③
중성자와 결합하고 별에서 서로 결합하는 ⓐ는 양성자(ㄱ 옳음), 우주는 팽창하며 식었으므로 초기 우주가 더 뜨거움(ㄴ 옳음), 별은 주로 수소·헬륨(ㄷ 틀림) → 정답 ③.
핵심 개념
헬륨 원자핵은 빅뱅 직후 양성자와 중성자의 결합, 그리고 별 중심부의 수소 핵융합(양성자 결합)으로 만들어진다.
단서 따라가기
초기 우주에서 ⓐ와 중성자가 결합, 별에서 ⓐ끼리 결합하여 헬륨 원자핵 생성헬륨 원자핵은 양성자 2개와 중성자 2개로 이루어지며, 수소 핵융합은 수소 원자핵(양성자)이 결합하는 반응이다 → ⓐ = 양성자 보기 ㄱ (옳음)
㉠ 빅뱅 이후 초기 우주빅뱅 이후 우주는 팽창하면서 온도가 계속 낮아졌다 → 초기 우주가 현재보다 뜨겁다 보기 ㄴ (옳음)
㉡ 중심부에서 수소 핵융합 반응이 일어나는 별별을 이루는 물질은 주로 수소와 헬륨이며, 철보다 무거운 원소는 초신성 폭발에서 만들어진다 보기 ㄷ (틀림 — 주로 수소·헬륨)
정답 근거
보기 ㄱ: 초기 우주에서는 양성자와 중성자가 결합하여 헬륨 원자핵이 생성되고, 별 중심부의 수소 핵융합 반응에서는 양성자(수소 원자핵)가 서로 결합하여 헬륨 원자핵이 생성되므로 ⓐ는 양성자이다. 보기 ㄴ: 빅뱅 이후 우주가 팽창하며 온도가 낮아졌으므로 초기 우주의 온도는 현재 우주보다 높다. 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이므로 정답은 ③이다.
선지별로 왜 틀렸나
①
함정 ㄱ만 확신하고 '초기 우주'의 온도 변화를 판단하지 못해 ㄴ을 빼기 쉽다.
ㄱ은 옳지만, 우주는 팽창하며 식었으므로 옳은 ㄴ이 빠졌다.
②
함정 별 안에서 원소가 만들어진다는 사실을 '별은 무거운 원소로 이루어진다'로 넓혀 생각하기 쉽다.
ㄷ은 별이 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 틀리고, 옳은 ㄱ, ㄴ이 빠졌다.
④
함정 헬륨 원자핵 생성에 전자나 중성자가 관여한다고 착각해 ⓐ를 양성자가 아닌 입자로 보기 쉽다.
ㄴ은 옳지만, ㄷ은 별이 주로 수소·헬륨으로 이루어져 틀리고, 옳은 ㄱ이 빠졌다.
⑤
함정 철까지의 원소가 별 중심부 핵융합으로 만들어진다는 내용을 별 전체의 구성으로 오해하기 쉽다.
ㄱ, ㄴ은 옳지만, ㄷ은 별이 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 틀리다.
이 문항이 묻는 능력
헬륨 원자핵 생성 과정을 시기·장소별로 구분하고 우주의 온도 변화와 별의 구성 원소에 적용하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
빈칸 입자를 결합 상대(중성자, 같은 입자끼리)로 확정 → 우주 팽창에 따른 온도 변화 적용 → 별의 구성 원소와 무거운 원소 생성 장소 구분
다음 문항 · 4번
그림은 유전적 다양성, 종 다양성, 생태계 다양성을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>…
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관련 개념
우주 초기 원소의 형성빅뱅 이후 우주가 팽창하며 식는 동안 기본 입자인 쿼크가 결합하여 양성자와 중성자가, 이어서 헬륨 원자핵이 만들어지고, 약 38만 년 뒤에는 원자핵이 전자와 결합하여 수소와 헬륨 원자가 만들어진 과정이다. 그 결과 우주를 이루는 주요 원소는 수소와 헬륨이 되었고 질량비는 약 3:1이다.
별 내부의 핵융합별의 중심부에서 높은 온도와 압력으로 가벼운 원자핵이 합쳐져 더 무거운 원자핵이 만들어지는 반응이다. 수소 핵융합으로 헬륨이, 이어서 헬륨 핵융합으로 탄소가 만들어지며, 질량이 매우 큰 별은 산소, 규소 등을 거쳐 철까지 만들어 중심으로 갈수록 무거운 원소가 있는 양파 껍질 같은 층 구조를 이룬다.
빅뱅 양성자 중성자 수소 핵융합 우주의 구성 원소