천체 물리학 서론 4단원 연습문제 답안

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천체 물리학 서론 4단원 연습문제 답안에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

), 그리고 달의 근지점의 세차주기(8.85년)를 이용하여 다음 항의 길이를 계산하시오.
(가) 삭망월
(나) 교점월
(다) 근점월
3. 달이 원 궤도를 그리며, 황도면에 놓여 있다고 가정하자. 충과 내합에서 달에 미치는 태양의 인력의 차이를 구하시오. 이 인력의 차이와 지구가 달에 미치는 인력을 비교하시오. 이제 달의 궤도가 간단한 타원이 아닌 이유를 알 수 있는가?
1) 내합
2) 외합
태양이 달에 미치는 충과 내합에서의 인력의 차이는 정도로, 달은 원궤도를 돌지 않는다는 것을 알 수 있다.
4. (가) 만약 달의 반지름이 인 핵을 가지고 있고, 나머지 내부는 균일한 밀도 을 가지고 있다면, 이 핵의 균일한 밀도는 얼마인가?
(나) 달 궤도의 근지점과 원지점에서 지구가 달에 가하는 조석력을 비교하고 논의하시오.
1) 근지점에서의 조석력
2) 원지점에서의 조석력
달의 근지점과 원지점에서의 조석력은 정도 차이가 존재한다.
5. 온도 인 기체에서 분자 하나의 평균 운동에너지는 이고,
이다. 지표에서 수직 속도가 인 입자는 높이 만큼 올라간 후 땅에 떨어진다.
(가) 온도가 일 때, 질량 인 분자의 특성 높이는 임을 보이시오.
(나) 온도가 일 때 질소, 산소, 이산화탄소, 의 특성 높이를 계산하시오. 이 결과는 지구 대기의 조성 구조(compositional structure)에 대해 어떤 것을 알려주는가?
1) 질소
2) 산소
3) 이산화탄소
4) 수소
(다) 이 계산은 본문에서 다룬 높이척도의 값과 어떤 차이가 있는가?
본문에서는 기압과 관련한 높이척도를 기술하였으나 위의 문제에서는 기압과는 무관하게 분자가 최대로 상승할 수 있는 높이척도를 계산하였다. 그리고 수소분자의 높이 척도 또한 정도 높게 측정되었다.
6. (가) 만약 한 별이 모든 가시광선 파장에서 동일한 복사강도로 빛을 방출한다면, 이 별의 겉보기 색깔이 지표에서는 어떻게 보일까?
짧은 파장의 빛은 더욱 산란되기 쉽다. 반면, 긴 파장의 빛은 그다지 잘 산란되지 않는다. 만약, 가시광선의 영역 대의 빛을 방출하는 별이 있다면, 이 별은 적당한 산란을 일으키게 되며, 색은 푸른색과 적색의 사이의 색깔을 띠게 될 것이다.
(나) 일몰 때 태양의 모습이 약간 타원형 모양으로 납작해보이는 이유를 설명하시오.
대기에 의한 빛의 굴절은 낮은 고도에서 더 잘 일어난다. 태양의 아랫부분은 위로 올려져 보이게 되며, 결국 납작하게 보이게 된다.
7. 균일한 자기장 내에서 하전입자의 원 궤도의 주기 는 궤도 반지름에 무관함을 보이시오. 의 자기장에서 으로 움직이는 양성자의 궤도주기를 계산하시오.
8. 지구의 자기장의 강도는 거리가 멀수록 감소하므로 복사대 내에 있는 전자는 동쪽으로 이동한다. 이를 그림으로 보이고, 또 로렌츠 힘의 법칙을 써서 그 이유를 설명하시오.
전자는 자기장이 더욱 약한 지역으로 움직인다. 지구의 동쪽으로 자기장의 세기가 약하므로, 복사대 내에 있는 전자는 동쪽으로 이동한다.
9. 지구핵의 밀도가 이고, 맨틀 밀도와 평균 밀도가 각각 과 일 경우 지구의 반지름에 대한 핵의 반지름의 상대적 크기를 구하시오.
10. 지구의 외권에서 온도는 에 이른다. 수증기의 평균 속도를 지구의 이탈속도와 비교해 보고, 수증기가 대기에 남아 있을 수 있는 기간을 추정해 보시오.
11. 정역학적 평형 관계를 이용하여 달의 중심 압력을 추정하고, 이를 지구의 중심 압력과 비교하시오.
12. (가) 지표의 자기장 강도를 이용하여 반앨런복사대의 자기장 강도를 추정하시오.
① 만큼 떨어진 지역
② 만큼 떨어진 지역
(나) 위의 결과를 이용하여 반앨런 복사대 내에서 50의 에너지를 가진 양성자 궤도의 곡률 반지름을 계산하시오.
① 지표로부터 만큼 떨어진 지역
② 지표로부터 만큼 떨어진 지역
13. 에 따라 감소하는 쌍극 자기장은 지수함수적으로 감소하는 대기의 밀도를 능가한다는 것을 보이시오.
14. 암석 시료에 의 비율로 함유되었다고 하자. 이 암석은 얼마나 오래된 것인가 나이를 알려면 어떤 가정을 해야 하는가?
15. 태양이 오전 6시에 떠서 정오에 남중하고 오후 6시에 진다고 가정할 때, 달이 떠서 남중하고 지는 평균 시간들을 다음의 각 위상에 대해 구하시오.
(삭, 초승달, 상현, 상현-망 간 위상, 망, 망-하현 간 위상, 하현, 그믐달)
각 위상 사이에 이각의 차이는 45°로 가정하고 복잡한 요인들을 무시하시오.
뜨는 시간
남중
지는 시간
삭
초승달
상현
상현-망
보름
하현
그믐
16. 당신과 친구가 지구의 반지름을 결정하고자 한다. 먼저 여러분의 시계를 맞춘 다음, 친구는 위도 40°에서 차를 몰고 정서쪽으로 50km간다. 태양이 정남에 올 때 여러분 각자의 시간을 잰다. 당신이 남중 때 태양을 바라본 140초 후에 당신 친구는 자신의 자오선 상에서 태양을 보게 된다. 그렇다면 지구의 반지름은 얼마로 추정되는가?
17. 하와이에 있는 마우나케아 정상(해발 4,200m)은 세계에서 가장 좋은 관측 장소 중에 하나이다. 이러한 높은 고도에서는 대기 중에 수증기나 이산화탄소의 함량이 낮기 때문에, 특히 적외선 관측 장소로서는 최적이다(수증기와 이산화탄소는 많은 적외선 흡수대를 가지고 있다). 그러나 이런 고도에서 일한다는 것은 산소가 적은 곳에 잘 적응되지 못한 천문학자들에게 매우 힘든 것이다.
(가) 위의 두 효과를 이해하기 위해 지구 대기에서 의 높이척도를 계산하시오.
(나) 대기에서 이들 각 기체는 4,200m 이하에서 몇 퍼센트나 되는가?
(각 기체의 함량은 균일하게 감소한다고 가정하시오.)
①
②
③
18. 지구-달 계의 질량중심이 지구의 표면에 위치하게 하려면 달의 질량(지구의 질량에 대한 상대적인 비율)은 얼마여야 하는가? 어떤 의미에서는 지구-달 계는‘쌍행성(double planet)’은 아니라고 하겠는가?
19. 달 대기의 주된 성분은 네온이다. 달의 정오에 표면에서 네온 기체의 수명은 얼마나 길겠는가? (힌트: 2.1.4항을 참조하시오. 만약, 이라면, 수명은 수년정도이다. 이 비율이 4라면, 수천 년이 되고, 5라면 수억년이 되며, 10 이상이라면 수십억 년이 된다.)

키워드

높이척도,   정역학 평형,   항성월,   교점월,   삭망월,   다이너모 이론,   지구의 자기장,   근지점과 원지점,   방사성 붕괴,   천문학