천문학(astronomy)

 지구 밖의 천체와 물질을 연구하는 학문 천문학은 4,000년 이상의 긴 역사를 가진 의학과 함께 가장 오래된 학문 중 하나이다.

천문학은 오랜 역사 속에서 꾸준히 그 대상을 확대함에 따라 오늘날에는 단순히 천문학이라는 한 학문의 범주 안에서 다루지 못하고 다른 많은 학문과 밀접한 협력을 필요로 하게 되었다.

예를 들어 별의 대기를 연구하는 천체화학, 고분자에서 보다 큰 생명의 기본이 되는 물질을 찾는 천체생물학 등의 분야까지 개척되고 있다.

[천문학 방법] ①육안 관측:천체 관측의 가장 쉬운 방법은 육안으로 밤하늘을 올려다보는 것이다.

밤하늘에 빛나는 별을 관찰하는 우주의 다양한 현상을 고찰하는 하나의 계기가 되었다.

육안으로 볼 수 있는 천체는 수천 개(전체 6,000개)의 항성과 5개의 행성, 달·태양 및 가끔 나타나는 혜성과 신성(초신성)이다.

그 결과 육안 관측으로 가장 관심이 집중되는 곳은 별의 천구상 위치였으며 천체의 위치를 측정하기 위해 다양한 연구가 이뤄졌다.

수평선과 같은 기준이 되는 방향에서의 각 거리를 구하는 사분의(四分儀)나 육분의(六分儀) 등을 발명하였다.

그러나 사람의 눈은 그 렌즈의 크기나 시세포의 크기에 따라 1분각보다 자세히 분해할 수 없어 숙련된 관측자가 이들 장치를 사용해 관측해도 불과 0.1분각의 정밀도 위치밖에 얻지 못한다.

육안에 의한 관측은 항성과 같이 상대 위치에 변화를 볼 수 없는 천체에서는 새로운 현상을 밝혀낼 수 없었지만, 태양·달·행성과 같이 천구상을 움직이는 전체에 대해서는 유효한 수단이었다.

메소포타미아와 중국에서는 행성의 주기뿐 아니라 일식이나 윌식 예보도 어느 정도 이뤄져 달의 움직임을 더 높은 정확도로 구하기 위해 태음력을 만드는 기초로 사용됐다.

②망원경 도입: 1608년 네덜란드 안경사 H 리펠스헤이가 최초로 망원경을 만들고 이듬해 갈릴레이가 천체관측에 망원경을 사용하면서 천문학에 큰 혁명을 일으켰다.

사람 눈의 동공보다 큰 구경의 대물렌즈가 천체에서 오는 빛을 많이 모아 더 어두운 천체까지 잡아낼 수 있게 되면서 태양계 내에서는 천왕성과 해왕성, 그리고 수많은 작은 행성이 발견됐다.

또 많은 별의 밝기가 바뀌는 것을 발견함으로써 항성은 항상 변하지 않는 천체라는 생각이 타당하지 않다는 것을 실증했다.

대물렌즈의 구경에 반비례해 각분해능이 향상된 것으로 갈릴레이는 목성의 4개 위성을 발견했다.

그때까지 연속적으로 빛나고 있다고 생각되었던 은하수가, 다수의 별이 서로 겹치고 있는 것도 밝혀, 20세기에 들어와 안드로메다 은하가 은하계내의 천체인지, 은하외의 천체인지를 결정하는 열쇠가 된 것은, 성운상의 부분을 하나하나의 별로 분해해 그 거리를 측정할 수 있었기 때문이다.

구경 2.4m 망원경(허블망원경)을 우주왕복선(디스커버리호)에 탑재해 대기권 밖으로 가져가는 우주망원경 계획이 성공(1989년 4월 24일), 0.02초각 분해능도 가능해졌는데 예를 들어 헬기 혜성이 원일점에 도달하는 30등급의 어둠 속에서도 천체를 관측할 수 있다.

망원경 구경의 증대는 어두운 천체를 관측할 수 있을 뿐만 아니라 각 직경이 작은 별의 관측에도 효과적이다.

③ 사진술의 응용: 1839년에 사진술이 발명되고 나서 다음 해에 J. W. 드레이퍼가 달의 사진을 찍었다.

사진술은 천체관측에 응용해 천문학을 진보시키는 큰 발판이 구축된 것이다.

사진의 특징은 천체로부터 오는 빛을 축적할 수 있는 점, 데이터로서 보존할 수 있는 점 등이다.

사람의 눈은 110초의 빛을 축적하는 능력을 갖지만 사진으로는 1 노출에 따라 1시간 분량의 빛을 합친 천체 촬영이 가능하다.

데이터 보전 기능을 갖는 사진은 신성이나 변광성 등의 성질을 조사하는 데 불가결하다.

최근 발견된 감마선을 돌발적으로 복사하는 특이한 천체가 80년 전 하버드대 천문대에서 찍은 사진 속에 찍힌 것은 좋은 예다.

반년의 간격을 두고 찍은 두 장의 건판을 비교해 수백 광년보다 가까운 별의 연주 시차가 요구되며, 이들 별의 빛을 프리즘에 따라 스펙트럼으로 나눠 별의 대기 상태가 밝혀지기도 한다.

별의 본래 밝기인 절대등급과 별의 표면온도(유효온도)를 나타내는 스펙트럼형과의 관계는 E. 헤르츠스풀링과 H.N. 러셀에 의해 연구되어 항성의 특징을 알 수 있게 되었을 뿐만 아니라 H-R 그림으로 표시되었는데, 이 그림을 통해 연주 시차를 측정할 수 없는 별의 거리를 결정한다.

또한 케페이드 변광성의 변광 주기는 그 절대 등급과 일정한 관계가 있는 것으로 알려져 별의 스펙트럼 사진을 찍지 않고도 거리를 둘 수 있게 되었다.

사진 촬영에 의하여 별의 스펙트럼 선이 취해진다면 그 스펙트럼 선 본래의 위치로부터의 차이도 측정할 수 있게 되었다.

이 차의 주된 원인은 천체와 관측자 사이의 시선 방향 이동에 따른 도플러 효과이다

별의 고유운동과 거리값으로부터 가로방향의 속도가 요구되며, 이것에 의해 삼차원적인 운동이 밝혀졌다.

E.P. 허블은 1917년 윌슨 산 천문대에서 구경 257cm인 당시 세계 최대 망원경을 이용해 은하의 스펙트럼 사진을 찍고 그 시선 속도를 측정해 관측되는 은하까지의 거리에 비례해 후퇴 속도가 빨라진다는 허블의 법칙을 발견했다.

허블의 법칙은 은하가 분포하고 있는 우주는 팽창하고 있다는 생각의 기초가 됐다.

「특수 관측 장치의 등장」1930년대부터 광전 효과를 이용한 수광기가 사용되게 되고, 또 전자를 증폭하는 것으로 0.002 등급이라고 하는 비약적인 정밀도로 천체관측을 할 수 있게 되었다.

따라서 케페이드 변광성과 같은 규칙적인 변광성뿐만 아니라 지구 궤도보다 지름이 더 큰 미라형 변광성의 대기 요동이나 갑자기 폭발적으로 빛을 발하는 플레어별의 존재도 밝혀졌다.

쌍성은 궤도 주기와 광도 변화를 이용하여 각 별의 절도를 결정할 수 있는 중요한 천체이다.

2개의 별이 서로 숨기는 식 현상의 관측에 의해 각각의 별이 구형에서 어떻게 변형하는지가 요구된다.

이를 위해서는 고정밀의 등급설정이 필요하다.

그런데 광전자 증배관에 의한 관측으로는 한 번에 하나의 별만 관측할 수 있기 때문에 다수의 천체를 동시에 관측할 수 없어 정밀도가 높은 수광기가 요구되었다.

1970년대에 텔레비전 기술의 급속한 발전으로 그것이 가능해졌다.

또, 전하 결상 소자; CCD를 사용한 장치가 개발되어 입사광의 90% 이상을 유효하게 사용할 수 있는 2차원 화상 수광기가 가능해졌다.

그 결과 토성 밖에 있는 핼리 혜성과 같은 24등급 천체까지 수십 분의 관측으로 포착할 수 있게 됐다.

망원경의 구경 증대에 가세해 높은 정도를 가진 2 차원 화상 수광기의 채용은, 지금까지 관측이 곤란했던 퀘이사나 펄서의 검출, 별의 탄생 장소의 관측 등 다방면에서 새로운 연구를 가능하게 했다.

[전파에 의한 관측]1930년 미국의 K G 정스키가 은하 중심에서 전파가 오는 것을 발견하면서 전파천문학이라는 새로운 분야가 열렸다.

2044년 수소원자에서 방사되는 전파가 파장 21의 전파로 수신될 것을 예견했고 1951년 H.I.유인과 E.M.파셀이 관측에 성공해 성간공간에는 별의 질량에 필적하는 가스가 존재한다는 사실이 밝혀졌다.

1970년대 이후 급속한 전파천문학의 발달로 센티미터파대에서 밀리파대까지의 새로운 파장 영역이 알려지면서 성간 공간에서 간단한 분자에서 복잡한 것까지 다수의 분자가 발견됐다.

이러한 분자를 포함한 가스구름의 밀도는 성간공간으로서는 높으며 태양질량의 수십만 배 질량의 가스를 포함한 분자구름을 형성하고 있는 경우가 많다.

전파관측의 결점은 각분해능이 나쁘지만, 이 결점을 보완하기 위해 간섭계라는 기술이 개발되었다.

초장기선 전파 갑섭계는 0.001초각의 분해능을 가지며, 원거리의 퀘이서가 매우 작은 천제인 것을 나타내고 있다.

“초고공·대기권외로부터의 관측”가시광선보다 파장이 긴 적외선의 존재는 19세기에 밝혀졌지만, 적외선 관측을 시작한 것은 1960년대이다.

적외선 관측에서는 대량의 성간진을 포함한 분자 구름 속에서 가스가 수축해 새로운 별이 탄생하면 별빛 에너지로 따뜻해진 성간진이 적외선을 복사하는 모습을 포착할 수 있다.

전파 관측과의 협력을 통해 성간운에서 별로 전화하는 시나리오를 그려내는 것도 가능하다.

지구 대기로 가려져 지상에 도달하지 못하는 파장 100의 원적외선 관측에는 망원경을 기구에 올려놓고 상공에서 관측한다.

83년에는 IRAS라고 하는 적외선용 인공위성을 쏘아 올려 우주에 존재하는 저온의 천체를 차례차례로 발견해, 베가와 같이 통상의 항성의 주위에도 행성의 근원이 되는 먼지의 원반이 존재하는 것 등을 발견했다.

자외선·X선·γ선등의 관측도 대기권내에서는 불가능하기 때문에, 46년에 최초의 X선관측을 위한 V2로켓을 발사해 70년대 이후 로켓이나 인공위성의 기술 발달에 의해 자외선 천문용으로 코페르니쿠스 위성이나 국제 천문 자외선 위성을, X선용으로는 아인슈타인 위성등을 쏘아 올렸다.

그것들은 성간 공간의 관측뿐만 아니라 별 주위에 10만~천만K에 이르는 고온도의 영역이 존재한다는 점, 태양의 코로나처럼 별 주위에도 코로나가 존재한다는 점, 초신성의 폭발 에너지에 의하여 분자 구름과 같은 저온도의 가스 근방에 수십만K에 이르는 고온 가스가 이웃하여 존재한다는 점 등을 밝혀냈다.

또 개성운의 중심성이 중성자성이 돼 강력한 X선을 복사한다는 것과 그중 블랙홀로 추정되는 천제도 찾아냈다.

[현대 천문학의 동향과 장래] 천문학은 보다 많은 데이터의 집적이 중요하다.

별이나 은하나 퀘이서가 시시각각 각 파장역에서의 강도를 변화시키고 있는 것이 판명된 필요한 데이터량은 방대해진다.

천체중에서 특징 있는 천체 현상을 찾아내는 데 아마츄어 천문가에 의한 관측도 크게 기여하고 있다.

출처 : www.scienceall.com/%ec%b2%9c%eb%ac%b8%ed%95%99astronomy?term_slug=science_pedia&sa_term=scidictionary