오늘은 별의 거리에 대해 설명드리겠습니다. 별과 별사이의 거리를 어떻게 측정하는지 다양한 방법들을 하나 하나 소개 볼까합니다. 여러 방법들이 있는데 그 중에서도 연주시차를 이용한 방법, 변광성 주기의 광도를 이용한 방법, 구상성단을 이용한 방법, 중력렌즈
연주시차를 이용한 방법
연주시차는 지구상에서 별까지의 거리를 재는 방법 중 하나로, 멀리 떨어진 두 지점 사이의 시간 차이를 말합니다. 우리 눈으로는 보이지 않는 아주 작은 시차이지만, 실제로는 약 1억 5000만 km나 떨어져있는 거대한 크기입니다. 이러한 연주시차를 이용하면 우주 전체에서의 위치를 알 수 있고, 태양계 내에서는 행성간의 거리를 잴 수 있다고 합니다. 지구상의 모든 물체는 중력이라는 힘을 받고있어요. 그래서 어떤 물체든 서로 끌어당기고 있죠. 하지만 질량이 큰 천체일수록 인력이 강하기 때문에 더욱 강한 힘으로 잡아당긴답니다. 이렇게 무거운 천체끼리 가까이 있으면 공간이 휘어져서 빛이 휘어져 보이게 되는데 이를 `중력렌즈`라고 합니다. 이때 렌즈처럼 작용하는 천체를 `천체망원경`이라고 부르고, 망원경 뒤쪽에 보이는 별빛이 왜곡되어 나타나는 현상을 `중력렌즈 효과`라고 부릅니다. 그리고 천문학자들은 이것을 이용해서 먼 곳에 있는 은하 속 별들이 얼마나 가까운지 알아낼 수 있답니다.
태양계 안에서도 연주시차가 존재하는데 실제로 태양계 내부에서도 연주시차가 관측됩니다. 대표적으로 목성 주변에서 발견됩니다. 목성의 위성 이오, 이오 위성과 목성 사이의 각도인 0.6°라는 값으로부터 계산했을 때, 대략 5700광년(약 56조km)거리에 있다는 결과가 나옵니다. 즉, 육안으로 보기엔 너무나 멀지만 과학기술 덕분에 우주의 신비를 조금이나마 엿볼 수 있게 됩니다.
변광성 주기 광도를 이용한 측정방법
변광성이란 밝기가 변하는 별을 의미하며 이러한 변광성을 이용해서 별의 거리를 측정할 수 있습니다. 이 방법은 실제 천문학자들이 우주탐사를 위해 자주 사용하는 방법이랍니다. 이번 포스팅에서는 실제로 어떻게 활용되는지 자세하게 알아보도록 하겠습니다. 별의 거리는 보통 천체망원경을 통해서 별의 거리를 측정하게 되는데 지구에서 멀리 떨어진 곳일수록 관측하기 어렵기 때문에 망원경의 성능과 정밀함이 매우 중요하답니다. 그래서 현재 기술로는 태양계 밖의 별들을 직접 관측하거나 탐사하기 어렵습니다. 하지만 우리에게는 훌륭한 도구가 는데 바로 전파망원경입니다. 전파망원경은 빛 대신 전파를 발사시켜서 수신장치인 안테나를 통해 다시 받아보는 방식으로 먼거리의 별까지의 거리를 측정할 수 있답니다. 전파망원경으로는 어떤 별을 관측할 수 있는 대상은 다양한데 대표적으로 세페이드 변광성이 있습니다. 세페이드 변광성은 주기적으로 밝기가 변하는 특징을 가지고 있어서 이를 이용하면 별까지의 거리를 알 수 있게 됩니다. 또한 초신성 폭발 후 남은 잔해인 신성 역시 전파망원경으로 관측할 수 있으며, 성간물질 속 가스나 먼지 등에서도 전파신호를 찾을 수 있다고 합니다.
구상성단을 이용한 별의 거리 측정방법
별과 행성 등 천체들을 관측하기 위해서는 먼저 위치를 알아야 합니다. 지구상에서는 위도와 경도라는 좌표계를 활용해서 어떤 천체가 어디에 있는지 알 수 있지만, 우주 공간에서는 이를 알기 어렵습니다. 그래서 우리는 우주의 크기를 가늠하고자 은하 중심으로부터 일정한 거리에 있는 천체까지의 거리를 재는 방법을 고안했습니다. 이 방법은 ‘구상성단’이라는 천체를 이용하는데, 구상성단이란 수십~수백 개의 별들이 공 모양으로 모여 있는 성단입니다. 구상성단은 어떻게 발견되었는지부터 알아보겠습니다.우리나라 천문학자이신 박창범 교수님께서 처음 제안하신 방법입니다. 당시 미국 캘리포니아 공과대학(Caltech) 대학원생이었던 조지프 테일러 박사에게 전파망원경을 통한 연구를 의뢰했는데, 이때 망원경 시야 안에 들어온 수많은 별 무리 중 일부가 다른 별무리와는 달리 유난히 밝은 점처럼 보이는 현상을 발견하게 됩니다. 이후 여러 과학자들이 이러한 특징을 가진 별무리를 찾기 위해 노력했고, 결국 1888년 독일의 천문학자 요한 바이어가 거문고자리 방향으로 약 10광년 떨어진 곳에서 100여개의 별무더기를 발견하면서 세상에 알려지게 되었습니다. 천체관측용 쌍안경으로는 1등성 밝기의 빛줄기 두 개 이상을 동시에 볼 수 없습니다. 따라서 대략 2등급 이하의 별만이 존재한다고 가정하면, 구상성단은 태양에서부터 약 200광년 떨어져 있다고 계산할 수 있습니다. 하지만 실제로는 훨씬 먼 거리에 있으며, 지금까지도 계속 새로운 구상성단이 발견되고 있습니다. 아주 오래전 초기우주 상태였던 빅뱅 직후에는 모든 물질이 원자핵으로만 이루어져 있었습니다. 그리고 시간이 지나면서 수소원자로부터 헬륨원자가 만들어졌고, 다시 양성자와 중성자가 결합하여 무거운 원소인 철·니켈·우라늄 등이 만들어졌습니다. 그러나 아직 탄소나 산소 같은 가벼운 원소들은 만들어지지 않았습니다. 즉, 현재 생성되는 대부분의 별들은 아주 오랜 옛날 만들어진 원시별로서, 젊은 별일수록 내부 온도가 높고 핵융합 반응이 활발하게 일어납니다. 그렇기 때문에 비교적 가까운 거리에 있는 늙은 별들과는 달리 매우 큰 질량을 가지고 있고, 그만큼 많은 수의 별들이 모여 있게 된 것입니다.
오늘은 별의 거리를 알 수 있는 다양한 방법 중 연주시차를 이용한 방법, 변광성 주기의 광도, 구상성단을 이용한 별의 거리 측정방법에 대해 알아보았습니다. 다음시간에는 더욱 유익한 주제로 돌아오겠습니다. 감사합니다.