카지노 게임 사이트 집은 어떻게 생겼지?
천문학자들은 카지노 게임 사이트 은하의 구조를 어떻게 알아냈을까
안드로메다 은하. 이미지 출처: 구글 '안드로메다'우주에는 은하 한 개안에들어있는 별의 수만큼이나 많은 은하들이 있다.그중 우리와 제일 가까운안드로메다 은하는 지구에서 250만 광년 (빛의 속도로 250만 년을 달려야 도착한다) 떨어진 곳에 있다. 천문학자들이, 태양계가 있는 우리 은하가 다른 많은 은하들 중의 하나 일 뿐이며 은하들 사이의 거리가 이렇게나 멀다는 사실을 어떻게 알게 되었는지도 흥미로운 이야깃거리이긴 하지만 (나중에 기회가 되면 얘기하기로 한다),당장 궁금한 것이 있다. 안드로메다와 같은 우리 은하밖에 있는 은하들은 저렇게 사진을 찍으면 그 생김새를 알 수 있는데, 도대체 우리가 살고 있는 우리 은하의 생김새는 어떻게 알 수 있을까?
우리 은하의 구조를 그린 그림. 이미지 출처: webbtelescope.org위의 그림 (우리 은하 밖으로 나가서 사진을 찍는 것이 불가능하므로 그림으로 그릴 수밖에 없다)은 오늘날 우리가 알고 있는 우리 은하의 모습이다. 우리 은하의 구조를 이해한 다는 것은 마치, '방구석에 앉아서 카지노 게임 사이트 집의 겉모습이 어떻게 생겼는지'를 알고자 하는 것과 유사하다. 은하 중심에서 24800 광년떨어진 태양계의 지구라는 행성에 사는 '방구석'에 있는 천문학자들은, 우리 은하 밖으로 나가보지 않고,도대체 어떻게 위와 같은그림을 그릴 수 있었을까? 이 일은 단번에 이루어진 것이 아니라, 오랜 세월을 거쳐 알게 된 지식들이 누적된 결과이다.
카지노 게임 사이트 은하는 납작하다
윌리암 허셜은 1784년 연궁왕립학회 철학회보에 한 논문을 발표한다. 바로 그가 오랫동안 하늘의 600여 곳의 다른 방향을 향해 망원경을 겨누어 관측한 지구에서 본 별의 상대적 위치들을 표시한 지도이다.
허셜의 논문에 첨부된 카지노 게임 사이트 은하의 별 분포. 출처: royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rstl.1785.0012허셜은, 밤하늘에 보이는 우리 은하 안에 있는 별들이 이 우주의 전부였고, 그 중심에 태양계가 있다고 믿고 있었다. 별들의 실제 밝기는 모두 같아서 눈에 보이는 밝기의 차이는 거리차 때문에 생긴다고 생각한 허셜은, 지구에서 사방에 있는 별들을 관측하여 그 분포를 그리면 우리 태양계를 중심으로 대칭적인 분포를 할 것이라 생각하였을 것이다. 그렇게 보이는 별들의 겉보기 밝기를 이용하여 별들 사이의 상대적인 거리 (밝은 별은 가까이 어두운 별은 멀리)를 계산하여 분포를 그려 보았더니 위의 그림과 같은 결과를 얻었다. 예상과는 달리 그 당시 우주 (사실은 우리 은하) 안에 있는 별들의 분포는 납작한 원반모양이었다. 지금 보면 상당히 조잡해 보이는 그림이지만 저 점들 하나하나는 그냥 대충 찍은 것이 아니라, 수많은 관측과 상대거리 계산을 통해 얻어진 결과이다.허셜은 저 별들이 우리 은하 안에 있는 별들이고 우리 은하 밖에 다른 은하가 있다는 사실을 몰랐으나 (나중에 19세기 초 에드윈 허블이 우리 은하 밖에도 다른 은하가 있다는 사실을 발견하였다), 어쨌든 아마도 이 연구가 '정량적' 관측에 기반한 우리 은하의 구조에 관한 최초의 연구라고 할 수 있겠다 (사실, 갈릴레이 갈릴레오가 최초로 망원경을 이용하여, 은하수가 별들의 집단이라는 사실을 보여줬고,허셜과 비슷한 시대에 살았던 유명한 철학자 임마누엘 칸트가 순전히 머릿속의 추론을 바탕으로 우리 은하가 원반모양이며 심지어 우리 은하 밖에 다른 은하가 있을 수 있다는, 오늘날 우리가 알고 있는 사실과 거의 같은, 놀라운 가설을 제창 했으나 관측에 기반을 둔 '정량적'이고 '체계적'인 연구가 아니었다는 점에서 허셜의 연구를 우리 은하 구조 연구의 시발점으로 보는 사람들이 많다).
허셜은 할 수 있는 최선의 방법으로 그 당시로서는 최신 자료를 가지고 연구하였지만, 큰 제약이 있었으니, 바로 별까지의 정확한 실제 거리를 모른 채, (모든 별의 실제 밝기는 똑같다는 가정하에) 상대적인 밝기 차이만으로 거리를 나타내었다는 점이다. 하지만 위의 그림과 같은 별의 분포를 설명하기 위해서 가까이 있는 별들과 멀리 있는 별들이 제 각각 따로 하늘의 특정영역만 집중하여 분포한다는 가정을 하는 것은 부자연스러운 일이라는 점을 감안할 때, 원반모양의 평면상에 보다 많은 별들이 분포한다는 사실을 보여주는 허셜의 관측은 실제로 카지노 게임 사이트 은하의 모양이 납작한 원반이라는 사실을 의미하는 중요한 연구라고 할 수 있겠다.
태양계는 은하의 중심에 있지 않다
20세기 초에 와서야 비로소 천문학자들은 천체까지의 거리를 알아낼 수 있는 방법들을 (나중에 얘기할 기회가 있을 것이다) 찾아내었고, 그중의 하나인 세페이드 변광성의 거리-광도 관계를 이용하여할로우 섀플리는 구상성단이라고 불리는 중력으로 묶인 별 집단들의 공간 분포를 연구하고 있었다. 세페이드 변광성은 별의 진화단계의 여러 경로 중에서 특별한 상태에 있는 별의 종류를 가리키는 말로써,이름이 의미하는 바대로 이 별들의 광도는 변한다. 하지만 무작위로 변하는 것이 아니라, 일정한 주기를 가지고 변하는데. 그 이유는 다음과 같다.
별들은 기본적으로 중력과 압력이 평형을 이루는 상태에 있다. 중력이 세서 별이 수축하게 되면, 그에 따라압력이 커져서 다시 중력을 이기고 팽창하게 되고, 팽창을 계속하다 보면 압력이 떨어져서 다시 중력에 의해 수축하게 된다. 보통의 별들은 이 두 힘이 균형이 잘 이루어지고 있어 일정한 크기와 광도를 유지하고 있지만, 별 내부의 에너지 전달과정과 항성 대기의 이온화 상태에 따라, 세페이드 변광성과 같은 맥동 변광성들은 별의 크기가 마치 맥박이 뛰는 것처럼 주기적으로 커졌다 작아졌다를 반복하게 된다. 이때 별의 크기가 클수록 크기 변화가 일어나는 데 걸리는 시간이 길어지고 별의 광도는 그 별의 크기의 제곱이 비례하기 때문에, 별의 광도 역시 증가한다. 그래서 세페이드 변광성의 변광주기와 광도사이에는 비례관계가 있고, 이 둘 사이의 물리적 관계를 설명하는 잘 정의된 방정식이 존재한다 (천문학이 모든 대상을 깔끔하게 설명하는 것은 아니지만, 많은 경우에는 물리학적 지식을 잘 이용하여, 세페이드 변광성처럼,카지노 게임 사이트가 보는 천체의 모습을 정확하게 기술하기도 한다).
이렇게 주기와 광도사이의 관계가 알려진 세페이드 변광성의 변광 주기를 관측하면, 그 별의 실제 광도를 알아낼 수 있고, 이를 겉보기 밝기와 비교하면, 그 별이 우리로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알 수 있다 (밝기는 거리의 제곱에 반비례한다).섀플리는 이 세페이드 변광성의 주기-광도 관계를 이용하며, 세페이드 변광성을 포함하고 있는구상성단들까지의 실제 거리를 잴 수 있었고, 구상성단들의 우리 태양계를 중심으로 하는 공간 분포를 측정할 수 있었다. 만약 우리 태양계가 은하의 중심이라면, 구상성단의 공간 분포는 어느 방향을 보나 비슷해야 할 것이다. 하지만 실제 관측 결과는 그렇지 않았다 (구상성단의 분포는 하늘의 특정 방향에 편향되어 있었다). 이를 바탕으로 섀플리는 우리 태양계가 은하의 중심이 아닐지도 모른다는 결론을 내었으며, 그 후 여러 후속 관측들이 이를 지지하였다. 우리 태양계는 은하의 중심에 있지 않다.
카지노 게임 사이트 은하는 나선팔 구조를 가지고 있다
우리 은하의 나선팔 구조를 알게 된 것은 수소원자에서 나오는 21 센티미터파의 관측을 통해서였다. 수소는 우주에서 가장 많은 원소이지만, 이온상태의 수소 (별 탄생 영역에서 나오는 자외선이주변에 있는 수소를 이온화시키고 그렇게 해서 생겨난 자유전자가 다시 양성자와 결합하는 과정에서 에너지를 잃으며 나오는 가시광선이 바로 우리가 보는 아름다운 천체성운사진들의 대부분을 차지한다. 하지만 우리 은하 전체를 놓고 볼 때 이렇게 이온화된 수소가 차지하는 비율은 크지 않다) 보다훨씬 더 많은 중성수소를 관측하려면, 전파망원경을 이용하여, 중성 수소를 이루는 전자와 양성자의 스핀의 방향의 조합에 따른 에너지 차이가 만들어내는 21센티미터 파를 관측해야 한다 (그렇다, 천문학적 현상의 관측을 가능하게 해주는.빛의 복사과정을 이해하려면 양자물리에 관한 지식이 있어야 한다).
아무튼 이 중성수소가 내는 21센티미터 파를 관측하면 수소가스 구름이 위치하고 있는곳의거리에 따라, 방출된 빛이 관측되는 파장에 약간의 변화가 생긴다 (원래는 파장의 길이가 21센티미터 여야 하지만, 도플러 효과 때문에, 멀리 있으면 21센티미터보다 약간 길어지고 가까이 있으면 약간 짧아진다). 이 차이를 거리로 환산하여 수소 가스 구름의 분포를 그려보면 다음과 같다 (우리 은하를 위에서 내려다본모습이다, 태양계가 놓인 평면의 위, 아래에 따른 중성수소의 분포는 이 그림에 나타나 있지 않다).
이미지 출처: https://www.handprint.com/ASTRO/galaxy.html이 그림에서 우리 태양계는 중심에서 약간 위로 올라간 곳에 그려진 작은 동그라미 안에 있다. 분홍색과 노란색으로 칠해진 부분이 중성수소가 몰려있는 곳이다 (분홍색일수록 밀도가 높다. 부채꼴모양과 중앙의 동그란 모양의 검은 부분은 지구에서 중성수소를 관측하여 어려운 지역이어서 관측자료가 없다).일단 첫눈에 알 수 있는 점은 중성수소의 분포가 공간상에서 연속적이지 않다는 점이다. 중성수소가 없는 부분과 있는 부분이 교차되어 배열되어 있다는 점을 눈치챌 수 있을 것이다. 이를 잘 머릿속에서 그려보면 그림에 나온 것 같은 나선 팔을 상상할 수 있을 것이다 (물론 다른 은하들 안에 나선팔구조가 존재한다는 사실을 이미 알고 있기에 가능한 일이긴 하지만, 물리적인 이해를 바탕으로 관측자료를 잘 해석하여 올바른 과학적 유추를 하는 일은 천문학이 가지고 있는 재미 중의 하나이다). 계속된 후속관측들이 이를 뒷받침하여 오늘날 우리 은하 안에 나선팔구조가 존재한다는 사실은 의심의 여지가 없다 (정확히 모두 몇 개의 나선팔이 있는지는 아직도 논란거리이다).
카지노 게임 사이트 은하 중심에는 막대모양의 구조가 있다
마지막으로 카지노 게임 사이트 은하 중심에는 막대모양의 구조가 있다. 자, 질문을 해 보겠다. 이것을 어떻게 알았을까? 지금까지 설명한 내용들을 따라오던 이 글을 읽는 여러분 중 누군가가, "무언가 카지노 게임 사이트로부터의 거리를 알려줄 수 있는 특정 대상 (별, 구상성단, 가스)을 골라 은하 중심부를 집중 관측을 하고 그 분포를 그려보면 되지 않을까?"라는 생각을 한다면 여러분은 이미 천문학적인사고를 하고 있는 창의적인 사람들이다.
그렇다. 실제로 스피처 우주 망원경 (Spitzer Telescope)을 사용하여 우리 은하 평면상에 놓여있는 별들 (대부분 적색거성들로 비교적 일정한 절대 광도를 가지고 있고 적외선 관측을 하면 우주 먼지에 의한 시선방향의 소광효과의 영향을 받지 않기 때문에 관측된 겉보기 밝기를 이용하여 비교적 정확한 거리를 추산할 수 있다)을 관측한 자료를 보면, 은하 중심을 기준으로 우리가 보는 시선방향에 따라 별들의 밀도 분포가 약간씩 다르다. 만약 우리 은하 중심의 별들이 오직 구대칭으로 분포한다면, 은하 중심을 향해 시선을 고정하고 나서,좌우로 약간씩 시선을 달리해서 보아도 별들의 밀도 차이는 크지 않을 것이다. 하지만,별들이 모여있는 막대모양의 구조물 (노란색, 오렌지색 타원)이 위의 그림과 같이 놓여 있다면, 두 시선 방향에서 관측된 별 밀도는 차이가 날 수밖에 없다. 따라서 막대구조의 존재를 상정하는 것이 관측자료를 해석하는 합리적인 방법이기에, 천문학자들은 우리 은하 안의 막대구조의 존재를 믿고 있다.
이런 식으로 천문학자들은 우리 은하의 구조들을 하나하나 밝혀내었다. 나중에 다른 자료가 추가되어 기존에 살펴보지 못했던 부분을 보고 새로운 사실을 발견하게 되면, 현재 우리 은하의 모형을 수정해야 할 수도 있는 것이다.물론 천문학 연구라는 것이 자세한 계산과 검증과정을 거쳐야 인정을 받을 수 있는 것이기는 하지만, 필자가 느끼기에 연구의 출발이 되는 이런 사고과정은 굳이 어려운 물리학적 지식을 몰라도 호기심과 약간의 인내심만 있다면 가능하지 않을까 싶다. 천문학은 어렵게 생각하면 어렵지만, 또 어떻게 생각하면 생각보다 어렵지 않은 과학이다.
