현대천문학의 동향과 장래, 관측천문학

오늘은 현대천문학의 동향과 미래와 역사에 대해 알아보기로 한다.

 

 

 

 

현대천문학의 동향과 미래

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천문학은 보다 많은 데이터의 집적이 필요한데, 별이나 은하나 퀘이사가 시시각각으로 각 파장역에서의 강도를 변화시키고 있음이 판명된 현재 필요한 데이터량은 방대해지게마련이다. 천체 가운데서 특징있는 천체현상을 찾아내는 데는 아마추어 천문가에 의한 관측도 크게 기여하고 있다. 

 

보다 어두운 보다 강도가 약한 천체의 관측이 중요하게 되었고, 독일의 에펠스베르크에 100m짜리 대구경의 전파망원경이 건설되고 있으며, 각분해능을 높이기 위해 미국 뉴멕시코주의 대구경 개구 합성전파망원경을 비롯한 많은 간섭계에 의해 지상의 가시광의 한계를 넘는 관측이 진행되고 있다.

 

전파나 X선을 복사하는 천체는 일반적으로 가시광으로는 어두워 그 관측을 위해 초대구경의 망원경을 건설하게 되었다. 이들 장치가 완성되면 많은 천문학적 발견이 이루어질것이고, 여기서 현대천문학의 동향에서 중요한 점의 하나는 전자기파만으로 관측하는 것이 아니고, 직접 현장에서 조사 할 수 있게 된 일이다.

 

 

 

천문학발견의 역사

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일식월식의 예보에 관해 태양과 달이 약19년 만에 거의 같은 위치로 되돌아온다는 사로스주기는 B.C 7세기에 발견되었다. B.C 150년경에는 히파르코스가 약 1000개나 되는 별의 위치의 목록을 만든 결과 별들이 세차운동을 하고 있음을 알아냈다.

 

1543년의 코페르니쿠스의 지동설은 그 간의 천동성을 뒤엎은 것인데, 96년에 파브리치우스가 고래자리에 있는 변광성인 미라를 발견한 것은 그때까지 불변으로 믿어온 항성에 대해 생각을 바꾼것이었다.

 

갈릴레이는 망원경에 의해 태양흑점, 목성의 4대 위성, 토성의 고리 등을 발견했고, 1610년에는 파브리치우스는 태양이 자전하고 있음을 인정한다.

 

72년에 카시니는 태양시차를 측정, 케플러의 법칙과 조합을 하여 태양곙의 행성의 분포를 결정하였으며, 뉴튼의 만유인력의 법칙에 의해 각 천체의 서로간 위치를 정확하게 예보됨으로써, 75년 목성의 위성의 식을 사용한 광속의 결정으로 이어질수있었다.

 

1781년 허셜의 천왕성발견, 1801년의 피아치에 의한 소행성 케레스발견, 46년 애덤스의 해왕성 발견등이 천체역학의 유효성이 뚜렷해졌다.

 

1902년에는 피스가 간섭계에 의해 항성의 지름을 측정해 항성 자체의 성질도 명백해지고, 08년 리빗은 케페이드 변광성의 주기광도관계를 발견해 안드레메다은하가 은하계내의 천체가 아니라, 약 200만 광년의 거리에 있는 은하의 하나임을 밝혀냈다.

 

27년오르트는 은하계가 초속 250km의 고속으로 회전하고 있음을 발견하였고, 그로 인해 은하계내에도 다양한 천체가 있음이 알려지게 되었다. 39년 폰 바이츠제커와 베테는 태양의 열원이 원자핵 융합반응에 의한 것임을 제시, 별의 진화 모습을 밝혔다.

 

63년에 처음 발견된 퀘이사는 광속도에 가까운 속도로 멀어지는 천체인데, 우주의 옛모습을 보고있는 셈이다. 65년 펜지아스 등이 발견한 3K복사는 대폭발의 10만년 후, 우주가 투명하게 되었을 무렵에 복사된 전자기파의 잔재였고, 이와 같이 천문학에서 차례차례 새로운 발견을 계속함으로 다음 발견이 기대되는 상황이다.

 

 

 

관측천문학 

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천문학에서의 모든 정보는 주로 천체로부터의 가시광 영역의 빛, 또는 일반적으로 다른 파장대의 전자기파를 감지하고 분석함으로써 얻어진다. 관측천문학은 전자기파의 파장대별로 나눌수있고, 지상에서 관측이 가능한 파장대의 빛도 있지만, 어떤 영역에서는 높은 고도의 지역에서나 또는 우주에서만 가능하기도 하다.

 

 

1. 전파천문학

 

약 1mm보다 긴 파장대의 전자기파를 연구하는 분야로 관측된 전파를 대객의 광자로 다루기보다는 파동을 다룬다. 전파의 세기 뿐만아니라 위상을 측정하는 데 상대적으로 수월하다. 어떤 전파는 열적발산의 형태로 천체에 의해 생성되기도 하지만, 지구상에서 관측가능한 대부분의 전파는 싱크로트론 복사의 형태이다.

 

2.광학천문학

 

광학천문학은 역사적으로 가장 오래된 천문학의 한 분야로서 오랜시간 광학 영상은 손으로 그려져 기록되었고, 19세기 후반과 20세기에는 사진이나 건판을 주로 사용하였다. 현재는 디지털 검출기, 특히 CCD카메라를 사용하고 있고, 가시광영역은 400 나노미터에서 700나노미터로, 근자외선과 근적외선의 관측에도 같은 기기를 사용하기도 한다.

 

 

3. 자외선천문학

 

자외선천문학은 10나노미터에서 320나노미터 영역대의 자외선 파장을 관측하는 천문학으로서, 이 파장대의 빛은 지구대기에 의해 흡수되기 때문에 자외선천문대는 지구대기층이 얇은 높은 고도 또는 우주에 세워져야한다. 자외선천문학은 뜨겁고 파란별들로부터 나오는 열복사와 방출선들은 연구하는 적합한 분야이고, 우리은하 밖의 다른 은하의 푸른별들이 주요 관측대상이다. 자외선영역의 다른 관측대상으로는 행성상 성운, 초신성 잔해, 활동은하핵 등이 있다.

 

 

4. X선천문학

 

X선천문학은 엑스선 파장대의 빛을 내는 천체를 연구하는 학문으로 싱크로트론 복사, 제동복사, 흑체복사의 형태로 방출된다. X선은 지구대기에 의해 흡수되기 때문에 높은 고도로 띄우는 풍선, 로켓, 비행선을 이용하거나 우주망원경 형태로 관측이 이루어지고 있다.

 

 

5.감마선천문학

 

감마선천문학은 가장짧은 전자기 파장대의 천체를 연구하는 천문학 분야로 감마선은 콤프턴 감마선 천문대와 같이 인공위성에 의해, 대기 체렌코프 망원경이라 불리는 특화된 망원경을 사용하여 관측된다. 대부분의 감마선을 내뿜는 천체는 감마선 폭발인데, 감마선 폭발은 짧은 시간동안 강한 감마선을 방출하고 금방 어두워지는 천체이다. 그 외에 감마선을 내뿜는 천체로는 펄서, 중성자별, 활동은하핵 등이 있다.

 

 

6.적외선천문학

 

적외선영역대의 빛을 감지하고 분석하는 분야로 근적외선을 제외하고는 적외선 영역의 빛은 대기에 의해 대부분 흡수되고, 지구대기 또한 많은 양의 적외선을 내뿜는다. 그 결과 적외선 관측은 높은 고도의 건조한 곳에 위치한 천문대 또는 우주에서 이루어지고 있다. 적외선을 이용하게되면 낮아서 가시광선을 거의 내지 않는 천체들을 관측할 수있고, 파장이 긴 적외선은 성간먼지를 투과할 수있으므로, 분자구름 깊은 곳에서 형성되고 있는 젊은 별들을 연구하는데 유용하다.

 

 

7. 그외 전자기파 이외의 천문학

 

전자기파외에도 중성미자나 중력파등을 이용하여 우주에서 일어나는 현상을 관찰할 수있고, 탐사선을 이용하여 달이나 혜성같은 지구밖의 천체에서 직접 사료를 채취하기도 한다.

 

뉴트리노는 주로 태양 내부나 초신성 폭발에서 만들어지고, 고에너지 입자인 우주선이 차례로 붕괴되거나 대기의 입자와 반응하면서 만들어지기도 한다. 뉴트리노는 물질과 거의 반응하지 않으므로, 지하시설에 위치한 커다란 용기에 많은 양의 물과 얼음을 채워놓고 이들이 뉴트리노와 아주 가끔 반응을 할 때 나오는 미세한 빛을 검출하는 방식으로 관측한다.

 

중력파천문학은 새롭게 발생한 천문학의 한 분야로, 블랙홀,중성자별등으로 구성된 쌍성들이 내는 것 같은 중력파를 검출하는 것이 목적이다. 현재까지 레이져 간섭계 중력파 관측소가 만들어졌고, 아인슈타인의 상대성이론의 강력한 증거가 되었다.

중력파천문학은 레이져간섭현상을 이용한 중력파 검출기라이고가 2015년 9월 최초로 중력파를 검출하면서 본격적으로 시작되었고, 2017년에는 중성자별 병합에 의한 중력파가 최초로 검출되면서 중력파 천문학이 활성화가 된 것이다.

위에 나온것과 같이 중력파의 최초검출은 아인슈타인이 예측한 1916년 중력파의 존재를 명배가게 입증했다는 점에서 일차적 중요성을 가진다. 그리고 그것이 블랙홀 쌍성꼐의 병합과정으로 얻어진점으로 부터 블랙홀의 존재가 증명되었고, 블랙홀 썽성이 처음 발견, 또한 쌍성 블랙홀이 충돌하여 하나의 거대한 블랙홀로 병합되는 역동적 과정이 포착되어 발견되었다는 점이 이로 놀랄 만한 일이 아닐 수 없다. 

 

 

또한 중력파의 전파속도가 빛의 속도와 같다는 특성을 검증할수있었는데, 이속도가 기존의 다른 실험으로 입중된 결과 보다 더 정밀하여서 일반상대성 이론이 여전히 공고한 이론임을 입증하는 증거가 되었다.

 

향후 중력파 관측은 블랙홀의 질량분포, 중성자별의 상태방정식, 중성자별 내부구조 등과 같은 현대 천체물리학의 난제들에 대한 실마리를 제공할 수있을 것으로 예상된다.

 

행성과학자들은 직접적인 관측을 위해, 우주탐사선을 행성에 보내거나 시룔를 채취해서 돌아오는 방식을 이용한다. 탐사선이 행성을 지나쳐 가면서 사진을 찍거나, 행성표면에 직접 착륙해서 실험을 수행하기도 하고, 표면에 탐사선을 충돌시키고, 이때 발생하는 물질들을 원거리에서 관측하기도한다.

 

 

 

이로 다양한 천문학에 대해서 알아봤다.