[보충자료] 제2화 지구는 정말 둥글까?

- 교육과정 연계 정보, 읽기 자료 -

Aug 12. 2025

꼬리에 꼬리는 무는 과학 이야기 제2화에서 다룬 ‘제2화 지구는 정말 둥글까?’라는 주제는 우리 학교 교육과도 아주 잘 맞닿아 있습니다. 오늘은 어제 업로드 못한 교육과정, 보충자료를 보여드릴게요. ~~연재물의 보충글을 브런치 스토리로 올리려니 조금 어색하긴 합니다.~~

“밤하늘을 올려다본 적 있나요? 달과 별은 우리에게 어떤 이야기를 들려줄까요?”

학생들은 학교에서도 배움이 있습니다. 초등학교 4학년 과학 시간에는 달의 모양과 위상 변화를 관찰하면서 밤하늘에 대한 호기심을 키우고, 중학교에서는 달의 위상 변화 원리뿐 아니라 일식과 월식 현상까지 배우게 됩니다.

특히 고대 그리스 철학자들과 과학자들이 남긴 지식과 사고방식은 고등학교 선택과목인 ‘과학의 역사와 문화’에서 깊이 있게 다뤄지죠. 그들의 탐구 과정을 통해, 과학이 단순한 결과물이 아니라 관찰과 추론, 실험을 거쳐 차근차근 쌓여가는 여정임을 알 수 있습니다.

아쉽게도 에라토스테네스가 막대기로 그림자 길이를 재서 지구 둘레를 계산했던 실험은 2026년부터 정규 교과서에서 빠진다고 해요. 그래서 오늘 소개한 내용을 보충자료나 심화학습 자료로 꼭 활용하면 좋겠습니다.

수업 시간에는 운동장에 나가 막대기 그림자 관찰을 해 보거나, 탁구공과 손전등으로 월식을 재현하는 활동도 가능합니다. 이런 직접 체험은 학생들이 과학자의 창의적 사고와 탐구 과정을 몸소 느끼게 해 줍니다.

무엇보다 이번 이야기는 과학의 본질, 즉 ‘과학 지식은 경험적 근거를 바탕으로 잠정적으로 만들어지며, 창의적인 상상력과 끈질긴 질문이 함께할 때 발전한다’는 사실을 깨닫는 좋은 기회가 될 것입니다.

{※ 교사·교육자 독자를 위한 부록} ▣ 교육과정 연계 정보 ▣

■ 관련 성취기준 (2022개정교육과정)

□ [4과13-01] 달의 모양과 표면, 달의 위상변화를 관찰하여 밤하늘 관찰에 흥미를 가질 수 있다.

□ [9과07-04] 달을 관측하여 달의 위상변화 원리를 이해하고, 일식과 월식을 설명할 수 있다.

□ [12과사01-02] 고대 그리스 철학자의 과학적 사고나 주장 등을 조사하고, 그리스 문명이 고대에서 현대에 이르기까지 인간의 삶에 미친 영향을 설명할 수 있다.

■ 참고 성취기준 (2015개정교육과정)

□ [9과10-01] 지구와 달의 크기를 측정하는 방법을 알고 그 크기를 구할 수 있다. (해당 내용은 현재 중학교 2학년 과학에 포함되어 있으며, 2026학년도부터는 새 교과서 도입으로 삭제 예정)

■ 반영 과목

□ 초등학교 4학년 과학

□ 중학교 1학년 과학 {새 교육과정} (7단원 태양계 단원 / 2022 개정 적용)

□ 중학교 2학년 과학 {현 교육과정} (3단원 3.1 지구와 달 / 2015 개정 기준)

□ 고등학교 선택과목 '과학의 역사와 문화'

■ 교육과정 반영 여부

□ 월식, 지구의 그림자, 달의 위상 변화는 초등학교 및 중학교 과학 교과서에 명시되어 있습니다.

□ 고대 그리스 과학자의 사고방식, 지구 구형설의 역사, 과학 지식의 형성과정은 2022 개정 고등학교 선택과목 「과학의 역사와 문화」를 통해 알아볼 수 있습니다. 하지만 선택과목 외에는 간략히 언급되거나 생략되는 경우가 많아, 과학사의 흐름과 과학의 본성 이해를 위해 보충자료로 활용이 필요합니다.

□ 에라토스테네스의 실험 및 지구 크기 측정 내용은 현재 일부 교과서에만 간략히 수록되어 있으며, 2026년부터 정규 교육과정에서는 제외될 예정이므로 보충자료 또는 심화학습 자료로의 활용이 권장됩니다.

■ 활용 팁

□ 고대 그리스 과학자들의 탐구 과정을 통해 ‘과학 지식은 어떻게 만들어졌는가?’라는 본질적 질문을 유도할 수 있습니다.

□ 지구의 구형설을 둘러싼 관찰 → 추론 → 실험 → 해석의 구조를 수업 속 ‘탐구 흐름’으로 구현하기에 매우 적합한 주제입니다.

□ 막대기 그림자 관찰 실험(학교 운동장 활용), 월식 재현 모형 활동(탁구공, 손전등) 등으로 학생 중심 수업을 구성하고, 이를 통해 과학자의 관점과 창의적 사고방식을 직접 체험할 수 있습니다.

□ 학생들과 함께 과학의 본성(Nature of Science, NOS)의 주요 요소들 중 ‘경험적 근거’, ‘잠정성’, ‘창의성과 상상력’을 토론하거나 탐구해 보기에 적절한 사례가 됩니다.

▣ 읽기 자료 ▣

1.《세 사람과 둥근 지구》– 피타고라스, 아리스토텔레스, 그리고 에라토스테네스

지구가 둥글다는 사실, 언제부터 알았을까요?
아마 여러분은 아주 오래전부터 사람들이 알았을 거라고 생각할 수도 있지만, 그 과정은 수천 년에 걸쳐 아주 조금씩 밝혀졌답니다.

먼저, 기원전 6세기 그리스의 철학자 피타고라스가 있었습니다. 그는 세상 모든 것이 수와 조화로 설명될 수 있다고 믿었어요. 그래서 별들이 원을 그리며 움직이는 걸 보며, ‘지구도 완벽한 구 모양이어야 하지 않을까?’라고 생각했죠. 아직은 상상에 가까운 피타고라스의 주장은 직관적이고 사변적인 것이었지만, ‘지구가 평평하지 않다’는 최초의 철학적 주장 중 하나였습니다.

그다음, 기원전 4세기 아리스토텔레스가 등장합니다. 그는 직접 관찰하는 것을 매우 중요하게 생각했어요. 월식 때 지구 그림자가 둥글게 나타나는 것을 보고, 남쪽으로 항해할 때 별자리 위치가 달라지는 걸 경험하며, 멀어지는 배가 돛대부터 사라지는 현상을 통해 ‘지구는 둥글다’는 확실한 증거를 찾아냈답니다. 이 세 가지 관찰이 경험적인 증거가 되었습니다. 이는 바로 피타고라스의 철학적인 생각을 실제로 확인시켜 준 강력한 근거가 되었지요.

마지막으로, 기원전 3세기 에라토스테네스는 이 모든 주장에 결정적인 수학적 증거를 더했습니다. 그는 수학적 계산으로 그 사실을 증명했어요. 이집트의 두 도시, 시에네와 알렉산드리아에서 태양 그림자의 길이를 측정해 지구 둘레를 계산한 것이죠. 그 결과는 놀랍게도 지금 우리가 알고 있는 지구 둘레와 거의 같았습니다.

이렇게 피타고라스가 ‘그럴 것이다’라고 상상하고, 아리스토텔레스가 ‘그렇다’고 관찰하며, 에라토스테네스가 ‘그래서 그렇다’고 계산하는 과정을 통해, 오늘날 우리가 ‘지구는 둥글다’고 말할 수 있게 된 거랍니다.

과학은 언제나 이렇게 성장합니다. 질문에서 시작해, 증거를 찾고, 수로 다가가는 과정. 그 여정은 지금도, 우리 손에 들린 스마트폰 안에서도 계속되고 있답니다.

2.《지구는 얼마나 둥글까? – 현대 과학의 시선》

그렇다면, 지구는 얼마나 둥글까요? 그리고 그 크기는 얼마나 될까요?

오늘날 우리는 위성이나 GPS 같은 정밀한 기술 덕분에 지구의 크기와 모양을 아주 정확하게 알 수 있어요. 적도를 따라 잰 둘레는 약 40,075km이고, 극을 지나는 둘레는 약 40,008km로 적도 쪽이 조금 더 깁니다. 이 차이는 지구가 완벽한 구가 아니라, 자전 때문에 적도 부근이 살짝 불룩해진 ‘회전 타원체’라는 뜻입니다. (수학적으로는 ‘극이 약간 납작한 회전 타원체(oblate spheroid)’라고 해요.)

현대 과학자들은 인공위성의 궤도 분석과 GPS(Global Positioning System)를 이용해 지구 위 여러 지점의 거리와 높낮이를 정확히 측정해서 지구의 모양을 3차원으로 재구성합니다. 또한 레이저 거리 측정(LIDAR) 기술로 위성까지 레이저를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 거리를 아주 정밀하게 계산하기도 하죠.

지구는 스스로 도는 자전 때문에 적도 부분이 조금 튀어나와 있어요. 그래서 수학적으로는 완벽한 구가 아니라, 회전 타원체 또는 지오이드(geoid)라고 부릅니다. 북극과 남극 사이의 지름이 적도 지름보다 약 43km 정도 짧죠. 하지만 우리가 평소 느끼거나 우주에서 찍은 사진을 보면, 지구는 충분히 둥글게 보입니다. 과학적으로도 ‘구형’이라고 해도 크게 틀리지 않아요.

이처럼 엄밀히 말하면 지구는 완벽한 구는 아니지만, 우주에서 찍은 사진을 보면 충분히 둥글게 보입니다.

고대 과학자들은 해와 그림자, 별자리 관찰을 통해 지구의 모양을 추측했지만, 오늘날 우리는 정밀한 기계와 위성을 통해 지구의 모습을 정확히 확인할 수 있게 된 것이죠. 시대는 달라도, 과학자들이 던진 질문과 그에 답하려는 노력은 계속되고 있습니다.