#14 주계열성

문제 1 · OX 문제

별은 일생의 대부분을 중심부에서 수소 핵융합 반응을 하는 주계열성 단계로 보낸다. ( )

정답: O

별에게 수소는 무궁무진한 연료와 같아요! 사람으로 치면 가장 에너지가 넘치고 건강한 '청장년기' 시절인데, 재료가 워낙 넉넉하다 보니 별 인생의 90% 이상을 이 안정적인 시기로 보낸답니다.

문제 2 · OX 문제

수소 핵융합 반응은 별의 중심부 온도가 3000 K일 때 시작된다. ( )

정답: X

3000 K는 수소 원자들이 겨우 옷(전자)을 입는 시원한 온도일 뿐이에요! 원자핵들을 억지로 짓눌러 하나로 합치는 핵융합 엔진을 켜려면, 적어도 1000만 K라는 상상도 못 할 뜨거움이 필요하답니다.

문제 3 · OX 문제

주계열성은 별의 내부 압력과 중력이 평형을 이루기 때문에 별의 크기가 거의 일정하다. ( )

정답: O

안에서 밖으로 부풀리려는 '열기(내부 압력)'와 밖에서 안으로 잡으려는 '중력'이 아주 팽팽하게 줄다리기를 하고 있는 상태예요! 어느 한쪽도 밀리지 않는 완벽한 균형 덕분에 별은 예쁜 구 모양을 유지할 수 있는 거랍니다.

문제 4 · OX 문제

수소 핵융합 반응이 일어나면 1개의 수소 원자핵이 4개의 헬륨 원자핵으로 변한다. ( )

정답: X

아니에요, 순서가 바뀌었어요! 가벼운 수소 '동생들 4명'이 꽉 뭉쳐서 묵직한 헬륨 '형님 1명'을 만드는 과정이랍니다. 작은 구슬 4개를 찰흙처럼 뭉쳐서 큰 구슬 하나를 만든다고 생각하면 쉽죠!

문제 5 · OX 문제

주계열성 중심부의 수소가 모두 헬륨으로 변하면 수소 핵융합 반응은 멈춘다. ( )

정답: O

자동차에 기름이 떨어지면 멈추는 것과 똑같아요! 중심부의 수소라는 땔감을 다 태워서 재(헬륨)만 남게 되면 더 이상 엔진을 돌릴 수가 없게 되죠. 이때가 바로 주계열성이라는 황금기가 끝나는 순간이랍니다.

문제 6 · OX 문제

수소 핵융합 반응을 통해 방출되는 에너지는 별이 스스로 빛을 내는 근원이 된다. ( )

정답: O

별은 우주의 거대한 전구와 같아요! 핵융합이라는 마법 같은 엔진에서 뿜어져 나오는 에너지가 빛과 열로 변해 우주 끝까지 퍼져 나가는 거죠. 우리가 밤하늘에서 별을 볼 수 있는 것도 다 이 에너지 덕분이랍니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

별의 중심부 온도가 1000만 K 이상이 되어 ( ) 반응이 일어나 스스로 빛을 내는 천체를 주계열성이라 한다. (5글자)

정답: 수소핵융합

별이 어른이 되었다는 증거인 '주민등록증' 같은 반응이에요! 수소들이 밀어내는 힘을 이겨내고 하나로 합쳐지며 빛나는 에너지를 뿜어내는 이 엔진이 켜져야 비로소 진짜 별이 된답니다.

문제 8 · 빈칸 채우기

주계열성에서 ( )개의 수소 원자핵이 융합하여 1개의 헬륨 원자핵을 만든다. (숫자)

정답: 4

수소 4형제가 똘똘 뭉쳐야 헬륨이라는 든든한 결과물 하나가 탄생해요! 이 과정에서 아주 약간의 무게가 사라지는데, 그 사라진 무게만큼이 엄청난 별의 에너지로 변신한답니다.

문제 9 · 빈칸 채우기

별이 수축하려는 중력에 대항하여 밖으로 밀어내는 힘을 별의 ( ) 압력이라고 한다. (2글자)

정답: 내부

핵융합 열기가 너무 뜨겁다 보니 기체들이 밖으로 빵빵하게 나가려고 해요. 마치 풍선 속에 공기를 불어 넣으면 풍선 벽을 밀어내는 것과 같은 원리의 힘이랍니다.

문제 10 · 빈칸 채우기

수소 핵융합 반응이 시작되기 위한 중심부의 최소 온도는 약 ( ) K이다. (5글자)

정답: 1000만

별의 엔진이 가동되기 위한 '입장권' 같은 온도예요! 이 뜨거운 문턱을 넘어야만 차갑게 식어있던 수소 입자들이 미친 듯이 움직이며 서로 결합할 수 있는 힘을 얻게 된답니다. '천만'이라고 해도 정답이에요!

문제 11 · 빈칸 채우기

별이 일생의 대부분을 주계열성으로 보내는 이유는 별을 구성하는 원소 중 ( )가 가장 풍부하기 때문이다. (2글자)

정답: 수소

우주 창고에 가장 많이 쌓여 있는 재료가 바로 수소예요! 요리 재료(땔감)가 워낙 많다 보니, 그 재료를 다 써서 헬륨으로 요리할 때까지 아주 오랜 세월 동안 식당(주계열성)을 운영할 수 있는 거죠.

문제 12 · 빈칸 채우기

별의 내부 압력과 중력이 팽팽하게 맞서 크기가 변하지 않는 상태를 힘의 ( )이라고 한다. (2글자)

정답: 평형

양쪽의 힘이 50대 50으로 똑같아서 어느 쪽으로도 쏠리지 않는 안정된 상태를 말해요! 이 기막힌 밸런스 덕분에 별은 수축하거나 폭발하지 않고 우주를 지킬 수 있는 거랍니다.

문제 13 · 단답형

별의 일생 중 대부분을 차지하며, 수소 핵융합 반응으로 에너지를 방출하는 안정적인 별의 단계는? (4글자)

정답: 주계열성

별의 인생에서 가장 찬란한 황금기를 부르는 이름이에요! 스스로 빛을 내는 진짜 별로서 가장 안정적인 시간을 보내는 단계이며, 우리 태양도 현재 이 단계에서 열심히 빛나고 있답니다.

문제 14 · 단답형

주계열성의 중심부에서 수소 핵융합 반응 결과 새롭게 생성되는 원소의 이름은? (2글자)

정답: 헬륨

수소들이 융합해서 만든 첫 번째 작품이에요! 풍선에 넣으면 하늘로 둥둥 떠가는 그 기체가 맞답니다. 별의 심장에서는 수소가 줄어드는 만큼 이 헬륨 찌꺼기가 점점 쌓이게 되죠.

문제 15 · 단답형

별이 탄생하여 빛날 때, 중심부의 수소 원자핵들이 결합하는 반응을 무엇이라 하는가? (5글자)

정답: 수소핵융합

별을 살아있게 만드는 심장 박동과 같아요! 가벼운 수소 입자들이 엄청난 뜨거움 속에서 하나로 뭉쳐지며 엄청난 빛과 열을 쏟아내는 별 특유의 에너지 생성 방식입니다.

문제 16 · 단답형

주계열성에서 별의 내부 압력과 평형을 이루어 별을 중심 방향으로 수축시키려는 힘은 무엇인가? (2글자)

정답: 중력

별을 안쪽으로 꽉 잡아당기는 고마운 힘이에요! 내부 압력이 밖으로 '나갈래!' 하고 외칠 때, 이 힘이 중심에서 묵직하게 잡아주기 때문에 별이 흩어지지 않고 예쁜 구 모양을 유지하는 거랍니다.

문제 17 · 보기 선택

주계열성에서 일어나는 수소 핵융합 반응의 특징으로 옳은 것만을 보기에서 모두 고르시오．

• ㄱ. 4개의 수소 원자핵이 1개의 헬륨 원자핵이 된다.
• ㄴ. 별의 중심부 온도가 3000 K일 때 활발해진다.
• ㄷ. 반응 과정에서 엄청난 에너지가 방출된다.

정답: ㄱ, ㄷ

ㄱ, ㄷ은 핵융합의 정석이죠! 4명이 합체하고(ㄱ), 그 대가로 큰 에너지를 뿜어요(ㄷ). 하지만 ㄴ은 땡! 3000 K는 별의 기준에선 너무 차가워요. 적어도 1000만 K는 되어야 핵융합 엔진이 가동된답니다.

문제 18 · 보기 선택

주계열성의 안정성과 관련된 설명으로 옳은 것만을 보기에서 모두 고르시오．

• ㄱ. 중력은 별의 중심 방향으로 작용하는 힘이다.
• ㄴ. 내부 압력은 별의 바깥 방향으로 작용하는 힘이다.
• ㄷ. 중력이 내부 압력보다 항상 훨씬 커서 크기가 줄어든다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄴ은 별 안에서 벌어지는 힘의 줄다리기 방향을 정확히 짚었어요! 하지만 ㄷ은 틀렸어요. 만약 중력이 훨씬 컸다면 별은 이미 콩알만 하게 쪼그라들었겠죠. 주계열성은 두 힘이 '똑같아서' 크기가 변하지 않는 거랍니다.

문제 19 · 보기 선택

주계열성 단계가 오래 지속되는 이유로 옳은 것만을 모두 고르시오．

• ㄱ. 별은 수소 핵융합을 통해 많은 에너지를 얻기 때문이다.
• ㄴ. 우주에서 가장 흔하고 양이 많은 원소가 수소이기 때문이다.
• ㄷ. 헬륨 핵융합이 수소 핵융합보다 훨씬 먼저 일어나기 때문이다.

정답: ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄴ은 주계열성이 장수하는 비결이죠! 효율도 좋고 재료도 사방에 널렸으니까요. 하지만 ㄷ은 순서가 바뀌었어요! 수소를 다 쓴 다음에 헬륨을 태우는 법이지, 헬륨이 먼저 나서는 법은 없답니다.

문제 20 · 보기 선택

수소 핵융합 결과 생성되는 원소와 에너지에 대해 옳은 것만을 모두 고르시오．

• ㄱ. 헬륨 원자핵 1개의 질량은 수소 4개 질량의 합보다 크다.
• ㄴ. 반응 후 방출된 에너지는 별이 스스로 빛나는 에너지원이 된다.
• ㄷ. 중심부의 수소가 소모되면서 헬륨의 비중이 점점 높아진다.

정답: ㄴ, ㄷ

ㄴ, ㄷ은 별 심장의 신비를 잘 설명해요! 에너지는 빛이 되고(ㄴ), 헬륨 찌꺼기는 쌓이죠(ㄷ). 하지만 ㄱ은 함정이에요. 질량이 미세하게 '줄어들면서' 그 줄어든 만큼이 엄청난 에너지로 변하는 것이 핵융합의 비밀이랍니다.

문제 21 · 보기 선택

주계열성 내부의 힘의 평형에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르시오．

• ㄱ. 내부 압력은 수소 핵융합 반응으로 생성된 에너지 때문에 발생한다.
• ㄴ. 중력이 별을 수축시키려는 힘이라면, 내부 압력은 팽창시키려는 힘이다.
• ㄷ. 두 힘의 균형이 깨지면 별의 크기는 변하게 된다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 정답! 핵융합 열기로 밖을 향해 밀어내고(ㄱ), 중력으로 꽉 잡아주는(ㄴ) 이 콤비가 바로 주계열성의 본질이에요. 이 균형이 깨지면(ㄷ) 별은 비로소 다음 단계로 진화하기 시작한답니다.

문제 22 · 보기 선택

별의 일생에서 주계열성이 갖는 의미로 옳은 것만을 모두 고르시오．

• ㄱ. 별이 탄생하여 가장 먼저 거치는 원시적인 단계이다.
• ㄴ. 별의 전체 수명 중 가장 긴 시간을 보내는 안정된 시기이다.
• ㄷ. 태양과 같은 대부분의 별들이 현재 머무르고 있는 단계이다.

정답: ㄴ, ㄷ

ㄴ, ㄷ은 주계열성의 위엄을 잘 보여줘요! 별 인생의 하이라이트이자 메인 파트죠. 하지만 ㄱ은 아니에요! 주계열성 전에는 '원시별'이라는 아기 단계가 있었고, 주계열성은 엔진 점화에 성공한 당당한 '성인 별' 단계랍니다.

문제 23 · 객관식

주계열성에 대한 설명으로 가장 적절하지 않은 것은?

• ① 별의 중심부에서 수소 핵융합 반응이 일어난다.
• ② 중력과 내부 압력이 평형을 이루어 크기가 일정하다.
• ③ 별의 일생 중 약 90%에 달하는 긴 시간을 보낸다.
• ④ 중심부의 온도가 1000만 K에 도달하여야 시작된다.
• ⑤ 수소를 태워 탄소와 철을 생성하는 것이 주 반응이다.

정답: ⑤

주계열성 단계에서 별이 만드는 것은 오직 '헬륨'뿐이에요. 탄소나 철은 주계열성이 한참 지난 뒤, 훨씬 더 나이가 든 무거운 별들이 죽기 직전에나 만드는 아주 귀한 재료들이랍니다. 따라서 탄소와 철을 만든다는 5번은 시기적으로 완전히 틀린 설명이에요.

문제 24 · 객관식

수소 핵융합 반응 과정을 가장 바르게 묘사한 것은?

• ① 1개의 수소 원자핵이 4개로 쪼개지며 빛을 내다.
• ② 4개의 수소 원자핵이 뭉쳐서 1개의 헬륨 원자핵을 만든다.
• ③ 헬륨 원자핵이 분열되어 수소가 되는 화학적 연소 과정이다.
• ④ 탄소 원자핵이 수소와 결합하여 철이 되는 냉각 반응이다.
• ⑤ 중력 수축으로 인해 수소가 액체로 변해 에너지를 낸다.

정답: ②

가벼운 수소 4형제가 뜨거운 열기 속에서 하나로 합체하여 헬륨이라는 묵직한 형님을 만드는 것이 핵융합의 본질이에요. 이때 질량이 아주 살짝 줄어드는데, 그 줄어든 무게가 엄청난 빛 에너지로 폭발하며 별을 빛나게 하는 거랍니다.

문제 25 · 객관식

주계열성 내부에서 작용하는 두 힘의 관계를 바르게 설명한 것은?

• ① 중력은 바깥으로, 내부 압력은 안쪽으로 작용한다.
• ② 두 힘의 크기가 서로 달라 별의 크기가 끊임없이 요동친다.
• ③ 중력과 내부 압력의 크기가 같아 별의 크기가 일정하게 유지된다.
• ④ 핵융합이 멈춰야만 비로소 중력이 작용하기 시작한다.
• ⑤ 내부 압력은 별의 표면에서만 중력과 싸우고 중심은 무중력이다.

정답: ③

주계열성이 안정적인 이유는 안팎의 힘이 50대 50으로 똑같기 때문이에요. 밖으로 나가려는 뜨거운 열기(내부 압력)를 중력이 중심에서 꽉 잡아주고 있어서, 별은 수축하지도 팽창하지도 않는 아주 평화로운 상태를 유지하는 거랍니다.

문제 26 · 객관식

별이 일생의 대부분을 주계열성으로 보내는 근본적인 원인은 무엇인가?

• ① 별의 크기가 우주에서 가장 크기 때문에 에너지가 많아서
• ② 우주와 별의 주성분인 수소의 양이 가장 풍부하기 때문에
• ③ 주계열성 단계에서는 별이 나이를 전혀 먹지 않기 때문에
• ④ 중심부의 온도가 0 K를 유지하여 연료가 영원히 남기 때문에
• ⑤ 외부 은하로부터 수소가 끊임없이 파이프처럼 공급되기 때문에

정답: ②

별은 태어날 때부터 어마어마하게 큰 수소 연료통을 가지고 태어나요. 우주에서 가장 흔한 재료가 수소인 만큼 땔감이 워낙 많다 보니, 이 연료를 다 써서 헬륨으로 바꾸는 데만 수억에서 수백억 년이 걸리는 거죠. 연료통이 워낙 커서 아주 오래 달리는 슈퍼카를 상상하면 정답이 쉽게 보일 거예요!

문제 27 · 객관식

수소 핵융합 반응이 일어나나는 중심부의 물리적 상태에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 온도가 매우 낮아 원자들이 얼음처럼 얼어붙어 있는 상태이다.
• ② 밀도가 너무 낮아 원자핵끼리 서로 마주칠 기회가 전혀 없다.
• ③ 1000만 K 이상의 초고온과 고압의 플라즈마 상태가 유지된다.
• ④ 산소와 질소가 결합하여 물을 만드는 차가운 냉각 상태이다.
• ⑤ 중력이 전혀 작용하지 않아 입자들이 풍선처럼 떠다닌다.

정답: ③

수소 원자핵들은 서로 밀어내려는 성질이 아주 강해요. 이 고집 센 녀석들을 억지로 충돌시켜서 하나로 합치려면(핵융합), 엄청난 열기(1000만 K)와 꽉 짓누르는 압력이 필수랍니다. 마치 꽉 막힌 만원 지하철 안에서 사람들이 서로 부대끼는 상태와 비슷하다고 이해하면 완벽해요!

문제 28 · 객관식

다음 중 주계열성 단계가 종료되는 시점을 가장 바르게 예측한 것은?

• ① 별의 중심부에 헬륨이라는 찌꺼기가 처음으로 만들어지는 순간
• ② 별의 크기가 중력에 의해 처음으로 1cm 수축하기 시작하는 순간
• ③ 중심부의 수소 연료가 모두 소모되어 헬륨으로 가득 차게 된 시점
• ④ 별 주변을 돌고 있던 위성들이 수소 가스를 모두 먹어버린 시점
• ⑤ 우주의 온도가 2.7 K로 낮아져서 별이 꽁꽁 얼어붙게 되는 시점

정답: ③

캠프파이어의 장작이 다 타버리면 불이 꺼지듯이, 별의 심장에 있던 수소 장작이 다 떨어지면 주계열성라는 안정적인 시절은 끝이 나요. 더 이상 밖으로 밀어낼 엔진 에너지가 없으니 별은 다시 중력에 의해 쪼그라들거나, 남은 재(헬륨)를 태우기 위해 거성으로 변하며 다음 삶을 준비하게 된답니다.