1. 태양계
우리은하는 막대 나선 모양의 은하이다. 우리은하를 위에서 보면 나선 모양의 팔이 있으며 시계 방향으로 회전하고 있다. 태양계는 우리은하의 나선팔 부분에 위치해 있다. 태양계는 태양을 포함해 태양의 중력에 이끌려 있는 천체와 그 천체가 이루는 공간을 의미한다. 항성인 태양을 중심으로 돌고 있는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 8개 행성과 세레스, 명왕성, 에리스 등의 왜소 행성, 각 행성 주위를 돌고 있는 위성, 소행성, 혜성 등으로 이루어져 있다.
2. 태양과 태양계 행성
1) 태양과 태양 에너지
태양은 태양계의 중심에 있으며 태양계의 질량 중 99% 이상을 차지한다. 태양은 핵융합 반응으로 만들어진 막대한 에너지를 전자기 복사 형태로 방출한다. 이 에너지가 열과 빛 형태의 복사 에너지로 지구에 도달하며 지구 에너지의 99% 이상을 차지한다. 태양 에너지는 지구의 물이 액체 상태로 존재할 수 있게 하며 대기 현상과 기후는 물론 동식물의 생명 유지에 근본적인 에너지로 작용한다. 특히 물의 순환을 통한 수증기의 잠열은 다양한 기상 현상과 대기 환경에 영향을 준다.
2) 태양계 행성
태양계 행성은 국제천문연맹이 행성에 대한 정의를 새롭게 정하면서 명왕성이 왜소 행성으로 지위를 잃게 되어 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 8개 행성으로 확정되었다. 태양계 행성은 위치에 따라 지구 궤도 안쪽에 있는 내행성(수성, 금성)과 지구 궤도 바깥쪽에 있는 외행성(화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성)으로 구분할 수 있다. 또 태양계를 구성하는 행성은 질량, 크기, 밀도 등이 다르며 이러한 물리적 특성에 따라 지구형 행성(수성, 금성, 지구, 화성)과 목성형 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)으로 구분할 수 있다.
3. 별의 관측
1) 별의 겉보기 운동
지구가 자전하면서 별이 자전축을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 겉보기 운동을 하는데 이를 별의 일주 운동이라고 한다. 또 별이 매일 조금씩 다른 곳에서 관측되는데 이것은 별이 움직이는 것이 아니고 지구가 공전하기 때문이다.
2) 별자리
별자리는 옛날 사람들이 밤하늘에 무리 지어 있는 별을 연결해 어떤 사물의 모습을 떠올리고 이름을 붙인 것이다. 별자리에 속한 별은 실제로 같은 거리에 있지 않으며 관측자가 보는 가상의 천구를 중심으로 비슷한 장소에 있는 별끼리 묶은 것이다. 별자리는 문화권에 따라 시대에 따라 다르게 불리기도 한다. 우리나라의 견우와 직녀 이야기에 등장하는 견우성과 직녀성, 그리고 북두칠성이 대표적이다. 1930년대 이후 국제천문연맹에서는 천구를 전체 88개의 구획으로 나누어 사용하고 있다. 별끼리 선을 잇는 방법이 아닌 지구 관측자를 중심으로 천구를 88구획으로 나눈 것이므로 하늘에서 보이는 모든 천체는 특정 별자리에 속해 있다고 볼 수 있다. 특정 별자리의 위치는 늘 같은 위치에 고정되어 있어서 별자리 주소가 지정된 것과 같다. 따라서 특정 별자리를 찾으면 그 별자리를 기준으로 방향을 찾을 수 있다. 우리나라에서는 북쪽 하늘의 북두칠성과 카시오페이아자리가 학생들에게 친숙한 별자리이며 북쪽을 찾는 데 활용된다.
4. 지구의 에너지원
지구의 에너지원에는 지구 내부 에너지, 달과 태양의 인력에 의한 조력 에너지, 태양 복사 에너지가 있다. 태양 복사 에너지는 지구 에너지원의 99.9%를 차지한다. 태양은 대기와 바다, 지면을 데우고 복사나 대류를 하여 기권, 수권, 지권의 에너지 순환을 일으키며 전 지구적 환경에 영향을 미친다. 그와 동시에 생물권의 생명 유지에 근본적인 영향을 미치는 중요한 에너 지원이다.
5. 에너지 대순환과 생태계
태양 에너지는 지구의 표면을 데우며 물의 증발과 응결에 영향을 준다. 수증기의 증발 과정에서 흡수된 태양 에너지는 대기 대순환으로 지구 곳곳에 다양한 기상 현상에 영향을 주며 이 과정에서 에너지를 전달한다. 대기 대순환의 영향으로 생긴 바람이 해수면 위에서 지속해서 불게 되는데 이러한 바람은 해수의 순환과 해류의 발생에 영향을 준다. 일정하고 지속적인 바람과 지형의 영향에 따라 다양한 형태의 해류가 생기며 해류의 순환은 에너지 순환에 영향을 준다. 대기 대순환과 해류의 순환은 위도에 따라 들어오는 태양 에너지의 양 차이와 지형 특성에 따라 특정 기후를 형성하며 이렇게 형성된 기후는 해당 지형에 알맞은 생태계를 조성한다.
6. 복사 평형
복사 평형이란 어떤 물체가 복사로 흡수하는 에너지와 방출하는 에너지의 양이 같아 온도가 일정하게 유지되는 상태를 말한다. 지구는 끊임없이 태양 복사 에너지를 받고 있지만 온도가 계속 높아지지 않는 까닭은 지구가 흡수한 에너지의 양과 같은 양을 지구 복사 형태로 내보내기 때문이다. 지구에 들어온 태양 에너지 중 30% 정도는 반사되고 나머지 70%는 대기와 지표에 흡수된다. 지표와 대기는 그 70%를 다시 우주로 방출한다. 즉, 지구에 들어오는 태양 복사 에너지의 양과 지구에서 방출하는 복사 에너지의 양이 서로 같아 평형을 이룬다. 이를 통해 지구의 평균 기온이 일정하게 유지된다.
7. 온실 효과와 지구의 평균 온도
태양으로부터 지구에 들어오는 태양 에너지의 주된 파장은 가시광선이다. 지구가 방출하는 에너지는 적외선 형태로 방출되는데 지구대기 중의 수증기, 이산화 탄소, 메테인, 오존 등의 온실 기체에 흡수되어 다시 지표로 돌아오게 된다. 이러한 과정이 반복되면서 낮인 지역과 밤인 지역, 저위도와 고위도 지역을 포함한 지구의 평균 기온은 약 14°C 내외로 유지되는 데 이러한 효과를 온실 효과라고 한다. 반면, 대기의 온실 효과가 없다면 지표의 평균 온도는 약 -18°C가 되어 생물이 살기에 힘든 환경이 된다.
8. 별과 행성의 밝기
별과 행성의 밝기는 겉보기 등급으로 비교할 수 있다. 고대 그리스의 히파르코스는 눈에 보이는 별 중에서 가장 밝게 보이는 별을 1등급, 가장 어둡게 보이는 별을 6등급으로 정해 별의 밝기를 구분했다. 별의 등급이 1등급 차일 때는 약 2.5배의 밝기 차가 있다. 1등급인 별은 6등급의 별보다 밝기가 약 100배 밝다. 맑은 날 금성은 1등급인 별보다 100 배 정도 밝게, 목성은 10배 정도 밝게 관측된다. 화성은 1등급인 별과 밝기가 비슷하지만 붉게 보이는 특징이 있어 관측하기가 쉽다.
9. 북두칠성
서양의 별자리 관점에서 북두칠성은 그 자체로 독립된 별자리가 아니고 큰곰자리의 한 부분에 해당한다. 그러나 우리나라에서는 충청북도 청주시 아득이 마을의 고인돌과 덕화리 고구려 고분 벽화, 파주시 진동면 서곡리에 있는 고려 고분 벽화에서도 나타난 것과 같이 중요한 별자리로서 의미를 가진다.
10 별의 일주 운동과 주극성
별은 지구가 자전하면서 북극성을 중심으로 하루 동안 일주 운동을 하는데 관측하는 곳의 위도에 따라 지평선 아래로 지는 별과 지평선 아래로 지지 않는 별이 있다. 이와 같이 일 년 내내 지평선 아래로 지지 않는 별을 주극성이라고 하며 야간의 날씨가 좋으면 일 년 내내 관측할 수 있다.