이론천문학

오늘은 이론천문학에 대해서 알아볼께요.

 

이론천문학자들은 천체나 천문현상을 이해하기 위해 해석적인 모형이나 컴퓨터를 이용한 수치모형 같은 방법을 이용한다. 이것을 이론천문학이라 한다. 해석적인 모형은 어떤 현상에 대하여 보다 직접적인 통찰력을 제공하며, 수치적인 모형은 매우 복잡한 현상을 몇 가지 기본 물리법칙으로부터 계산해 냄으로써 어떤 현상이 존재할 수 있는지 등을 이해하는데 도움이 된다.

 

 

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이론천문학의 주제

: 천체역학, 별의 진화, 은하의 형성과 진화, 우주의 거대구조, 우주선의 기원, 일반상대론, 물리우주론

 

천문학에서 상대론은 중력이 중요한 역할을 하는 우주거대구조를 연구하는 기본적인 틀을 제공하며, 중력파와 블랙홀 등을 연구하는 바탕이 된다. 현대 이론 천문학은 급팽창이론, 암흑물질, 그리고 기본적인 물리법칙들을 바탕으로하여 ^CDM모형을 정립하였고, 이는 현재 천문학자들사이에서 널리 받아들여지고 있다. 

 

한편 암흑물질과 암흑에너지는 현대 천문학에서 가장 주목받고 있는 주제이다. 

 

 

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연구대상에 따른 천문학의 세부분야

: 1. 태양천문학 2.항성천문학 3. 행성천문학 4. 외부은하천문학 5.우리은하천문학 6. 우주론

 

1. 태양천문학

 

태양은 지구에서 빛의 속도로 8분거리에 있으며 가장 연구가 자세하게 이루어진 항성이고, 전형적인 G형 분광형을 지닌, 46억살의 주계열성이다. 태양은 흑점주기로 알려진, 주기적인 밝기의 변화를 보여주고, 이는 11년 주기에 걸쳐 흑점의 숫자가 변화하는 것과 관련디어 있다. 흑점은 강력한 자기장 활동과 관련되어 있으며, 태양 표면의 다른 곳에 비해 온도가 낮은 지역이다.

 

우리 눈으로 볼 수있는 태양의 바깥표면을 광구라 부르고, 광구 위에는 채층으로 불리는 얇은 지대가 존재한다. 채층위에는 코로나가 형성되어 있으며, 온도는 급격하게 올라간다.

 

태양의 중심부는 핵이 있고, 핵융합 작용이 일어날 정도로 뜨겁고 압력 또한 크다. 중심핵 위에는 복사층이 있는데 여기서 플라즈마는 에너지 플럭스를 복사형태로 전달한다. 복사층 위에는 대류층이 존재하는데 이곳에서는 에너지가 물리적인 가스교환형태를 통해 전달되고, 이러한 태양의 대류층이 자기장을 발생시키는 원인이다. 이 자기장으로 인해 태양 표면에 흑점이 생겨나는 것으로 받아들여지고 있다.

 

2.항성천문학

 

항성 및 그들의 진화과정을 아는 것이 우주를 이해하는데 있어서 매우 중요한데, 항성생성은 거대 분자 구름으로 알려진 먼지와 가스의 밀도가 높은곳에서 시작된다. 분자구름이 불안정해지면 분자 구름이 중력 때문에 붕괴하면서 여러 조각들로 깨지게 되고, 각가의 조각들은 원시별을 생성한다. 

 

중심핵 부분이 밀도가 높고, 뜨거워지면 핵융합 작용이 시작되면, 여기서 주계열성이 탄생하게 된다. 수소와 헬륨, 리튬보다 무거운 모든 원소들을 천문학에서는 중원소라고 부르고 이들은 항성의 내부에서 만들어진 것이다.

 

주계열성을 벗어난 항성의 진화과정은 주로 별의 질량에 의해 결정되고, 별이 질량이 커질수록 더욱 밝아지며 중심핵에서 수소연료를 더 빨리 태운다. 시간이 지나면서 별이 가지고 있던 수소가 헬륨으로 모두 바뀌면서 항성은 진화하기 시작한다. 

 

항성의 최후 양상 역시 마지막에 남은 별의 질량에 따라 달라지는데 , 태양 정도 질량을 갖는 별은 행성상 성운의 형태로 질량으 방출하고 중심부에 백색왜성을 남긴다. 주계열시절 질량이 태양의 8배 이상이었던 별들의 경우 중심의 핵이 붕괴되면서 초신성으로 인생을 마친다. 초신성 폭발 후 중심에 남은 물질은 중성자별이 되거나 혹은 폭발 후 중심에 남은 질량이 태양의 3배가 넘는 블랙홀로 진화한다.

 

3. 행성천문학 

 

행성천문학은 행성, 위성, 왜행성, 혜성, 소행성, 기타 태양을 공전하는 다른 천체들, 그리고 외계행성집단을 연구대상으로 하는데, 태양계는 상대적으로 연구가 많이 이루어져있으며, 과거에는 관측 도구로 주로 망원경을 이용했고, 최근에는 우주탐사선이 그 역할을 하고 있다. 

 

태양계는 내행성, 소행성대, 외행성의 3부분으로 나뉠수 있는데, 내행성계로 일컫는 지구형 행성들로는 수성, 금성, 지구,화성이 있다. 바깥쪽을 공전하고 있는 외행성계는 가스행성들로 이루어져 있으며, 목성,토성, 천황성, 해왕성으로 구성되어있다. 

 

행성들은 원시 태양을 두르고 있던 원시행성계원반에서 생겨났고, 중력에 의한 끌어당김, 충돌, 강착 과정을 통해 원시행성들로 진화했다. 태양풍에 의한 복사압으로 인해 덩어리로 뭉치지 못한 물질들은 쓸려나갔고, 자기가 지닌 가스대기를 잃지 않을 정도로 무거운 천체들만 살아남았다.

 

행성들은 충분한 질량을 획득한 뒤, 무거운 물질은 행성중심부로 가라앉고 가벼운 물질은 위에 남는 행성 구별화의 과정을 겪게된다. 이 과정을 통해 행성들의 중심에는 철이나 석질의 중심핵이 생성되고 그위는 보다 가벼운 물질들로 이루어진 맨틀이 형성되었다. 핵부위는 고체 또는 액체성분을 지니고 있으며, 일부 행성의 중심핵은 고유의 자기장을 형성하는 원인을 제공한다.

 

 

4. 외부은하천문학

 

외부은하천문학은 우리은하 밖의 천체와 현상을 연구하는 분야로서, 주로 은하의 형성과 진화, 외부은하의 형태와 분류, 활동성은하, 은하단과 은하군, 그리고 이들로 이루어지는 우주의 거대구조를 연구한다. 대부분의 은하들은 모양에 따라 타원은하, 나선은하, 불규칙은하로 분류된다. 타원은하는 하늘에 투영된 모습이 타원을 띄고 있고, 타원은하의 별들은 무작위적인 궤도를 가지고 움직이며, 성간물질이 적고, 새로생성되는 별이 적은 주로 나이가 많은 별들로 이루어져 있다. 나선은하는 납작한 회전하는 원반모양을 가지고 있으며 중심부의 팽대부 또는 나선모양의 팔들로 이루어져 있다. 

 

 

5.우리은하천문학

 

우리의 태양계는 국부 은하군에 속해 있는 막대나선은하인 우리 은하에 속해 있으며, 우리 은하의 중심을 공전하고 있다. 가스, 먼지, 별, 암흑물질등이 서로 중력을 통해 묶여 우리은하를 구성한다. 우리 은하의 중심부에는 막대모양의 팽대부가 있으며, 은하 중심에는 거대한 블랙홀이 있다고 밝혀지고 있고, 은하중심부는 바깥쪽으로 소용돌이 처럼 퍼져나가는 4개의 나선팔로 둘러싸여 있다. 나선팔은 금속함량이 많고 젊은 항성종족1 별들이 탄생하는 곳이다. 

 

은하원반을 구형의 은하 헤일로가 둘러싸고 있는데, 여기에는 주로 늙은 항성종족2별들과 별들이 조밀하게 뭉친 구성성단들이 분포하고 있다.

 

 

6. 우주론

 

물리우주론은 우주가 처음에 어떻게 생겨났고, 어떻게 진화했는지 같은 근본적인 질문을 다루는 분야인데, 우주론의 연구대상으로는 우주 마이크로파 배경, 대폭발 핵합성, 우주의 거대구조, 암흑물질, 암흑에너지 등이 있다. 

 

우주가 팽창하고 식어감에 따라 중성 원자들이 처음으로 만들어지게 되었고, 이 덕분에 빛이 이온화된 전자들에 의해 방해받지 않고 여행할 수 있게 되어 우주가 투명해지게 된다. 이때 발생한 빛이 현재의 우주 마이크로파 배경으로 관측이 된다. 그러나 아직 빛을 낼수있는 별들이 만들어지지 않았기 때문에, 이후의 시기를 우주의 암흑시대라고 부른다.

 

우주에 존재하던 작은 밀도 요동으로부터 처음으로 천체들이 만들어지기 시작했다. 물질들이 밀도가 높은 지역으로 뭉치면서, 거대한 가스 덩어리를 만들고, 여기서 처음으로 별들이 만들어지게 된다. 이 별들은 내부의 핵융합을 통해 무거운 원소들을 만들게 되고, 이때 발생하는 빛들은 주위의 가스를 이온화시켜, 소위 재전리라는 과정을 시작하게 만들었다.

 

별들이 중력에 의해 모이면서 처음으로 은하들을 만들게 되고, 이 은하들이 다시 중력에 의해 분포하면서 은하군이나 은하단 같은 더 큰 구조들을 만들고, 이는 우주의 거대구조를 형성하게 된다.

 

소위 암흑물질과 암흑 에너지는 이러한 우주론의 근본적인 구성성분이 되어 왔으며, 두 성분을 합쳐 우주 전체의 96%를 차지한다고 받아들여지고 있다. 그러나 암흑물질과 암흑에너지가 무엇인지는 아직 밝혀지지 않았으며, 현대 우주론과 천문학의 주요 미해결 문제 중의 하나이다. 

 

오늘은 이론천문학 외에 다양한 천문학에 대해서 알아보았습니다.

다음에도 좋은 정보가지고 오겠습니다.