1. 물질의 기원

①우주를 이루는 원소는 어떻게 알아낼 수 있을까?

연속 스펙트럼

고온의 광원(예: 백열등)에서 나온 빛을 프리즘과 같은 분광기에 통과시켰을 때 나타나는 여러 가지 색의 연속적인 띠

 

빛의 방출에 의한 선 스펙트럼

기체 방전관(예: 수소, 네온)을 분광기로 관찰할 때와 같이 몇 개의 선으로 특정한 파장의 빛이 나타난 것

-선 스펙트럼은 원소마다 고유한 파장에서 나타남 (=원소의 지문)

 

흡수에 의한 선 스펙트럼

연속 스펙트럼에 나타난 검은 선의 형태. 원소들이 특정한 파장의 빛만을 흡수해서 나타나는 것.

(예: 태양의 스펙트럼)

 

 

※한 원소에서 방출에 의해 나타나는 선 스펙트럼과 흡수에 의해 나타나는 선 스펙트럼은 파장이 일치한다.

 

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②우주 초기에 원소는 어떻게 만들어졌을까?

빅뱅 우주론

-모든 물질과 에너지가 모여 있던 매우 작은 한 점에서 빅뱅(대폭발)이 일어나 우주의 시간과 공간이 시작되었다는 이론.

-빅뱅 직후 우주는 매우 뜨거웠으나 우주가 팽창하며 밀도와 온도 감소

-이때 전자를 포함한 기본적인 입자들 생성

 

-우주의 팽창과 함께 온도 비교적 저하→수소 원자핵, 헬륨 원자핵 차례대로 생성(원자핵과 전자가 분리된 상태)

-시간이 지난 후 우주의 온도가 아주 저하된 후에 원자핵-전자 결합 가능케 됨→수소 원자, 헬륨 원자 생성

 

-초기 우주에서 만들어진 수소, 헬륨이 은하와 별을 생성하기 시작함.

 

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③지구와 생명체를 구성하는 원소는 어떻게 만들어졌을까?

별의 중심부 - 탄소

별의 중심부는 온도와 밀도가 매우 높음→수소 핵융합 반응이 일어나 헬륨 원자핵이 생성→중심부에서 수소가 모두 헬륨으로 전환→별의 겉 부분이 팽창(붉게 보이는 별)→중심부의 온도 증가→헬륨 핵융합 반응→탄소 원자핵 생성

 

무거운 별 - 산소, 네온, 규소, 철

태양과 비슷한 질량의 별: 탄소 이상으로 무거운 원소가 만들어지는 핵융합 반응 불가능

태양보다 무거운 별: 중심부 온도가 더 높이 올라갈 수 있음:

다음 단계의 핵융합 반응 가능→산소, 네온, 규소, 철 원자핵 차례대로 생성 (탄소보다 무거운 원소)

 

초신성 폭발 - 구리, 금, 우라늄

질량 높은(무거운) 별은 철 생성 이후 초신성 폭발로 일생을 마침

초신성 폭발 과정에서는 온도 매우 증가→구리, 금, 우라늄 차례대로 생성 (철보다 무거운 원소)

초신성 폭발로 별의 중심부를 제외한 나머지 부분을 우주 공간으로 날려보냄→수많은 원소 포함된 물질 방출

 

행성의 생성

①태양계, 거대한 성운이 수축하며 생성

②성운 회전, 중심부 계속 수축, 태양 생성

③태양 주위 회전하던 물질들 서로 충돌하며 뭉쳐 소행성 크기로 성장

④서로 충돌하여 행성 생성

→이 과정에서 규산염 광물과 금속 성분의 고체 물질이 지구 이룸

 

①빅뱅으로 만들어진 수소와 헬륨, 별의 일생을 거쳐 점차 무거운 원소로 만들어짐

②초신성 폭발 통해 우주 공간에 방출

③또 다른 별과 행성의 재료화

→계속 반복됨