<수업설명팁> 자전과 공전, 별의 일주운동,일식,월식, 황도12궁 쉽게 설명하기

지구의 자전과 공전 방향은 항상 어렵다.
태양도 돌고, 지구도 돌고, 달도 돌고, 별도 돌고 또 돌고 또 돌다 보면 머리도 돈다. 
시계방향으로 돈다고 했는데 그 다음에는 반시계 방향으로 돈단다. (관측자 위치에 따라 달라진다) 그래서 학생들이 어려워 한다.

조금 더 쉽게 설명할 수 있는 방법이 없을까. 고민하다가 지구 자전에 대한 수업을 할 때 매시간 학생들을 돌리기로 했다.

선생님은 태양, 너희는 지구, 교실은 천구라고 가정해 놓고, 매시간 학생들을 반시계 방향으로 돌리면 된다. 

수업진도에 맞춰서 하나씩 추가해 나가면 모든 내용을 다 이해할 수 없겠지만, 일단 돌면 뭔가 설명할게 있고, 조금씩 이해가 된다. 시간이 된다면 모둠별로 서로 설명해 가면서 돌아보게 하면, 선생님이 앞에서 설명하는 것보다 더 의미가 있다.

학생들이 도는 것에 익숙해 지면 양손을 펼쳐서 지평선 개념을 추가도 도입해 주면 좋다. 태양이 떠 오르는 쪽이 동쪽

너희가 지구라면 어느쪽으로 돌아야 할까? 일어서서 지구 자전 방향으로 돌아 보자. 오른쪽으로 도는 학생, 왼쪽으로 도는 학생 제각각이다. 
너희 얼굴이 지구라고 생각하면, 오른쪽에서 왼쪽으로 돌아야 한다. 왜냐하면 지구 자전방향은 서에서 동인데 북쪽 위에서 내려다 볼 때 반시계 방향으로 돌기 때문이다. (천장에서 내려 다 보면 반시계 방향이다)

<지구 자전과 공전 방향> 서->동

자 모두 지구 입장에서 자전해 보자.

모두 일어서서 오른쪽에서 왼쪽으로 돈다. 잘 기억이 나지 않으면 오른손으로 훅을 치는 방향으로 돌면 된다. 앞사람 때리지 말고, 오른손으로 훅을 날려 보자.
 

부끄러워 하지 말고, 모두 일어나서 자전해 보자. 매시간 시작할 때 마다 자전할 거다.  

중요한 것은 너희들은 머리위에서 내려 다 볼때 반시계 방향으로 회전한다는 거다. 우리나라는 북반구에 위치 하므로 지구 밖에서 우리나라를 보려면 북쪽 위에서 내려다 봐야 한다. 앞으로 별다른 이야기가 없으면 북쪽에서 내려다 볼때 반시계 방향으로 회전한다는 것을 기억하자. 

그리고 교실 벽면에 동,서,남,북을 적은 종이를 붙여 주었다. 방위를 익히는 것도 중요하다. 북쪽을 바라 볼 때 오른쪽이 동쪽, 왼쪽이 서쪽이다. 칠판쪽 선생님 태양이 있는 남쪽을 바라볼때는 왼쪽이 동쪽, 오른쪽이 서쪽이다. 

(교실 벽면에 방위를 붙여 주면 동에서 서로 돈다고 착각할 수 있다. 선생님을 보고 몸을 돌려 보면 서에서 동으로 돈다. 서쪽에서 남쪽을 거쳐 동쪽으로 돌아야 한다. 서쪽에서 북쪽을 거쳐서 돌면 안된다. 왜냐하면 그래야 태양이 동쪽에서 남쪽을거쳐 서쪽으로 이동하기 때문이다. - 잘 이해가 안되도 일단 반시계 방향으로 훅을 날리면서 돌리자)

북쪽은 머리 위 천장에 붙이는게 제일 좋지만, 교실 뒤쪽 벽면 제일 높은 곳에 붙여 주면 된다.
(처음에는 칠판앞에 북쪽을 붙여 주었는데, 지금은 교실 뒤쪽 맨위에 북쪽을 표시해 준다. 이유는 학생들에게 선생님 얼굴이 태양이라고 강조 하는데, 태양은 남쪽에 있기 때문이다)

 

(달모양은 처음부처 그려주지 않는다. 달의 위상변화 수업할 때 추가로 그려준다. 선생님은 너희들의 태양, 나만 바라봐.)

지구가 서에서 동으로 자전하지만, 우리는 멈춰 있다고 착각한다. 따라서 상대성 운동에 의해  태양과 별들이 동에서 서로 하루에 1바퀴씩 도는 걸로 보인다

모두 다시한번 일어나서 오른쪽에서 왼쪽으로 자전해 보자. 

<참고:상대성운동>

우리배와 옆에 배가 함께 이동하고 있지만, 우리배에서 옆 배를 보았을 때 그냥 항구에 머물러 있는 것으로 보인다. 내가 이동하고 있는건지 사실 주변사물을 보고 알 수 있다. 베트남 여행가서 옆 배가 함께 가는데 옆배만 보고 있으니 멈춰 있다는 착각이 들어서 얼른 동영상으로 촬영해 보았다. 멀리 있는 풍경이나 배들을 보면 우리배와 옆배가 함께 움직이고 있다는 걸 알 수 있다.

https://youtu.be/3R0Pd44t4Co. 

<별과 태양의 일주 운동 - 겉보기 운동>  동->서, 

지구가 자전하는 방향은 서에서 동이다 너희가 오른쪽에서 왼쪽으로 돌면서 보면 서에서 동으로 돌고 있다는 걸 알 수 있다. 돌면서 내가 정지해 있다고 가정하면 눈에 보이는 모든 교실의 벽들(천구)의 겉보기운동은 동에서 서로 이동하는 것처럼 보인다.  
뒤로 돌아서 북극성을 보면서 동에서 서로 손가락으로 그려보면 북극성을 중심으로 반시계 방향으로 회전한다는 것을 알 수 있다. 그럼 선생님 얼굴(태양)을 바라 보면서 동에서 서로 손가락으로 그려보면 태양은 시계방향으로 이동하는 걸 알 수 있다. 

관측자가 어느쪽을 바라보느냐에 따라 시계, 반시계 방향은 달라진다. 하지만 한가지 확실한 건 별이나 태양의 일주운동은 동에서 서로 이동한다는 점이다. 
동쪽 창가쪽을 보면 태양이 선생님 얼굴을 지나가야 하니까 오른쪽 위로 비스듬하게 올라오는 걸 알 수 있고, 태양이 서쪽으로 질때도 선생님 얼굴을 지나가야 하니까 서쪽 오른쪽 아래쪽으로 비스듬하게 지는 것을 알 수 있다. 별도 마찬가지다.

<지구와 태양과 달과 행성들의 자전과 공전 방향> 서->동

스스로 돌면서 지구자전 방향이 이해가 되면 나머지는 자동으로 이해할 수 있다. 태양계 내에 있는 모든 천체들은 태양계가 만들어 질 때 같은 방향으로 돌면서 만들어 졌다. 태양도, 달도, 행성들도 모두 서에서 동으로 자전과 공전을 한다.(금성과 천왕성의 자전방향만 다르다. 항상 예외는 있다. 이 두 행성의 자전방향만 빼고는 태양계 내 모든 천체는 서에서 동, 북쪽에서 내려다 볼 때 반시계 방향으로 회전한다.)
시간이 될 때 마다, 태양,지구,달,행성들을 포함한 태양계 내의 모든 천체들도 같은 방향으로 돈다는 것을 강조한다.

<낮과 밤 – 시간 개념 잡기>

자 태양도 한번 살펴 보자. 태양이 눈에 보이면 낮이고, 눈에 보이지 않으면 밤이다. 태양이 어디에 있더라? 혹시 찾았니? 그렇지 너희들에게는 선생님이 태양이잖아. 너희들의 영원한 태양!!! (강한 후레시를 가져다가 얼굴 옆에서 비춰 주었다.) 눈 부셔서 선생님 얼굴을 쳐다보기 어렵지?

앞으로 이 단원이 끝날 때 까지 선생님은 태양으로 존재 할 거다. 
일어나서 제자리에서 한바퀴 자전하면서 선생님이 보이면 낮이고 보이지 않으면 밤이다. 양팔을 벌려서 지평선을 만들고 돌면서 보면 선생님이 보이기 시작하는 쪽이 동쪽, 선생님이 지는 쪽이 서쪽이다.
너희들이 자전하면서 현재 시간을 알아낼 수 있어야 한다. 선생님이 정면에서 보이면 12시, 선생님이 동쪽에서 보이면(떠오르기 시작하면) 아침6시, 선생님이 서쪽으로 지면서 보이면 저녁 6시, 선생님이 머리 뒤에 위치하면 저녁 12시라는 걸 알 수 있다.

<지구 공전과 태양의 연주운동>

 

학생들이 어려워 하는 태양의 연주운동 설명이 쉬워진다. 태양계 내에 있는 모든 천체는 같은 방향으로 회전한다고 했으니까 태양의 위치도 교실과 비교했을 때 조금씩 이동하게 된다. 사실 태양은 거의 이동하지 않지만 지구 공전에 의해서 천구사이를 지나가는 걸로 보인단다. 어느쪽으로 이동하냐 하면 선생님(태양)과 너희가 손을 맞잡고 강강수월래 하는 것처럼 회전하는 방향으로 이동한다.
너희 입장에서 자전하면서 자전하는 방향으로 몸을 조금씩 이동시키면서 공전해 보자. 선생님을 중심으로 공전해야 하니까. 자전하는 방향 즉 선생님(태양)을 중심으로 반시계 방향으로 한발짝 이동해서 선생님 태양을 보면 움직이지 않는 천구(교실)들과 비교 했을 때 어제 보다 선생님 태양이 동쪽(창가쪽)으로 조금 이동해 간 것 처럼 보이는 것을 알 수 있다. 태양의 연주운동이란 하루에 1도씩 태양이 서에서 동으로 천구(교실)사이를 이동해 가는 것이다. 1년이 지나면 제자리로 돌아오게 된다. (선생님이 반시계 방향으로 회전하면서 교실을 한바퀴 돌아주면 더 좋다.)

사실 지구에서 볼 때(관측자가 지구에서 보는 겉보기 운동인 경우) 동에서 서로 이동하는 것은 별의 일주운동과 별의 연주운동 2가지 밖에 없다.(사실 태양의 흑점이동도 동에서 서쪽이다.) 나머지는 누가 뭐라 해도 모두 서에서 동으로 이동해 간다. 

<황도12궁>

너희들이 정지해 있다고 생각하면 선생님(태양)이 천구(교실)을 따라서 너희 주변을 서에서 동으로 반시계 방향으로 돌게 된다. (직접 교실 벽면을 따라 한바퀴 돌아 준다)
지금 선생님은 어느 별자리를 지나고 있을까? (선풍기 별자리, 칠판 별자리, 사물함 별자리, 창문 별자리) 
1년동안 선생님 태양은 여러개의 별자리를 지나가게 되고, 1년이 지나면 다시 제자리로 돌아오게 된다.  이때 선생님(태양)이 지나가는(천구상에 위치한) 별자리를 황도12궁이라고 부른다. 선생님 태양이 머무르는 궁궐인 거지. 오늘은 어떤 궁궐에서 머물까?
자 지금 선생님은 칠판 앞에 서 있으니까 칠판 별자리(칠판으로 만든 궁궐?)에 와 있다.
 여기서 문제 현재 너희는 칠판 별자리를 볼 수 있을까? 지금 너희가 선생님을 바라보고 있다면 낮이기 때문에 칠판 별자리를 볼 수 없다. (이때도 강한 후레시를 가져다가 얼굴 옆에서 비춰 준다. 학생들 눈이 부실정도로 강하다. 그래서 실눈을 뜨고 보라고 한다.) 너희가 한밤중에 볼 수 있는 별자리는 뒤로 돌아서 보이는 교실뒤에 있는 사물함 별자리를 볼 수 있다.
 이처럼 밤에 보이는 별자리는 태양 반대쪽에 있는 별자리다. 그리고 별자리를 기준으로 보면 태양이 서에서 동으로 이동해 가지만, 태양을 기준으로 매일 별자리들이 1도씩 동에서 서로 이동해 간다. (별의 연주운동)

<달의 위상 변화>

자 오른손 주먹을 쥐고 눈 앞쪽으로 들어 올린 후 주먹과 함께 돌아 보자. 너희 주먹은 지구 주위를 도는 달이다. 달도 마찬가지로 지구 자전방향과 같은 반시계 방향(서에서 동)으로 돈다. 
여기서 중요한 건 달은 스스로 빛을 내지 않기 때문에 선생님 태양 빛을 받은 쪽만 볼 수 있다는 점이다. (이때 강력한 후레시를 학생들을 향해 비춰줘도 좋다. 학생들이 눈부셔하면서 손으로 가린다.) 선생님 얼굴이 태양이니까 함부로 바라보기 힘들 거다.
 불을 끄고 선생님이 태양빛을 비춰 줄테니까 너희들 오른손 주먹(달)이 어떻게 보이는지 관찰해 보자. 자 동쪽에서는, 서쪽에서는.. 그것이 달의 위상 변화다.
 (학생들이 관찰할 때 동,서,남,북 표시해 놓은 종이에 달의 위상을 직접 그려 준다) 이 단원이 끝날 때 까지 붙여 놓을 테니까 가끔 선생님(태양)을 생각하면서 달의 위상을 보도록...
시험문제 팁 : 시험에 달의 위상변화가 나오면 태양쪽을 선생님 얼굴 칠판쪽으로 돌려 놓고 달의 모양을 생각하면 된다. 물로 시험 전에 벽면에 있는 종이는 떼어낼 것이다. 그러니 머릿속에 집어 넣도록...

<일식>

 

너의 오른쪽 주먹(달)을 돌리면서 선생님 태양 얼굴을 가리면 그것이 일식이다. 선생님 얼굴 어느쪽부터 가려지나? 그렇지 오른쪽부터 가려지지, 일식은 태양의 오른쪽부터 가려지기 시작한다. 그리고 삭일 때 일어난다.
(학생들이 선생님 얼굴이 커서 안 가려진다고 난리다.) 그건 금환일식이다. ^^
주먹을 너희들 얼굴 쪽으로 가까이 해서 선생님 얼굴이 하나도 안보이면 너희들은 본그림자에 들어가 있는 거다. 즉 태양빛이 하나도 도달하지 못하는 거지. 그건 개기일식이다. 만약 선생님 얼굴이 조금이라도 보인다면 그건 선생님 태양 일부 빛이 너희들에게 도달하는 거다. 일부만 빛이 가려지니까 그건 반그림자고 그때는 부분일식이 일어난다.

<월식>

자 뒤로 돌아서 사물함 쪽을 보면서 너의 오른쪽 주먹(달)을 관찰해보자. 지금은 태양의 반대쪽에 있으니까 저번시간에 말한 것처럼 보름달이 된다. 햇빛을 반사하는 면이 보이는 거다. 그런데 너희 머리 때문에 선생님 태양빛이 가려져 그림자가 생겼다고 생각해 보자. 너희가 보고 있는 달이 지구 그림자 속으로 들어가면서 빛반사를 못하니까 달이 보이지 않게 된다. 이때 달은 어느쪽부터 가려질까? 그렇지. 지금은 너희 오른속 주먹(달) 반사되는 달을 보는 거다.(이때 앞에서 강한 후레시를 뒤쪽으로 비춰 주면 좋다.) 너희 오른손 주먹은 왼쪽부터 그림자속으로 들어가면서 안보이게 될 거다. 월식은 달의 왼쪽부터 가려지기 시작한다.
그리고 지구 반그림자에 있을때도 달은 빛을 반사한다. 따라서 본 그림자에 들어갔을 때만 월식이 일어난다.

<흑점이동> 

선생님 태양도 지구 자전방향과 같은 서에서도 동 즉 반시계 방향으로 회전한다. 전에 태양계 내에 있는 모든 천체는 지구 자전방향과 같다고 했다. 선생님이 오른손으로 훅을 날리면서 반시계 방향으로 돌아 볼께. (제자리에서 돌아 준다.) 
선생님 얼굴에 있는 눈,코,입을 흑점이라고 하면 흑점이 이동하는 걸 보고 태양이 자전한다는 걸 알 수 있다.  
그런데 지구에서 너희가 관찰할 때 태양의 흑점은 어디로 이동해 가는 걸로 보이니? 그렇지 흑점은 지구에서 볼 때 동에서 서로 이동하는 걸로 보인다. 벽면에 선생님이 붙여 놓은 방위를 다시 확인해 봐라. 너희 입장에서 보면 별이나 태양이 이동해가는 방향(일주운동 방향)이랑 같은 방향으로 흑점이 이동하는 걸로 보일 거다.

 

 

 

<결론>

일관되게 매시간 학생들 오른쪽에서 왼쪽으로 자전시키면서, 교실에 방위를 붙여 놓고, 일관되게 설명하면 어느정도 따라오기가 수월해진다. 이 단원은 처음에 방향을 잃어 버리면 따라오기가 쉽지 않다. 다음에는 교실이나 과학실 벽면에 조금 더 근사하게 만들어 붙여야 겠다.

<참고자료>

https://sciencelove.com/1106

<추천>천체 운동 가상실험-내행성,외행성,일주운동등 지구자전으로 생기는 모든현상 설명

 

https://sciencelove.com/2258

지평선을 변화시킬 수 있는 천구모형

https://sciencelove.com/2346

달의 위상변화 가상실험 - 스마트폰에서도 실행

https://sciencelove.com/2134

<수업설명팁>달의 위상변화 학생들 얼굴모습 이용하여 쉽게 가르치기