#7 우주의 팽창과 빅뱅 우주론

문제 1 · OX 문제

허블의 관측 결과에 의하면 우리 은하 주변의 모든 은하들은 우리로부터 멀어지고 있다. ( )

정답: O

허블 탐정이 망원경으로 우주를 정밀 조사해 보니, 모든 은하가 마치 우리와 멀어지기로 약속이라도 한 듯 후퇴하고 있었어요. 이건 우주가 가만히 멈춰있는 박물관이 아니라 역동적으로 움직이는 생물과 같다는 아주 중요한 단서가 되었죠!

문제 2 · OX 문제

은하들이 멀어지는 이유는 은하가 엔진을 달고 직접 이동하기 때문이 아니라 공간이 팽창하기 때문이다. ( )

정답: O

풍선 위에 개미들을 올려두고 풍선을 불면, 개미들이 걷지 않아도 풍선 표면(공간)이 늘어나면서 서로 멀어지게 되죠? 우주도 이 풍선처럼 공간 자체가 쭉쭉 커지고 있어서 은하들 사이가 저절로 벌어지는 거랍니다.

문제 3 · OX 문제

우리 은하에서 거리가 멀리 떨어진 은하일수록 우리로부터 멀어지는 속도는 더 느려진다. ( )

정답: X

멀리 있는 친구일수록 '나 잡아봐라~' 하고 훨씬 더 쌩쌩 도망가요! 풍선을 불 때 서로 멀리 떨어진 점들일수록 풍선이 커질 때 벌어지는 간격이 훨씬 더 커지는 것과 똑같은 원리랍니다.

문제 4 · OX 문제

우주가 계속 팽창한다는 사실을 통해 우주의 과거 시간을 거꾸로 되돌리면 우주는 한 점에 모이게 된다. ( )

정답: O

비디오를 거꾸로 재생한다고 상상해 보세요! 점점 커지던 우주가 다시 작아지다가 결국엔 더 이상 작아질 수 없는 아주 작고 뜨거운 점 하나로 쏙 들어가겠죠? 거기가 바로 138억 년 전 모든 것이 시작된 고향이랍니다.

문제 5 · OX 문제

빅뱅 우주론에 따르면 우주는 약 138억 년 전에 탄생하여 지금까지 계속 팽창하고 있다. ( )

정답: O

우주의 나이는 무려 138억 살이나 된답니다! 아주 먼 옛날 '빵!' 하고 터진 이후로 우주는 단 1초도 쉬지 않고 풍선처럼 계속 커지고 있는 중이에요. 현재도 우주는 무럭무럭 자라나고 있답니다.

문제 6 · OX 문제

우주가 팽창하면서 우주 내부의 전체 온도는 시간이 갈수록 조금씩 높아지고 있다. ( )

정답: X

뜨거운 국을 아주 커다란 그릇에 옮겨 담으면 에너지가 넓게 퍼져서 금방 식어버리죠? 우주라는 방이 점점 넓어지니까 에너지가 사방으로 흩어지면서 온도는 점점 낮아지게 된답니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

( )의 관측 결과에 따르면 은하들 사이의 거리가 멀수록 후퇴하는 속도가 크다. (2글자)

정답: 허블

우주의 팽창을 처음으로 눈치챈 이 위대한 과학자의 이름이 정답이에요. 이분이 망원경으로 은하들의 움직임을 정리한 덕분에 우리는 우주가 한 점에서 시작되어 계속 커지고 있다는 사실을 알게 되었죠!

문제 8 · 빈칸 채우기

우주 구성 원소 중 질량의 약 74%를 차지하며 우주에서 가장 풍부하게 존재하는 원소는 ( )이다. (2글자)

정답: 수소

우주라는 거대한 요리에서 가장 많은 비중을 차지하는 주인공은 수소예요! 전체의 약 4분의 3 정도를 차지하고 있어서 우주 어디를 가나 이 원소를 가장 쉽게 만날 수 있는 맏형 같은 존재랍니다.

문제 9 · 빈칸 채우기

수소 다음으로 우주에서 많은 비중을 차지하며 약 24%의 질량비를 가진 원소는 ( )이다. (2글자)

정답: 헬륨

우주 요리의 2인자! 수소 형님 다음으로 가장 많은 이 원소는 빅뱅 초기 아주 짧은 시간 만에 만들어진 소중한 재료랍니다. 풍선에 넣으면 하늘로 둥둥 뜨는 가벼운 성질을 가졌죠!

문제 10 · 빈칸 채우기

멀어지는 은하의 빛이 붉은색 쪽으로 치우치는 적색 편이 현상은 빛의 ( )이/가 길어지기 때문이다. (2글자)

정답: 파장

멀어지는 구급차의 사이렌 소리가 낮게 늘어지는 것처럼, 우리에게서 도망가는 은하의 빛도 길이가 쭉 잡아당겨져서 길어져요. 빛의 길이가 길어지면 붉게 보이는데 이걸 어려운 말로 정답처럼 부른답니다.

문제 11 · 빈칸 채우기

우주가 팽창하며 온도가 낮아짐에 따라 쿼크나 ( )와 같은 물질의 최소 단위가 생성되었다. (2글자)

정답: 전자

처음엔 우주가 너무 뜨거워서 아무것도 없었는데, 우주가 식으면서 드디어 물질을 만드는 아주 작은 알갱이들이 생겨났어요. 쿼크와 짝을 이루어 나중에 원자를 완성하는 이 가볍고 빠른 친구가 정답이랍니다.

문제 12 · 빈칸 채우기

수소와 헬륨의 질량비가 약 ( )임을 알아낸 것은 빅뱅 우주론의 결정적 증거 중 하나가 된다. (3글자)

정답: 3:1

과학자들이 머릿속으로 계산한 레시피 비율이 실제 우주 요리 재료와 소름 돋게 딱 맞아떨어졌어요! 수소가 3만큼 있을 때 헬륨이 1만큼 있다는 이 숫자가 바로 빅뱅의 진실을 증명했답니다.

문제 13 · 단답형

빅뱅 우주론에 따르면 우주는 탄생 이후 현재까지 끊임없이 ( )하고 있다. (2글자)

정답: 팽창

우주는 한 번 터지고 멈춘 게 아니라, 지금까지도 풍선처럼 쭉쭉 늘어나고 있어요. 시간이 흐를수록 더 넓은 공간을 차지하며 커져가는 이 역동적인 상태를 정답이라고 불러요.

문제 14 · 단답형

관측자와 광원 사이의 거리가 변할 때 빛의 파장이 변하는 원리를 ( ) 효과라고 한다. (3글자)

정답: 도플러

소리나 빛이 우리에게 다가오거나 멀어질 때 그 진동이 변하는 마법 같은 원리예요! 이 효과 덕분에 우리는 멀리 있는 은하가 우리로부터 도망가고 있다는 사실을 과학적으로 밝혀낼 수 있었답니다.

문제 15 · 단답형

별빛의 무지개 띠를 나누어 분석하여 우주에 어떤 원소가 얼마나 있는지 알려주는 관측 자료는? (4글자)

정답: 스펙트럼

별이 보내온 빛의 편지를 자세히 읽어보면 그 속에 어떤 원소가 몇 퍼센트나 있는지 다 적혀 있어요. 마치 우주에서 날아온 암호표와 같아서 천문학자들이 보물처럼 아끼는 분석 자료랍니다.

문제 16 · 단답형

약 138억 년 전 대폭발로 우주가 시작되어 현재까지 커지고 있다는 우주론의 이름은? (2글자)

정답: 빅뱅

아주 작은 점이었다가 '빵!' 하고 터지면서 우주라는 거대한 세상이 시작되었다는 드라마의 제목이에요. 지금 우리가 아는 모든 것이 이 찰나의 폭발로 태어났다고 생각하면 정말 신비롭죠?

문제 17 · 보기 선택

허블의 관측 사실이 의미하는 바를 보기에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 우주는 현재도 계속해서 팽창하고 있다.
• ㄴ. 거리가 먼 은하일수록 더 빨리 멀어진다.
• ㄷ. 시간이 지남에 따라 우주의 온도는 높아진다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ. 모든 은하가 멀어지고 있다는 관측 결과는 우주가 지금 이 순간에도 풍선처럼 커지고 있다는 강력한 증거예요. ㄴ. 허블 법칙에 따르면 거리가 멀수록 후퇴 속도가 비례해서 빨라진다는 사실이 데이터로 증명되었답니다.

문제 18 · 보기 선택

빅뱅 우주론에서 설명하는 우주의 초기 상태로 옳은 것을 보기에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 물질과 에너지가 한 점에 모여 있었다.
• ㄴ. 매우 뜨겁고 밀도가 높은 상태였다.
• ㄷ. 별과 은하가 이미 완성되어 존재하였다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ. 빅뱅 이전의 우주는 모든 질량과 에너지가 상상할 수 없을 만큼 작은 한 점에 꽉꽉 응집되어 있었어요. ㄴ. 한 점에 모든 게 모여 있었으니 엄청나게 뜨거운 고온 상태와 빽빽한 고밀도 상태인 것이 당연하죠.

문제 19 · 보기 선택

우주 구성 원소 분포와 질량비에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 우주 전체 질량의 약 98%는 수소와 헬륨이다.
• ㄴ. 수소와 헬륨의 질량비는 약 3:1로 관측된다.
• ㄷ. 수소보다 헬륨의 질량이 약 3배 더 많이 존재한다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ. 우주 요리의 거의 모든 재료는 수소와 헬륨이에요. 나머지 무거운 원소들은 아주 소량인 2%뿐이랍니다. ㄴ. 스펙트럼 분석 결과 수소가 3만큼 있을 때 헬륨이 1만큼 있다는 환상적인 비율이 확인되었어요.

문제 20 · 보기 선택

우주 팽창 모형 실험(풍선 실험)의 특징으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 풍선의 표면은 우주 공간을 의미한다.
• ㄴ. 풍선을 부는 행위는 우주의 팽창을 의미한다.
• ㄷ. 풍선 위의 점(은하)들은 직접 발로 걸어 이동한다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ. 풍선이라는 고무막은 우리가 살고 있는 우주의 3차원 공간을 비유적으로 아주 잘 나타내줘요. ㄴ. 풍선 속에 공기를 넣어 부풀리는 과정은 시간이 흐름에 따라 우주가 커지는 팽창 현상을 상징한답니다.

문제 21 · 보기 선택

허블의 관측 결과 그래프 분석에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 가로축은 은하까지의 거리 정보를 담고 있다.
• ㄴ. 세로축은 은하의 후퇴 속도 정보를 담고 있다.
• ㄷ. 거리와 후퇴 속도는 서로 반비례 관계에 있다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ. 그래프 아래쪽 가로선은 우리 은하에서 대상 은하까지 얼마나 떨어져 있는지를 나타내는 눈금이에요. ㄴ. 그래프 왼쪽 세로선은 은하가 우리로부터 얼마나 빠른 속도로 도망가는지를 숫자로 보여준답니다.

문제 22 · 보기 선택

스펙트럼 분석을 통해 알 수 있는 정보로 옳은 것을 보기에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 우주를 구성하는 원소의 종류
• ㄴ. 우주 구성 원소들의 정량적인 질량비
• ㄷ. 은하의 실제 크기와 별의 개수

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ. 별빛을 무지개로 펼쳐서 선의 위치를 보면 마치 지문을 대조하듯 무슨 원소인지 척척 알아낼 수 있어요. ㄴ. 선이 얼마나 굵은지를 정밀하게 측정하면 원소들이 차지하는 무게의 비율인 질량비도 계산해 낸답니다.

문제 23 · 객관식

허블의 법칙과 우주 팽창에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

• ① 우주는 팽창을 멈추고 현재 수축하고 있다.
• ② 거리가 먼 은하일수록 후퇴 속도는 점점 느려진다.
• ③ 은하들이 직접 이동하기 때문에 멀어진다.
• ④ 은하와 은하 사이의 우주 공간 자체가 팽창하기 때문에 은하들이 멀어지는 것이다.
• ⑤ 우주가 팽창하더라도 은하 사이의 거리는 항상 일정하게 유지된다.

정답: ④

은하가 직접 뛰는 게 아니라 은하가 떠 있는 우주 공간이 늘어나기 때문에 멀어지는 거예요! 공간이 팽창하기 때문에 멀어지는 것처럼 보이는 거라고 이해하는 것이 현대 우주론의 핵심이랍니다.

문제 24 · 객관식

우주 구성 원소 분포 그래프에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 우주에서 가장 많은 질량을 차지하는 원소는 산소이다.
• ② 헬륨이 수소보다 약 3배 더 많이 존재한다.
• ③ 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비는 약 3:1이다.
• ④ 철, 탄소 등의 무거운 원소가 우주 질량의 절반 이상을 차지한다.
• ⑤ 스펙트럼 분석으로는 원소의 종류만 알 수 있고 질량비는 알 수 없다.

정답: ③

이미지 자료의 파이 그래프를 보세요! 하늘색 수소가 74%, 노란색 헬륨이 24%로 약 3대 1의 비율을 아주 예쁘게 유지하고 있답니다. 이게 바로 빅뱅이 진짜였다는 결정적 증거죠.

문제 25 · 객관식

빅뱅 직후 우주의 냉각 과정에서 나타난 최초의 변화는?

• ① 쿼크와 전자 같은 물질의 가장 작은 기본 입자가 생성되었다.
• ② 우주의 온도가 급격히 높아지며 존재하던 물질이 모두 소멸되었다.
• ③ 거대한 은하와 태양계가 가장 먼저 완성되었다.
• ④ 우주의 팽창이 멈추고 크기가 일정한 상태가 유지되었다.
• ⑤ 수소와 헬륨의 질량비가 1:1로 변했다.

정답: ①

너무나 뜨거웠던 용광로 우주가 식으면서 드디어 무언가 만들어질 수 있는 환경이 되었어요! 그때 가장 먼저 전자나 쿼크 같은 작은 벽돌 친구들이 '안녕!' 하고 세상에 나왔답니다.

문제 26 · 객관식

다음 중 도플러 효과에 의한 '적색 편이'를 가장 바르게 설명한 것은?

• ① 천체가 관측자에게 다가올 때 빛의 파장이 짧아져 푸른색으로 치우치는 현상이다.
• ② 천체가 관측자로부터 멀어질 때 빛의 파장이 길어져 붉은색으로 치우치는 현상이다.
• ③ 우주의 온도가 상승함에 따라 은하가 붉은색으로 타오르는 현상이다.
• ④ 별이 수명을 다하여 폭발할 때 붉은색 빛을 내뿜는 현상이다.
• ⑤ 우주가 수축하면서 은하들이 한 점으로 모일 때 나타나는 빛의 변화이다.

정답: ②

은하가 우리로부터 도망갈 때 빛을 쭉~ 잡아당겨서 길게 늘린다고 생각해보세요. 빛의 길이가 길어지면 무지개의 붉은색 쪽으로 치우치는데, 이걸 보고 우리는 우주가 팽창 중임을 알 수 있죠!

문제 27 · 객관식

빅뱅 우주론이 현대 과학에서 강력하게 지지받는 이유로 가장 적절한 것은?

• ① 우주가 팽창하지 않고 항상 같은 크기를 유지한다는 것을 완벽히 증명했기 때문이다.
• ② 우주에 있는 모든 별들이 지구와 같은 날에 탄생했음을 밝혀냈기 때문이다.
• ③ 이론으로 예측한 수소와 헬륨의 질량비(3:1)가 실제 관측 결과와 정확히 일치했기 때문이다.
• ④ 우주 공간의 대부분이 무거운 철과 금으로 채워져 있음을 발견했기 때문이다.
• ⑤ 우주의 온도가 과거부터 지금까지 계속해서 높아지고 있음을 확인했기 때문이다.

정답: ③

과학자들이 계산기로 두드린 예상 비율(3:1)과, 실제 별빛의 스펙트럼을 분석한 결과가 소름 돋게 딱 맞아떨어졌기 때문이에요! 빅뱅이 진짜였다는 가장 확실한 도장이죠.

문제 28 · 객관식

우주 팽창 모형(풍선 실험)에서 은하 사이의 거리가 멀어지는 이유로 가장 적절한 것은?

• ① 풍선 표면을 이루는 고무 입자들이 서로 강하게 밀어내기 때문이다.
• ② 풍선 표면에 그려진 점(은하)들이 각자의 방향으로 직접 걸어서 이동하기 때문이다.
• ③ 풍선 속에 공기가 들어가 풍선의 표면(공간) 자체가 팽창하기 때문이다.
• ④ 풍선이 팽창의 한계를 넘어 터지면서 조각들이 흩어지기 때문이다.
• ⑤ 풍선 외부의 기압이 낮아지면서 풍선을 바깥으로 당기기 때문이다.

정답: ③

풍선을 후~ 하고 부는 건 우주라는 방이 넓어지는 걸 뜻해요! 공간 자체가 늘어나니까 그 위에 가만히 있던 은하들도 저절로 사이가 벌어지는 아주 멋진 비유적 현상이랍니다.