자연과학의 한 분야인 천문학

천문학은 인간이 하늘에 대해 관심을 가지면서 가장 일찍 태동한 학문중 하나이다. 예로 부터 여려 문명들은 스톤헨지와 피라미드 같은 천문학적 유물들을 남겼다. 우리는 우주의 지구에 살지만 아직 가보지 못한 신비로운 하늘, 우주공간이 많다. 바빌론,그리스, 중국,인도,마야문명과 같은 동서야으이 초기 문명들은 밤하늘에 대한 많은 관측을 남겼다. 우리나라 또한 하늘에 대한 관측을 조선시대에 기록이 남아있기도 하다. 망원경이 발명됨에 따라 천문학을 급속도로 현대적으로 과학발전과 함께 같이 성장해 왔다. 역사적으로 천문학은 측성학, 역법, 천체 항법, 그리고 심지어 점성술까지 많은 분야를 포함하는데, 보통 천문학이라 함은 천체물리학을 의미한다.

 

 

천문학은 별이나 행성,혜성, 은하와 같은 천체와 지구대기의 바깥쪽으로 부터 비롯된 현상을 연구하는 자연과학의 한 분야이다. 별자리나 그에 얽힌 전설 등 별의 이름이나 미리내등 은하수에 대한 고유명을 볼수 있다. 관련이 있는 듯하나 천문학과 점성술은 엄연히 다르다. 같은 뿌리에서 나왔다고 하더라고 점성술은 천체들의 하늘에서의 위치가 인간의 활동에 영향을 미친다는 신념이므로 자연과학의 범주에 들지 않기 때문이다.

 

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천문학(astronomy)

: 지구 밖의 천체나 물질을 연구하는 학문으로 4000년 이상의 긴 역사를 가진 의학과 더불어 가장 오래된 학문

 

 

별들의 대기를 연구하는 천체화학, 고분자로부터 보다 더 큰 생명의 기본이 되는 물질을 찾는 천체생물학 등의 분야까지 개척되고 있다. 

 

천문학은 인간이 하늘에 대해 관심을 가지면서 동서양의 양쪽에서 가장 일찍 태동한 학문중 하나로, 동서야을 막론하고 날씨예측과 농사 그리고 태양, 지리관측과 측량이 주요동기가 된다. 제사 같은 종교적 목적외에도 천문대들은 1년의 길이를 재거나 매해 일정한 시기에 농사를 짓기도하고, 농사지은 농산물을 수확하기 위해 하늘을 관찰하고 예측하기 위해 쓰였던 것으로 추정된다. 당연히 망원경이 발명되기 전까지는 천문관측은 높은 곳에서의 맨 눈을 진행되었다. 메소포타미아, 중국, 이집트, 그리스, 마야 문명 등에서 천문대가 만들어졌고, 우주의 본질에 탐구가 되기 시작했다. 

 

초기 천문학은 오늘란 측성학으로 알려진 것인데, 하늘에서 별과 행성들의 위치를 측정하는 것이 대부분이었다. 이러한 관측이 발전을 하여 행성의 운동,태양,달,지구의 본질의 연구가 시작되었고, 이 당시는 지구가 우주의 중심이었다는 지구중심설이 나왔었다. 

 

역사적으로 중요한 사건이 있는데 바빌론에서 수학과학적 천문학이 시작된 것이다. 바빌론 천문학자들은 월식이 주기를 가지고 일어남을 밝혔으며, 이후 다른 문명에서 발달한 천문학적 전통의 기반을 닦게된것이다. 바빌론 이후의 천문학은 고대 그리스에서 중요한 발전이 이루어졌다. 그리스 천문학은 천문형상에 대해 이성적이고 물리적인 답을 구하려 했다는 점을 발견할 수있었다. 기원전 3세기에는 그리스의 아리스타르코스가 지구의 크기를 계산했고, 달과 태양까지의 상대적 거리를 측정하였다. 기원전 2세기에는 히파르쿠스가 세차를 발견해 달의 크기와 거리를 계산하였으며, 어스트로랩이라고 불리는 천문기구를 발명했다. 

 

천문학도 중세유럽에서는 13세기까지 거의 정체되었지만, 이슬람과 다른 지역에서는 눈부신 발전을 거듭했다. 약 9세기초에 이슬람지역의 최초의 천문대가 등장했고, 964년에는 페르시아 천문학자 알 수피가 안드로메다 은하를 발견했다. 또한 역사상 기록된 가장 밝은 초신성인 SN 1006가 이집트 아랍 천문학자인 알리 이븐 리드완과 중국의 천문학자들에 의해 관측되었다. 

 

17세기를 전후해 발명된 망원경으로 천문학은 날개를 달게 되었다. 20세기에는 역학, 전자기학 및 상대성이론과 같은 현대 물리학의 업적에 공헌을 하였다. 따라서, 20세기에 인간은 지구를 벗어나 우주 공간에서 우주를 관찰탐험하는 경지에 다다르게 된것이다. 

 

르네상스 기간에 코페르니쿠스가 태양중심설을 제안했고, 이는 갈릴레이와 케플러에 의해 더 발전하게 된것이다. 갈릴레이가 처음으로 천문학에 망원경을 도입하였다. 망원경의 크기와 성은이 향상되면서 많은 천문학적 발견들이 이루어졌고, 프랑스천문학자 라카유에 의해 방대한 별의 목록이 만들어졌으며, 1781년 처음으로 새로운 행성인 천왕성을 발견하게 되었다.

 

1838년 베셀이 백조자리 61별의 연주시차를 측정함으로써 별까지의 거리를 측정하였다. 그 후 분광학과 사진술 같은 새로운 기술의 발전으로 천문학은 그야말로 획기적인 발전을 할 수있게 되었다. 프라운호퍼는 1814년~15년에 태양의 스펙트럼에서 약600여개의 어두운 띠를 발견했는데 각기 다른 원소들때문에 생긴다는것을 키르히 호프가 밝혀냈다. 

 

20세기에 들어 하늘에 보이는 은하수가 별들의 집합인 우리은하라는 사실을 확립하였고, 이어 우리은하 밖의 외부은하, 그리고 우주의 팽창이 발견되었다. 그리고 우주의 팽창이 발견된 것이다. 현대 천문학은 퀘이사, 블레이져 등 특이한 천체들을 발견하였고, 이 관측들은 중성자별 , 블랙홀이라는 이론으로 발전의 힘을 실었다.

 

 

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천문학의 어원

 

천문학의 영어 낱말은 별을 의미하는 그리스어 astron과 법칙과 문화를 뜻하는 nomos에서 유래

문자 그대로 "별의 법칙"을 뜻한다.

천문학은 점성술학과는 다르다.

 

 

천문학과 천체물리학

 

일반적으로 천문학과 천체물리학은 같은 의미로 쓰이는데 엄밀한 사전적의미로 보면, 천문학은 "지구 대기 밖의 물체들의 물리화학적 성질을 연구하는 학문"이며, 천체물리학은  "천문학의 한 분야로 천체 및 천문현상의 물리적, 운동학적 특성을 연구하는 분야"이다.

 

여러대학이나 연구소는 주로 역사적인 이유나 구성원들의 특색으로 종종 천문학과나 천체물리학과라는 용어를 같이 사용한다. 

 

 

천문학의 세부분야

 

태양천문학,행성천문학,항성천문학,우리 은하 천문학,외부 은하 천문학, 우주론 등이 있다.

 

 

천문학의 발전을 가져온 특수관측장치의 등장

 

1930년대부터 광전효과를 이용한 수광기가 쓰이고, 전자를 증폭함으로써 0.002등급이라는 비약적인 정밀도로 천체관측을 할수있게 되었다. 케페이드 변광성과 같은 규칙적인 변광성뿐만아니라, 지구궤도보다 지름이 큰 미라형 변광서의 대기의 요동이나 폭발적으로 빛나기 시작하는 플레어 별의 존재도 밝혀졌다.

쌍성은 궤도주기나 광도변화를 이용해 각 별의 절량을 결정할 수 있는 중요한 천체이다. 2개의 별이 서로 숨겨주는 식 현상의 관측에 의해 개개의 별이 구형으로 부터 어떻게 변형하는가를 구할 수있다. 이를 위해서는 고정밀도의 등급결정이 필요하다.

 

 

그런데 관정자증배관에 의한 관측으로는 한번에 하나의 별밖에 관측 할 수 없으므로, 다수의 천체를 동시에 관찰 할 수없어 정밀도가 좋은 수광가 요구되었는데, 1970년 대에 텔레비젼 기술의 발전에 의해 그것이 가능해진것이다. 또 전하결상소자를 쓴 장치가 개발되고, 입사광의 90%이상을 유효하게 쓸수있는 2차원 화상수광기가 가능해짐에 따라 토성 밖에있는 핼리 혜성과 같은 24등급의 천체까지 관측으로 잡을 수있게 된것이다. 

 

천문학의 발전을 더욱 가속화시킨 초고공 대기권 밖으로부터의 관측

 

가시광보다 파장이 긴 적외선의 존재는 19세기에 밝혀졌지만 적외선 관측을 시작한 것은 1960년대이다. 적외선관측으로는 대량의 성간진을 포함하는 분자운속에서 가스가 수축해 새로운 별이 탄생되면 별의 빛에너지로 따뜻해진 성간진이 적외선을 복사하는 모습을 잡을 수있고, 전파관측과의 협력에 의해 성간운으로 부터 별로 전화하는 시나리오를 그려내는 것도 가능하다.

 

자외선 X선 감마선 등의 관측도 대기권내에서는 불가능하므로, 46년 최초의 X선 관측을 위한 로켓을 쏘아올렸고, 70년대 이후 로켓이나 인공위성의 기술발달에 의해 자외선 천문용으로 코페르니쿠스 위성이나 국제천문 자외선 위성을 X선용으로서는 아인슈타인 위성등을 쏘아올리게 되었다.

 

그것들은 성간공간의 관측뿐만아니라 별의 주위에 10만~1000만 K에 이르는 고온도의 영역이 존재한다는 것, 태양의 코로나와 같이 별 주위에도 코로나가 존재한다는 것, 초신성의 폭발에너지에 의해 분자운과 같은 저온도의 가스 근방에 수십만 K에 달하는 고온가스가 서루 이수해 존재한다는 것을 밝혀냈다.