[지구칼럼] 오답률 83% 문항 풀게 해줌

안녕하세요, 지구과외황입니다. 

25학년도 수능 지구과학 영역에서 역대급 문항이 등장했습니다. 

오답률이 83%로 이번 교육과정 역대 최고 오답률인데요,
외행탐같이 어렵게 출제되던 단원이 아니라 더 충격적입니다. 

하지만 당해 9월 모의평가를 제대로 학습했다면 
이 문항을 쉽게 풀 수 있었는데요,

오늘은 이 문항들을 풀이하면서, “우주 구성 요소” 문항의 풀이법과
지구과학을 학습할 때 견지해야 하는 태도를 배워보겠습니다.

먼저 “우주 구성 요소”의 기본적인 개념부터 점검해보겠습니다. 

1. 우주 구성 요소의 밀도 변화

우주 구성 요소는 우리 우주를 구성하는 요소를 뜻합니다. 

우주 구성 요소에는 보통 물질, 암흑 물질, 암흑 에너지가 있습니다. 

보통 물질은 주변에서 쉽게 관측 가능한 전자, 양성자 등의 ‘물질’입니다. 

암흑 물질은 눈으로 관측할 수 없는 미지의 ‘물질’입니다.

암흑 에너지 역시 눈으로 관측할 수 없는 미지의 ‘에너지’입니다. 

이 세가지 구성 요소의 물리적 특성을 표로 정리해보겠습니다. 

보통 물질은 광학적 관측이 가능하지만, 
‘암흑’ 물질과 ‘암흑’ 에너지는 불가능합니다. 

보통 ‘물질’과 암흑 ‘물질’은 질량을 갖지만, 
암흑 ‘에너지’는 질량을 갖지 않습니다. 

보통 ‘물질’과 암흑 ‘물질’은 인력을 발생시키고, 
암흑 ‘에너지’는 척력을 발생시킵니다. 

2. 우주 구성 요소의 밀도

먼저 밀도의 개념을 되짚어봅시다. 
밀도는 (총량) ÷ (부피) 입니다. 

이 때, 부피는 길이의 세제곱에 비례합니다. 

이를 우주에 대입해도 똑같이 성립합니다. 

우주 구성 요소의 밀도는 (우주 구성 요소의 총량) ÷ (우주의 부피) 입니다. 

이 때, 우주의 부피는 은하 사이 거리의 세제곱에 비례합니다. 

우주는 계속해서 팽창하므로, 우주의 부피는 계속 증가합니다.

이 때 어떤 요소의 밀도가 일정하다면, 요소의 총량은 증가합니다. 

만약 어떤 요소의 총량이 일정하다면, 요소의 밀도는 증가합니다. 

3. 우주 구성 요소의 밀도 변화

물질은 질량 보존 법칙이 성립하므로, 총량이 항상 일정합니다. 

이 때 우주의 부피는 계속 증가하므로, 물질의 밀도는 계속 감소합니다. 

덧붙히면, 물질의 총량은 항상 일정하므로 비율도 일정합니다.
보통 물질과 암흑 물질의 비율은 항상 1:5.5로 일정합니다. 

암흑 에너지는 모든 공간에 균일하게 분포하며, 밀도가 항상 일정합니다. 

이 때 우주의 부피는 계속 증가하므로, 암흑 에너지의 밀도는 증가합니다. 

시간에 따른 우주 구성 요소의 총량과 밀도를 정리하면 표와 같습니다. 

이 때 보통 물질과 암흑 물질의 비는 1:5.5입니다. 

[예제 1]

이제 앞서 배운 내용을 바탕으로 위 예제를 풀어보겠습니다. 

B의 밀도는 두 시기에 동일하므로 B는 암흑 에너지이다. 

A와 C의 밀도비는 5.5:1 이므로, A는 암흑 물질이고 C는 보통 물질이다. 

물질의 밀도는 시간이 흐를수록 감소하므로 (가)는 과거, (나)는 현재이다. 

4. 은하 사이 거리, 우주 부피, 물질 밀도의 관계

은하 사이 거리, 우주 부피, 물질 밀도 사이에는 위 공식이 성립합니다. 

이 때 물질의 총량은 일정하므로, 

위 그림처럼 길이 : 부피 : 밀도 = 의 관계가 성립합니다.

[예제 2]

이제 앞서 배운 내용을 바탕으로 위 예제를 풀어보겠습니다. 

암흑 에너지의 밀도는 항상 일정하므로 ㄷ은 0.21이다. 

물질의 밀도는 시간이 지날수록 감소하므로 (가)는 (나)보다 과거이다. 

이 기간 동안 물질의 밀도가 1/8배가 되었으므로 ㄴ은  0.67이다. 

길이, 부피, 밀도의 비에 의해 (가) 시기 은하 사이의 거리는 0.25이다. 

5. 문항 풀이

25학년도 9월에 출제된 문항입니다. 

오답률에서 알 수 있듯 기출 문항에 유사한 문항이 없었기 때문에,
학생들이 시험장에서 풀기에 난해한 부분이 있었습니다. 

먼저 문항을 풀어보겠습니다. 

현재 우주 구성 요소의 총 밀도가 1이므로 현재 B의 밀도는 0.68입니다. 

이 때 B의 밀도는 두 시기가 동일하므로, B는 암흑 에너지입니다. 

또, A와 C의 밀도가 5.5:1이므로 A는 암흑 에너지, C는 보통 물질입니다.

우주의 크기(=은하 간 거리)는 T시기부터 현재까지 2배가 되었으므로, 

두 변수의 관계에 의해서, 물질 밀도가 1/8배가 된 것을 알 수 있다. 

따라서 T시기 A의 밀도는 2.16, C의 밀도는 0.40이다. 

ㄱ. A는 암흑 물질이므로 중력 렌즈 현상을 통해 존재를 추정할 수 있다. 

ㄴ. 우주가 팽창하는 동안 암흑 에너지의 총량은 계속 증가한다. 

ㄷ. 그림과 같이 T 시기에 차지하는 비율은 10%보다 높다. 

만약 이 문항을 풀이하면서 얻은 교훈을 정리하고 연습했더라면,
오답률이 80%가 넘는 수능 문항도 문제 없이 풀 수 있었을 것입니다.

그럼 처음 소개했던 오답률 82%의 문항을 풀어보겠습니다. 

T2일 때, 우주 구성 요소의 총 밀도가 1이므로 A의 밀도는 0.67입니다. 

A와 C의 밀도 비가 5.5:1이므로 A는 암흑 물질, C는 암흑 에너지입니다. 

이때 B가 암흑 에너지이므로 T1시기 B의 밀도는 0.21이다. 

T1 -> T2 시기에 물질 밀도는 1/8배가 되었으므로, 
T1 시기 A의 밀도는 5.36이다. 

이 때, 우주의 크기(=은하 간 거리)는 2배가 되었음을 알 수 있다. 

따라서 T1 시기 우주의 크기는 0.25이다. 

ㄱ. C는 보통 물질이므로 중성자를 포함한다. 

ㄴ. 그림과 같이 A/B의 비율은 T1이 T2보다 크다. 

ㄷ. 그림과 같이 T1 시기에 C가 차지하는 비율은 15%보다 작다. 

6.결론

오답률에 비해 풀이 과정이 심하게 괴랄한 문항은 아니었습니다. 

9평에서 문항을 풀이하면서 얻은 교훈을 잘 정리하고 연습했다면, 

손이 빠른 친구는 1-2분 안에도 풀 수 있는 문항이었습니다. 

알려드린 내용을 정리해서 다른 문항에도 적용해보시길 바랍니다. 

만약 질문이나 기타 문의가 있다면 DM 보내주세요. 

‘지구과외황’이었습니다. 감사합니다!

+) 좋아요와 팔로우 부탁드립니다!