[평가원 자료 분석 6]20201112

시작하기에 앞서 성단은 지구과학2의 내용이지만 H-R도 해석이 정말 중요하고, 성단의 H-R도라 해도 해석법은 일반적인 항성의 H-R도와 같기에 가져왔습니다.

오늘의 문제 공개할게요

문제부터 읽어볼까요? H-R도가 자료 (가)이고, 자료 (나)는 어느 항성의 내부 구조라고 하네요. 결국 이 문제는 별의 일생을 질량과 표면 온도에 따라 해석할 수 있는지 묻고있는 문제고 특히 자료 (가)의 H-R도를 잘 분석할 수 있는지 테스트하고싶은 거 같네요.

평가원의 의도도 알았으니 이제 자료 (가)를 분석해볼까요?

물론 지2라면 A, B, C에 해당하는건 무슨 성단의 무슨 구간 어쩌구저쩌구...하면서 해야겠지만 지1에서 그건 알 필요는 없습니다. 그냥 A, B, C에 해당하는 별이 어떤 별인지를 아는 게 중요하죠.

A는 표면 온도가 높고 광도가 태양보다 100배 가까이 큰 별이니까 질량이 큰 주계열성이겠네요. 중심부에서 CNO 사이클이 일어나고 나중에 초신성 폭발로 생을 마감하겠군요.

B는 표면 온도는 낮지만 광도가 태양의 100배나 되네요. 표면 온도가 낮다는 건 질량이 작은 주계열성이거나 주계열성 단계를 벗어난 거성이라는 얘기인데, 광도를 보니까 질량이 작은 주계열성은 말이 안 되는 이야기라 결국 적색 거성으로 볼 수 있습니다. 온도가 많이 낮은데 광도가 매우 높은 게 핵심적인 판단근거였어요.

C는 광도랑 온도가 모두 낮네요. 별의 물리량 개념을 공부할 때 주계열성의 광도와 온도는 비례한다는 사실을 공부했습니다. 그런데 광도와 온도 모두 낮다고 하면 정상적인 주계열성의 형태라고 볼 수 있겠네요? 대신 질량이 작은 거지.

이렇게 자료 (가)를 분석하면서 별 A, B, C의 정체를 알아냈죠?

A는 질량이 매우 큰 주계열성

B는 적색거성

C는 질량이 매우 작은 주계열성

여기서 적색거성은 태양과 비슷한 질량의 별이 주계열 단계를 마치고 진화한 것이고 질량이 매우 작은 주계열성은 수소 핵융합반응까지 일어난다는 사실을 짚고 넘어가야합니다.

이제 자료 (나)를 볼게요. 별의 내부 구조인데 그림을 통해 2가지를 알 수 있습니다.

1. 중심부가 수축하며 핵융합 반응을 한다

2. 외층이 팽창한다

그런데 내부가 수축하고 외부가 팽창하면 별은 정역학적 평형 상태가 아니라서 부피가 변하게 되겠죠? 그러므로 (나)의 구조는 주계열성의 구조가 아닙니다.

주계열성은 바깥쪽으로 팽창하려는 힘과 중심으로 향하는 중력에 의한 힘이 서로 평형을 이루는 정역학적 평형 상태를 이루어야 해요.

이렇게 자료 분석을 마쳤으니 선지를 볼게요.

문제를 푸는 1분 중 40초 정도는 이런 식으로 머릿속으로 자료분석을 할 수 있어야 합니다.

ㄱ에서 주계열 단계에 머무르는 시간은 질량이 작은 별이 더 길죠. 질량이 큰 별은 에너지를 빨리 태워먹어 빨리 주계열상태를 벗어나 빨리 죽으니까. ㄱ은 맞는 얘기입니다.

ㄴ은 제가 위에서 얘기했듯 정역학 평형 상태가 아닙니다.

주계열성이 아닌 별의 내부 구조가 (나)의 구조와 같기에 (나)는 B의 내부 구조라 할 수 있겠네요.

그래서 정답은 ㄱ입니다.

여담으로 별의 내부 구조에서 대류층, 복사층, 층별로 존재하는 원소 등을 제시했다면 그걸 좀 더 분석해야 했지만 이 문제는 단순히 평형인지 아닌지만 물어봤네요.

아시죠^^