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우주, 별, 천문, 빛 이론

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전파 망원경과 우주 망원경 전파 망원경과 우주 망원경 우리가 주변의 천문 관측소들을 살펴보면 전파 망원경이라는 것이 있습니다. 그러면 전파 망원경은 과연 무엇일까? 우리가 우주 속 천체들로부터 오는 지구 표면까지 전달되는 빛 중에서 가시광선과 더불어서 파장의 크기가 수 mm에서 40m 정도가 되는 전파 영역이 있습니다. 이 같은 전파를 관측하는 기기가 바로 전파 망원경입니다. 전파는 눈에는 보이지 않지만, 전파 망원경으로 그 신호를 감지할 수 있습니다. 우주로부터 전달되는 전파는 1932년 벨연구소의 기술자 잔 스키에 의해서 우연히 발견되었다고 합니다. 잔 스키는 통신 잡음을 조사하던 중에 24시간마다 반복적으로 들어오는 전파 잡음 신호를 확인했는데, 나중에 이 전파가 우리 은하 중심부에서 방출되는 것을 확인했던 것입니다. 그 이..
천체망원경과 천문대 천체망원경과 천문대 17세기 이전까지는 별들의 빛을 관측하는 수단은 인간의 눈, 그리고 별의 위치를 측정하기 위한 기계적인 장치들이 전부였습니다. 최초의 망원경이 발명된 것은 1608년의 일인데요, 네덜란드의 안경사 리페르 세이가 굴절 망원경을 처음으로 만들었습니다. 리페르 세이는 렌즈 두 개를 가지고 풍경을 보다가 이것이 물체를 확대해 보인다는 사실을 발견하고, 금속 통에 두 개의 렌즈를 부착해서 멀리 있는 것을 보기 편하도록 만든 것인데, 이것이 망원경의 시초가 된 것입니다. 그다음 해인 1609년, 갈릴레이는 렌즈를 연마해서 지름 44mm의 망원경을 직접 제작하고, 인류 최초로 이 망원경 가지고 천체들을 관측하는데 활용했습니다. 사실, 이 망원경은 성능이 배율이 9배 밖에 되지 않는, 지금으로 치면..
지동설의 관측적, 이론적 증명 지동설의 관측적, 이론적 증명 과학의 특성 중 하나로 단순성이라는 것이 있습니다. 하나의 자연 현상에 대해서 두가지 이상의 원리적인 설명이 가능할 때, 우리는 단순한 모형을 선호한다는 것입니다. 이러한 주장을 한 중세의 학자 오캄의 이름을 따서, 이러한 원리를 “오캄의 면도날”이라고 부릅니다. 프톨레마이오스의 천동설 그리고 코페르니쿠스의 지동설, 이 둘중에서 어떤 것이 더 단순한 체계라고 여러분은 생각되십니까? 코페르니쿠스의 지동설 주장이 있은 후, 약 60여년의 시간이 흘러 1600년대초, 지동설을 증명할 수 있는 새로운 사실들이 봇물처럼 쏟아지기 시작했습니다. 갈릴레이, 케플러, 뉴턴으로 이어지는 1600년대 초기 과학 혁명의 시기가 바로 그 때입니다. 1609년은 인간이 우주를 보는 방법에 대한 일..
지동설의 등장 지동설의 등장 프톨레마이오스 이후 1500년의 세월이 지난, 서기 1,500년대 중반 드디어 유명한 코페르니쿠스가 등장합니다. 1543년, 코페르니쿠스는 프톨레마이오스의 천동설 체계가 태양, 달, 그리고 행성들의 운동을 매우 정확하게 원리적으로 설명하고 있다는 사실은 잘 이해했습니다. 그런데, 이러한 천동설의 운동 체계가 기하학적으로 너무 복잡하다는 사실을 매우 불편하게 여겼습니다. 그래서, 태양을 우주의 중심으로 하는 행성들의 운동 체계 즉 지구와 행성들이 태양을 중심으로 공전하는 지동설 체계를 재검토해보았습니다. 태양을 중심으로 행성들이 공전을 하게 되면, 매우 단순한 기하학적 원리로 행성들의 움직임을 설명할 수 있기 때문입니다. 이 사실은 그 이전 1500년 전, 프톨레마이오스도 물론 알고는 있었죠..
별의 일생과 별 내부의 핵융합 원리 별의 일생과 별 내부의 핵융합 원리 별의 일생과 핵융합 과정에 대해 한번 생각해도록 하겠습니다. 별들은 먼저, 고온 고압 상태의 중심부에서 수소 핵융합반응이 일어나고 헬륨을 만들면서, 이로부터 생기는 에너지를 밖으로 내보냅니다. 별의 중심부에서 수소 핵융합반응이 지속적으로 일어나고 있을 때에는, 밖으로 나오는 이 에너지와, 별 자체의 질량에 의한 중력수축 에너지가 평형을 유지합니다. 별이 자신의 모습을 그대로 유지하고 있다라는 것이 되겠습니다. 마치 지금 태양이 그러합니다. 시간이 지나, 별 중심부에서 수소가 고갈되면 별의 외곽부에서 수소 핵융합이 시작됩니다. 그러면서 별은 팽창을 하게되면서 별의 균형이 깨지기 시작하고 별이 부풀어 오릅니다. 그리고 시간이 더 지나면 결국, 별 전체에서 수소 핵융합을 일..
별은 어떻게 스스로 빛을 낼까? 별은 어떻게 스스로 빛을 낼까? 이와 같이 현대 빅뱅 우주론은 지구와 지구를 구성하는 모든 원소, 그리고 인간을 포함한 모든 생명체들을 구성하는 물질들이, 우주 시간의 역사를 통해서 탄생하고 사멸해 간 수많은 별들의 내부에서 핵융합으로 생겨났다는 놀라운 사실을 알려주고 있습니다. 자 그런데, 이러한 사실은 별이 왜 빛나는가 이 질문에 대한 근원적인 호기심. 이 호기심에 대한 인간의 과학적 노력의 결과로 알게 된 것들입니다. 이제 별을 빛나게 하는 그 에너지 원은 무엇인가? 그리고 별은 어떤 일생을 보내는가? 일생을 마친 별의 최후는 어떠한가에 대해 조금 더 구체적으로 알아보도록 하겠습니다. 우리가 밤하늘을 살펴보면, 온통 빛나는 별들의 천지입니다. 그런데, 사실상 그 빛나는 별들이 모두 진짜 별 그 자체..
어두운 밤하늘과 올버스의 역설 어두운 밤하늘과 올버스의 역설 낮에 보는 하늘이 밝아 보이는 것은, 햇빛이 지구의 두꺼운 대기에 산란되어서 밝게 보이는 것입니다. 실제로, 우주 왕복선을 타고 우주 정거장에 가서 우주를 바라보게 되면, 해가 있는 방향을 바라보아도 하늘은 어둡습니다. 달에는 대기가 없습니다. 실제로 대기가 없는 달에서 하늘을 보면, 해가 있는 방향이나 지구가 있는 방향이나 어느 방향을 보더라도 하늘은 언제나 어둡습니다. 우주의 하늘은 언제나 어둡습니다. 왜 우주 공간은 이렇게 어두운가? 이 어두운 밤하늘을 이해하는 것이, 바로 빅뱅으로 생긴 우주, 즉, 팽창하는 유한한 크기의 우주, 즉, 빅뱅 우주론 그 자체를 이해하는 첫걸음이라는 매우 놀라운 사실에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 우주가 어두운 이유 오랜 과거의 사람들은..
고대 우주관과 모순 고대 우주관과 모순 시대에 따르는 우주관 또는 우주론이 생기고, 때로는 별과 우주에 대한 신화와 전설들이 만들어져 왔습니다. 과거에 살았던 인간이나 현재를 살아가는 인간이나 맨눈으로 확인되는 밤하늘 별들의 움직임은 거의 유사한 현상으로 관측이 될 것입니다. 태양은 매일 뜨고 지면서, 변함없이 우리의 삶을 지배하고 있습니다. 달은 약 한 달을 주기로 커졌다 작아졌다를 반복합니다. 태양이 지면 밤하늘에 수많은 별들이 나타나고 그 별들은 자신의 자리를 일정하게 유지하면서 서쪽 방향, 서쪽 나라로 움직여 갑니다. 이러한 현상을 잘 관찰해 보면, 밤하늘 그 자체와 밤하늘의 별들은 전체적으로 매우 규칙적인 움직임을 하고 있는 것처럼 보입니다. 기원전 그리스의 과학철학자들은 이러한 현상을 관찰하면서, 우주 그 자체는..
나선은하, 타원은하, 불규칙 은하, 상호작용하는 은하 개념 정리 나선은하, 타원은하, 불규칙 은하, 상호작용하는 은하 개념 정리 나선 모양, 막대 나선 모양, 타원 모양, 불규칙한 모양 등, 다양한 모양으로 나타나는 은하들을 조금 더 구체적으로 살펴보겠습니다. 먼저 나선은하를 살펴보겠습니다. 나선은하는 말 그대로 거대한 나선 팔 구조를 갖고 있는 은하들입니다. 중심은 불룩한 팽대부가 있습니다. 나선은하는 거대한 구조 전체가 회전 운동을 합니다. 한 바퀴 회전하는 데 걸리는 시간은 대략 수억 년에 해당됩니다. 그리고 나선은하의 매우 특별한 특징 중에 하나는, 중심부와 나선 팔을 잇는 부분에 막대 형태의 구조가 있는 것이 있고, 없는 것도 있습니다. 물론 수십억 년, 백억년 정도의 나이에 해당되는 늙은 별들도 함께 공존하고 있습니다. 원반 구조를 가지는 이러한 나선 은하..
혜성의 관측과 성운들 혜성의 관측과 성운들 태양계 행성들의 운동 체계에 대해서 새롭게 대두된 뉴턴의 역학은 핼리에 의해서 행성들 뿐만 아니라, 혜성들에도 적용될 수 있다라는것이 증명되었습니다. 즉, 혜성의 첫 발견으로 유명한 핼리는 약 76년을 주기로 지구에 근접하는 하나의 혜성에 대해서 주목해서 뉴턴역학에 기초하여 그 혜성의 주기와 궤도를 정확하게 계산하였습니다. 이것이 바로 그 유명한 핼리 혜성입니다. 가장 최근에는 지난 1986년에 지구에서 관측이 되었고, 태양에 다시 근접하는 2061년 여름에 다시 관측될 것으로 예상됩니다. 참고로, 새로운 혜성을 발견하면 그 혜성에 대해서 발견자의 이름을 붙여줍니다. 슈메이커-레비 혜성, 헤일-밥 혜성 등, 발견자의 이름이 붙습니다. 여러분들도 혜성 발견에 도전해서 여러분들의 이름이..