인천불로동 과학과외

인천불로동 과학과외, 달의 위치에서 위상 읽기

인천불로동과 가좌마을 생활권에는 불로중학교와 인천아라고등학교가 있는 교육생활권이 형성되어 있습니다. 이곳에서 달의 위치와 모양을 연결하는 문제를 풀 때는 그림에 보이는 초승달이나 보름달의 모양을 바로 외우기보다, 태양빛이 어느 방향에서 오고 지구에서 밝은 면이 어떻게 보이는지를 차례로 확인해야 합니다. 인천불로동과외와 인천불로동과학과외에서도 이 한 가지 판단을 실제 모형으로 점검할 수 있습니다.

답안보다 먼저 드러난 한 줄

수업 자료에는 손전등을 태양, 공을 지구, 작은 공을 달로 나타낸 태양-지구-달 위치 모형이 제시되어 있었습니다. 손전등은 왼쪽에 고정되어 있고 지구는 가운데, 달은 지구 주위를 움직일 수 있는 형태였습니다. 문제는 “달이 지구에서 보았을 때 오른쪽 절반이 밝게 보이는 위치는 어디인가?”였습니다.

학생은 답을 쓰기 전에 그림 속 네 위치에 A, B, C, D를 표시하고 달의 이동 방향에도 화살표를 그렸습니다. 지구와 달 사이의 거리 표시도 그대로 확인했습니다. 이 표시는 정확했지만, 첫 판단에서 달 그림의 모양만 보고 B 위치를 골랐습니다. 그림의 달이 오른쪽으로 볼록해 보인다는 이유였습니다.

학생의 오류: 달의 겉모양을 먼저 읽고 위치를 결정함. 실제로 어느 면이 태양빛을 받고, 그중 어느 부분이 지구를 향하는지는 확인하지 않음.

모형을 거꾸로 읽는 연습

틀린 위치를 지우기 전에 이미 맞게 표시한 A~D와 이동 화살표는 남겼습니다. 바꾼 것은 첫 판단 하나였습니다. 먼저 손전등에서 달로 향하는 선을 각 위치마다 그렸습니다. 달을 향한 면 전체가 밝아진다는 점을 표시한 뒤, 지구에서 달을 바라보는 선을 따로 그었습니다. 이 두 방향이 다르기 때문에 달의 밝은 면 전체가 언제나 지구에서 그대로 보이는 것은 아니었습니다.

• 태양빛은 손전등에서 달을 향해 직선으로 들어온다.
• 지구에서 보는 쪽은 달의 위치에 따라 달라진다.
• 따라서 그림의 밝은 부분을 먼저 복사하지 않고, 태양빛을 받은 면과 지구를 향한 면이 얼마나 겹쳐 보이는지 판단한다.

B 위치에서는 태양빛을 받은 면이 달의 한쪽에 생기지만 지구에서 그 밝은 면이 오른쪽 절반으로 보이지 않았습니다. 반면 C 위치에서는 지구를 향한 면과 밝은 면의 겹침이 오른쪽 절반으로 나타났습니다. 학생은 답을 C로 고치고, “오른쪽으로 볼록해 보이는 모양이어서가 아니라, 태양빛을 받은 쪽이 지구에서 오른쪽 절반으로 보이는 위치이기 때문”이라고 기록했습니다.

같은 위상, 다른 배치로 다시 확인

며칠 뒤에는 모형이 달라졌습니다. 이번에는 지구를 종이 가운데에 놓고 태양을 위쪽에 표시했으며, 달의 네 위치를 시계 방향이 아니라 왼쪽부터 순서 없이 배치했습니다. 질문도 바뀌어 “지구에서 보았을 때 밝은 부분이 거의 보이지 않는 위치와, 밝은 부분이 거의 전체로 보이는 위치를 각각 찾으라”는 형식이었습니다.

학생은 모양 이름을 먼저 쓰지 않고 각 달 옆에 작은 화살표를 그려 태양빛 방향을 표시했습니다. 이어 지구에서 달을 바라보는 선을 그린 뒤, 두 선이 만나는 밝은 면의 정도를 비교했습니다. 태양과 지구 사이에 달이 놓인 위치에서는 지구를 향한 면이 어두워 거의 보이지 않는다고 판단했고, 지구가 태양과 달 사이에 놓인 위치에서는 밝은 면이 넓게 보인다고 설명했습니다. 위치 배열과 질문 방향이 달라졌지만, 판단 과정은 동일한 달의 위상 범위 안에서 이루어졌습니다.

힌트가 사라진 모형에서 남긴 검증

마지막 자료에는 태양 표시만 오른쪽에 있고, 달은 지구 주변의 다섯 위치에 놓여 있었습니다. 위상 그림이나 이름은 제공되지 않았습니다. 학생은 먼저 태양에서 각 달로 향하는 빛의 방향을 표시하고, 각 위치에서 지구를 향한 달의 면을 살폈습니다. 그 후 밝은 면과 지구에서 보이는 면이 겹치는 정도를 순서대로 적었습니다.

학생은 “이 위치는 밝은 면이 지구 반대쪽이라 거의 보이지 않는다”, “이 위치는 밝은 면과 지구를 향한 면이 크게 겹쳐 대부분 밝게 보인다”라고 근거를 남겼습니다. 마지막으로 모형을 한 바퀴 돌려 처음 위치로 돌아왔을 때 같은 위상 판단이 반복되는지도 확인했습니다. 달 모양을 외워 고른 것이 아니라, 태양빛의 방향과 지구에서 보이는 밝은 면을 다시 연결해 답을 검산한 것입니다.