③
질량비가 가장 큰 ㉠은 수소, 그다음 ㉡은 헬륨(ㄱ 옳음), S의 흡수선 중에 ㉠·㉡ 방출선과 같은 파장이 모두 있음(ㄴ 옳음), 우주의 수소는 대부분 빅뱅 직후 우주 초기에 생성(ㄷ 틀림) → 정답 ③.
핵심 개념
우주를 구성하는 원소는 질량비로 수소가 약 74 %, 헬륨이 약 24 %이며, 별의 흡수 스펙트럼에서 흡수선 위치를 원소의 방출선과 비교하면 별 대기의 구성 원소를 알 수 있다.
단서 따라가기
(가) 질량비 ㉠ 약 74 %, ㉡ 약 24 %우주를 구성하는 원소 중 질량비가 가장 큰 것은 수소, 다음은 헬륨이다 → ㉠ = 수소, ㉡ = 헬륨 보기 ㄱ (옳음)
(나) 별 S의 흡수선 위치 = ㉠, ㉡ 방출선 위치원소는 고유한 파장에서 방출선과 흡수선을 나타내므로, 같은 파장의 흡수선이 있으면 별의 대기에 그 원소가 있다 보기 ㄴ (옳음)
㉠(수소)의 기원우주의 수소 원자핵은 대부분 빅뱅 후 우주 초기에 만들어졌고, 별 내부에서는 수소가 핵융합으로 오히려 소모된다 보기 ㄷ (틀림 — 우주 초기에 생성)
정답 근거
보기 ㄱ: 우주를 구성하는 원소 중 질량비가 가장 큰 것은 수소, 다음으로 큰 것은 헬륨이므로 ㉠은 수소, ㉡은 헬륨이다. 보기 ㄴ: ㉠, ㉡의 방출선과 같은 파장의 흡수선이 별 S의 스펙트럼에 나타나므로, S의 대기에는 ㉠, ㉡이 모두 포함되어 있다. 따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이고 정답은 ③이다. (ㄷ은 우주를 구성하는 수소의 대부분이 별 내부가 아니라 우주 형성 초기에 생성되었으므로 틀리다.)
선지별로 왜 틀렸나
①
함정 방출선(검은 바탕의 밝은 선)과 흡수선(밝은 바탕의 검은 선)은 모양이 정반대라 서로 비교할 수 없다고 여겨 ㄴ을 빼기 쉽다.
ㄱ은 옳지만, 흡수선과 방출선의 파장이 같으면 같은 원소이므로 S의 대기에 ㉠, ㉡이 모두 있어 옳은 ㄴ이 빠졌다.
②
함정 별 내부에서 원소가 만들어진다는 내용을 모든 원소에 적용해, 가장 많은 수소도 별에서 만들어졌다고 생각하기 쉽다.
ㄷ은 수소의 대부분이 우주 초기에 생성되었으므로 틀리고, 옳은 ㄱ, ㄴ이 빠졌다.
④
함정 별 S의 흡수선은 확인했지만, 막대그래프에서 두 번째로 많은 원소를 산소 등 다른 원소로 착각해 ㄱ을 빼기 쉽다.
ㄴ은 옳지만, ㄷ은 수소가 우주 초기에 생성되었으므로 틀리고, ㉡이 헬륨인 ㄱ이 빠졌다.
⑤
함정 ㄱ, ㄴ을 맞힌 뒤 '별 내부 핵융합으로 원소가 만들어진다'는 개념을 수소에도 적용해 ㄷ까지 고르기 쉽다.
ㄱ, ㄴ은 옳지만, 별 내부에서는 수소가 헬륨으로 바뀌며 소모되고 우주의 수소는 대부분 우주 초기에 생성되었으므로 ㄷ은 틀리다.
이 문항이 묻는 능력
우주 구성 원소의 질량비 자료로 원소를 판별하고, 별의 흡수 스펙트럼과 원소의 방출 스펙트럼을 대조해 별 대기의 성분을 추론하며 원소의 기원을 구분하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
질량비 순서(수소 > 헬륨 > 기타)로 원소 판별 → 별의 흡수선과 원소의 방출선 파장 위치를 하나씩 대조 → 원소의 기원(빅뱅 우주 초기: 수소·헬륨 대부분 / 별 내부: 무거운 원소) 적용
다음 문항 · 18번
그림은 세포에서 일어나는 유전 정보의 흐름을 나타낸 것이다. Ⅰ과 Ⅱ는 하나의 DNA를 구성하는 각 가닥이며…
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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.
흡수 스펙트럼연속 스펙트럼을 내는 빛이 온도가 낮은 기체를 통과할 때 기체가 특정 파장의 빛을 흡수하여 연속 스펙트럼 위에 검은 선(흡수선)이 나타나는 선 스펙트럼이다. 별빛의 흡수선 위치를 원소의 방출선 위치와 비교하면 별 대기의 구성 원소를 알 수 있다.
우주의 원소 질량비 방출 스펙트럼 흡수 스펙트럼 빅뱅 별 내부 핵융합