ab : ab = 1 : 1 : 1 : 1 2 AC : Ac : ac : ac = 6 : 1 : 1 : 6 3 BD : Bd : bd : bd = 1 : 0 : 0 : 1 4 CE : Ce : ce : ce = 1 : 5 : 5 : 1 이 자료를 분석해 각 결과 1~4는 어떤 경우에 나타날 수 있는지, 그리고 5쌍의 대립 유전자는 염색체 상에 어떻게 존재하는지 설명하시오. 2) [난이도 상] 학자들마다 조금씩 의견이 다르지 만 지금까지 밝혀진 바에 의하면 사람은 23쌍의 염색체에 총 2만 2000쌍의 대립 유전자를 갖고 있다고 한다. 어떤 사람이 절반의 대립 유전자 쌍 에 대해 동형접합일 때 교차가 일어나지 않을 때 와 교차가 일어날 때에 대해 유전적으로 서로 다 른 생식 세포가 얼마나 많이 만들어질 수 있는지 설명하시오(단, 교차는 염색체 상의 모든 부위에 서 일어날 수 있으며, 이 사람의 23쌍 염색체는 모두 유전적으로 다르다). 전문가 클리닉 1) 양성잡종의 경우 두 유전자 가 독립되어 있거나 교차가 일어나면 유전적으 로 다른 4종류의 생식 세포가 만들어집니다. 교 차가 일어난 경우에는 연관된 유전자를 가진 생 식 세포가 재조합된 유전자를 가진 생식 세포보 다 높은 비율로 만들어진다는 것을 이용합니다. 2) 교차가 일어나지 않으면 한 염색체에 들어 있 는 연관된 유전자들은 항상 같은 생식 세포로 들 어가는 반면, 교차가 일어나면 모든 대립 유전 자 쌍이 무작위적으로 분리돼 생식 세포로 들어 가는 것을 이용해 가능한 생식 세포의 가짓수를 계산합니다. 예시답안 1) 1은 유전자형이 서로 다른 4종 류의 생식 세포가 같은 비율로 만들어졌으므로 A와 B(a와 b)가 다른 염색체에 존재해 독립된 경우에 나타날 수 있다. 2는 4종류의 생식 세포 가 만들어졌지만 유전자형이 AC, ac인 생식 세 포가 보다 많이 만들어졌으므로 A와 C(a와 c) 가 같은 염색체에 연관돼 있고 이들 사이에 교차 가 일어난 경우에 나타날 수 있다. 3은 유전자 형이 BD, bd인 생식 세포만이 같은 비율로 만들 어졌으므로 B와 D(b와 d)가 연관돼 있고 교차가 일어나지 않을 때 나타날 수 있다. 4는 4종류의 생식 세포가 만들어졌지만 유전자형이 Ce, ce 인 생식 세포가 보다 많이 만들어졌으므로 C와 e(c와 E)가 같은 염색체에 연관돼 있고 이들 사 이에 교차가 일어난 경우에 나타날 수 있다. 따 라서 종합해보면 한 상동 염색체 쌍에 [A, C, e] 와 [a, c, E]가 존재하며, 다른 상동 염색체 쌍에 [B, D]와 [b, d]가 존재한다. 2) 이 사람은 총 2만 2000쌍의 대립 유전자를 갖고 있지만 이중 절반은 두 개의 대립 유전자가 서로 같은 동형접합이다. 나머지 1만 1000쌍의 대립 유전자만이 서로 다른 이형접합이다. 만약 교차가 일어나지 않는다면 한 염색체에 연관된 유전자들은 모두 한 덩어리로 움직인다. 이 경 우에는 생식 세포 분열시 상동 염색체 쌍의 무작 위적 분리만 일어나 총 2 23 개의 유전적으로 서로 다른 생식 세포가 만들어질 수 있다. 그러나 모 든 유전자에 대해 교차가 일어나면 1만 1000쌍 의 대립 유전자가 모두 무작위적으로 분리되는 셈이므로 결과적으로 개의 서로 다른 생식 세포가 만들어질 수 있다. 1 44

1 AB : Ab : ab : ab = 1 : 1 : 1 : 1 2 AC : Ac : ac : ac = 6 : 1 : 1 : 6 3 BD : Bd : bd : bd = 1 : 0 : 0 : 1 4 CE : Ce : ce : ce = 1 : 5 : 5 : 1 이 자료를 분석해 각 결과 1~4는 어떤 경우에 나타날 수 있는지, 그리고 5쌍의 대립 유전자는

4 융합형 과학 1 허블 법칙 우주에 대한 새로운 인식 우주에 대한 패러다임을 바꾼 20세기 초반의 사건들은 무엇이 있을까? 우리은하로 한정돼 있던 공간에 대한 인식을 전 우주로 넓히고, 우주가 팽창하고 있다는 사실을 밝혀낸 현대 우주론을 정립한 위대한 관측과 그 배경 원리를 살펴보자. 우리은하 밖의 우주 1) 변광성의 주기-광도 관계. 맥동 변 광성 중 변광성은 변광하는 주기와 광 도 사이에 규칙적인 관계가 있다. 변 광성 중 고전 의 변광 주기(P)와 광도 사이의 관계는 다음과 같다. 광도는 안시절대등 급(M V )으로 표현했다. M V =-2.81logP-(1.43±0.1) 2) 거리 지수. 두 별의 절대등급이 같다고 하더 라도 먼 별이 더 어둡게 보인다(겉보기등급이 더 크다). 따라서 겉보기등급(m)과 절대등급(M) 의 차이는 멀리 있는 별일수록 크며, 이것을 거 리의 지수로 사용한다. m-m=5logr-5 3) 변광성의 거리 척도. 변 광성의 변광 주기를 관측하면 광도(절대등급)를 알 수 있고, 이것을 겉보기등급에서 빼주면 거 리를 알 수 있다. 변광성의 주기 측정 변광성의 절대등급 계산 주기- 광도 관계 변광성의 겉보기 등급 측정 변광성을 포함하는 은하의 거리 거리 지수 4) 우리은하 밖의 우주. 20세기 초까지만 해도 우리은하를 우주의 전부로 인식했다. 외부 은하 들은 밤하늘에서 뿌옇게 관측되는 성운처럼 우 리은하 안에 있는 것으로 생각했으며 실제로 성 운으로 불렀다. 몇몇 성운은 우리은하 외부의 것이라는 주장도 있었지만 성운까지의 거리를 측정할 방법이 없어서 논쟁이 지속됐다. 허블은 윌슨산천문대에서 이러한 성운 중 하나인 안드 로메다성운에 있는 변광성의 변광 주 기를 관측했다. 이를 통해 얻어낸 변 광성의 거리는 우리은하 안에 있는 천체라고 볼 수 없을 정도로 컸다. 이를 통해 이러한 성운 중 일부는 우리은하 외부에 있으며, 사실 성운이 아니라 또다른 은하임이 밝혀졌다. 허블의 법칙과 우주의 팽창 허블은 거리가 다른 은하들의 적색편이를 측정 함으로써 먼(r) 은하일수록 더 빠르게(υ) 후퇴(υ r)함을 알았다. 이것은 은하를 포함하는 우주 공간이 팽창하는 경우에만 나타날 수 있는 현상 이기 때문에, 허블의 관측은 우주 팽창의 결정 적 증거가 되었다. 은하의 거리와 후퇴속력 사 이의 비례상수를 허블상수(H 0 )라고 한다. 허블 법칙 : υ=h 0 r link 이번 호는 융합형 과학 교과서의 첫 단원을 바탕으로 오늘날 우주에 대한 인류의 기초적인 인식에 대해 살펴 봤다. 이 내용은 물리Ⅰ의 시공간과 우주 단원에서 다 룰 현대우주론과 연관된다. 더 관심있는 학생들은 BBC 사이언스어드벤처 시리즈의 빅뱅: 우주의 탄생과 죽음 (폴 파슨즈) 1장이나 오리진(닐 디그래스 타이슨 외) 7 장을 읽어보기를 권한다. 지구과학 1% 용어사전 교과서 구술 가이드 광도 : 별이 1초 동안 방출하는 에너지량. 광도 표면적 (표면온도)2 안시절대등급 : 별이 10pc의 거리에 있다고 가정할 때의 안시등급. 안시등급은 눈으로 관측한 등급이다. 글 조영우 demishrain@gmail.com 한국교원대와 서울대를 졸업하고 현재 경기북과학고에서 지구계과학을 가르치고 있다. 푸른행성의 과학 을 비롯해 지구과학 관련 저술 활동을 하고 있다. 도전! 1% 클래스 45

따라서 겉보기등급(m)과 절대등급(M) 의 차이는 멀리 있는 별일수록 크며, 이것을 거 리의 지수로 사용한다. m-m=5logr-5 3) 변광성의 거리 척도. 변 광성의 변광 주기를 관측하면 광도(절대등급)를 알 수 있고, 이것을 겉보기등급에서 빼주면 거 리를 알 수 있다.

5 1 변광성의 주기-광도 관계는 매우 멀리 있는 외부은하의 거리를 매우 정밀하게 측정할 수 있는 수단으로서, 외부은하와 우주론 연구에 큰 도움이 됐다. 1) [난이도 중] 연주시차를 이용한 거리 측정법과 달리 변광성의 주기-광도 관계를 이용 한 거리 측정법이 외부은하의 거리를 측정하는 데 쓰일 수 있는 까닭은 무엇인가? 2) [난이도 하] 변광성의 주기-광도 관 계를 이용하여 외부 은하의 거리를 측정하는 방 법을 서술하시오. 전문가 클리닉 1) 연주시차를 이용한 측정법 이 비교적 가까운 거리로 한정된다는 점과 세페 이드 변광성이 매우 밝다는 점을 활용해 서술해 보세요. 2) 거리지수의 식을 이용합니다. 예시답안 1) 연주시차의 측정 정밀도에는 한 계가 있는 데 반해, 연주시차는 천체의 거리가 증가할수록 작아진다. 100pc보다 더 먼 거리의 천체에 대해서는 연주시차를 이용해 계산한 거 리의 오차가 매우 크다. 한편, 변광성 을 이용해 거리를 구하기 위해서는 변 광성의 변광 주기만 측정하면 된다. 고전 세페 이드 변광성은 매우 밝기 때문에 외부은하의 변 광성도 관측 가능하다. 따라서, 외부은하의 세 페이드 변광성의 변광 주기를 측정하여 외부은 하의 거리를 알 수 있다. 2) 변광성의 변광 주기를 측정하면, 주 기-광도 관계를 통해 변광성의 절대등급을 알 수 있다. 겉보기등급(m)과 절대등급(M)의 차이 는 천체의 거리(r)에 따라 증가하므로, 겉보기등 급을 측정한 뒤 거리 지수 관계(m-M=5logr-5) 를 이용해 변광성의 거리를 구할 수 있다. 상위 1%를 위한 팁 변광성의 변광 주기를 이용해 절대등 급을 구하려면 주기와 절대등급(광도) 사이의 관계를 이미 알고 있다는 전제가 필요하다. 주 기와 광도 사이의 관계는 거리를 알고 있는 세 페이드 변광성을 이용해 결정됐다. 다시 말해 1 변광 주기를 측정하고, 2 어떤 방법을 통해 변광성의 거리를 구한 다음 2 겉보기 등급을 측정함으로써, 특정 변광 주기에 해당하는 절대 등급이 얼마인지 구해야 한다. 2허블의 법칙과 우주의 팽창에 관한 다음 질 문에 답하시오. 1) [난이도 하] 광속의 90% 속력으로 멀어지고 있는 퀘이사까지의 거리는 얼마인가? (단, 광속 은 30만km/s, 허블상수는 73km/s/Mpc을 사용 한다.) 2) [난이도 하] 허블상수의 역수로 우주의 나이를 구하기 위해서는 어떠한 가정을 해야 하는가? 3) [난이도 중] 우주가 무한히 크고 무한히 오랜 세월 동안 존재해왔으며 밤하늘에 별이 균질하게 분포하고 있다면 우리가 밤하늘의 어디를 보아도 별이 보여야 한다. 이것은 마치 우리가 울창한 숲 속에서 어느 방향을 보아도 나무만 보인다는 사 실로도 쉽게 알 수 있다. 하지만 그럼에도 불구하 고 밤하늘은 어둡다. 이처럼 우주가 무한히 크고 무한히 오랜 세월 동안 존재해 왔다면 어디를 봐 도 별이 보이기 때문에 밤하늘이 밝아야 하지만, 실제로 밤하늘은 어둡다는 것을 올버스의 역설이 라고 한다. 우주가 팽창한다는 사실로부터 올버 스의 역설을 반박해보자. 4) [난이도 상] 안드로메다 은하를 비롯한 일부 은하에서는 청색편이가 관측된다. 이것은 우리은 하와 안드로메다 은하가 서로 가까워지고 있음을 뜻한다. 실제로 우리은하와 안드로메다 은하는 46

예시답안 1) 연주시차의 측정 정밀도에는 한 계가 있는 데 반해, 연주시차는 천체의 거리가 증가할수록 작아진다. 100pc보다 더 먼 거리의 천체에 대해서는 연주시차를 이용해 계산한 거 리의 오차가 매우 크다. 한편, 변광성 을 이용해 거리를 구하기 위해서는 변 광성의 변광 주기만 측정하면 된다.

6 30~80억 년이면 충돌하여 병합될 것으로 보인 다. 우주가 팽창하고 있음에도 불구하고 우리은 화와 안드로메다 은하는 오히려 이렇게 가까워지 는 이유를 설명해보자. 전문가 클리닉 1) 허블 법칙을 이용해 간단하 게 계산할 수 있습니다. 단, 퀘이사가 광속의 90% 속력으로 멀어지고 있다는 점에 주의해야 합니다. 2) 허블 법칙과 등속 운동의 관계를 이용해 허블 상수의 역수가 우주의 나이와 같다고 서술했음 을 상기합니다. 3) 1610년 케플러는 밤하늘이 어둡다는 사실이 우주가 유한하다는 증거라고 했습니다. 그러나 태양중심설이 널리 받아들여지면서 우주가 별들 로 무한히 채워진 공간이라고 생각하자 밤하늘 이 어둡다는 사실이 문제가 됐습니다. 우주가 무 한하다는 사실을 받아들여 봅시다. 그렇다면, 밤 하늘이 어둡다는 사실을 해결할 다른 방법은 무 엇일까요? 광속이 km/s의 값으로 유한하 다는 점에 착안해 보세요. 4) 우주에는 은하가 고르게 분포하지 않습니다. 물질이 밀집돼 있는 곳에서는 물질 상호간의 인 력에 의한 효과가 우주 팽창의 효과보다 더 클 수도 있음에 착안해 서술하세요. 예시답안 1) 허블 법칙은 υ=hr이다. 퀘이사 가 광속의 90%로 멀어지고 있으므로 퀘이사의 후퇴 속력 υ는 km/s이다. 허블 상수 H가 73km/s/Mpc이므로 퀘이사의 거리 r는 υ H = km/s = Mpc이다. 1pc= km/s/Mpc 광년이므로, 이 퀘이사는 약 12억 광년의 거리에 있음을 알 수 있다. 2) 허블 법칙을 이용해 은하의 후퇴 속력(υ)과 거 리(r) 사이에는 υ=hr의 관계가 있다. 이 식을 거 리 r에 대해 다시 써보면 r=( 1 )υ이다. 우주의 나 H 이(T)가 허블 상수 H의 역수 다시 말해 1 H 라고 한다면 이 식은 r=tυ로서 등속 운동의 관계식이 된다. 이를 통해 허블 상수의 역수가 우주의 나 이라는 것은 우주가 등속으로 팽창한다는 가정 에 따라 성립함을 알 수 있다. 3) 광속은 유한하다. 우주가 무한히 크다는 사실 을 받아들인다면, 이 문제를 해결할 수 있는 유 일한 방법은 우주가 무한히 오랜 세월 동안 존재 해오지 않았다고 생각하는 것이다. 우주가 유한 한 세월 동안만 존재해 왔다면 광속이 유한하므 로 아직 우리에게 도달하지 않은 별빛이 많을 것 이기 때문이다. 우주의 팽창은 이와 같은 관측 사실을 잘 뒷받침한다. 우주가 팽창한다는 사실 은 과거 언젠가 우주의 크기가 0이었다는 사실 을 의미한다. 따라서 우주가 유한한 세월 동안만 존재해 왔다는 강력한 증거가 되며, 이를 통해 밤하늘이 어둡다는 사실을 설명할 수 있다. 4) 우주는 팽창한다. 만약 우주에 은하가 고르 게 분포한다면 은하들은 규칙적으로 서로에게서 멀어질 것이다. 하지만 우주에서 은하들의 분포 WMAP 관측 결과에 나타난 불균일성 는 균질하지 않다. 은하 군, 은하단, 초은하단 등 을 이루면서 특정 영역 에서는 더 밀집돼 있다. 이처럼 물질의 밀도가 더 밀집되어 있는 곳에서 는 우주팽창의 효과보다 물질 상호간의 인력의 효과가 더 우세하게 작용할 수 있다. 따라서 은 하들은 전반적으로 우리에게서 멀어져 가지만 이러한 인력의 효과가 더 우세한 곳에서는 서로 가까워질 수도 있다. (참고: nasa.gov) 1 도전! 1% 클래스 47

우주가 무 한하다는 사실을 받아들여 봅시다. 그렇다면, 밤 하늘이 어둡다는 사실을 해결할 다른 방법은 무 엇일까요? 광속이 3 10 5 km/s의 값으로 유한하 다는 점에 착안해 보세요. 4) 우주에는 은하가 고르게 분포하지 않습니다.

<5BB0EDB3ADB5B55D32303131B3E2B4EBBAF12DB0ED312D312DC1DFB0A32DC0B6C7D5B0FAC7D02D28312E28322920BAF2B9F0B0FA20BFF8C0DAC0C720C7FCBCBA2D3031292D3135B9AEC7D72E687770>

<5BB0EDB3ADB5B55D32303131B3E2B4EBBAF12DB0ED312D312DC1DFB0A32DC0B6C7D5B0FAC7D02D28312E28322920BAF2B9F0B0FA20BFF8C0DAC0C720C7FCBCBA2D3031292D3135B9AEC7D72E687770> 고1 융합 과학 2011년도 1학기 중간고사 대비 다음 글을 읽고 물음에 답하시오. 1 빅뱅 우주론에서 수소와 헬륨 의 형성에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은? 4 서술형 다음 그림은 수소와 헬륨의 동위 원 소의 을 모형으로 나타낸 것이. 우주에서 생성된 수소와 헬륨 의 질량비 는 약 3:1 이. (+)전하를 띠는 양성자와 전기적 중성인 중성자