천문학자들의 작업

천체의 위치 표시

천문학자가 천체의 위치를 표시하는 일은 지리학자가 지구에 있는 어떤 장소의 위치를 표시하는 일과 성격이 비슷하다. 지리학자는 적도에 나란한 원을 만들어서 위도로 정하고, 북극과 남극을 지나는 선으로 경도를 정한다. 천문학에서도 지리학에서와 같은 방법을 쓴다. 다만 위도 대신에 '적위'라는 말을 쓰고, 경도 대신에 '적경'이라는 말을 쓰는 것이 다를 뿐이다. 적위는 천구의 적도에서 북쪽이나 남쪽으로 잰다. 천구의 적도는 지구의 적도를 우주공간으로 연장한 것이다. 천구의 극은 지구의 극을 연장해서 천구와 만난 점이다. 적경은 춘분인 3월 21일경에 태양이 천구의 적도와 만나는 지점에서 동쪽으로 재며, 시(h)로 나타낸다. 적경으로 1h는 경도로 15도와 같다. 별은 본래 하늘의 그 자리에 고정되어 있다. 그러나 태양의 적경은 1년에 24h, 즉 360도 만큼 변한다. 하늘에서 별에 대해 태양이 움직이는 길을 황도라고 한다.

 

망원경 관측

천문학자들은 우주공간에 있는 천체에서 지구로 오는 복사에너지를 관측하려고, 여러 종류의 망원경을 사용한다. 이 복사에너지는 우주공간을 빠르게 움직이는 전기력과 자기력이 연관된 형태이다. 이러한 형태를 전자기파라고 하는데, 파장에 따라 에너지가 다르다. 파장은 파의 마루에서 다음 마루까지의 거리이며, 복사에너지는 파장에 따라 이름이 다르다. 파장이 길어지는 순서로 이름을 나열하면, 감마선, 엑스선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파의 순이다. 천문학자들은 이와 같이 서로 다른 파장이나 복사에너지를 관측하려고 다양한 종류의 망원경을 사용한다.

 

광학망원경은 가시광선을 관측하는 데 사용된다. 광학망원경에는 반사망원경과 굴절망원경이 있다. 상을 만들고자 반사망원경은 반사경을 사용하고, 굴절망원경은 렌즈를 사용한다. 반사망원경은 굴절망원경보다 상을 훨씬 더 크게 만들 수 있고, 빛이 무지개 색으로 나뉘는 현상인 색수차가 크기 때문에 더 어두운 천체도 관측할 수 있다. 따라서 오늘날 사용하는 대형 망원경은 주로 반사망원경이다.

 

전파망원경은 하늘에서 오는 전파를 모아 에너지를 측정한다. 전파 망원경에는 대부분 우묵한 접시 모양을 한 금속 반사기가 있다. 반사기가 우주에서 오는 약한 전파를 모아 안테나로 집중시키면, 안테나는 전파를 전기 신호로 바꾼다. 전파 수신기는 이 신호를 더 강하에 하여 컴퓨터에 기록한다. 이 밖에도 천문학자들은 적외선, 감마선, 엑스선, 자외선 망원경을 사용해 별에서 내뿜는 여러 종류의 전자기파를 연구한다.

 

분광기의 사용

망원경으로 모은 빛을 분석해서 별과 성간구름의 화학 조성을 알아낸다. 가시광선을 분석하는 데 가장 널리 쓰이는 기술은 빛을 여러 가지 색으로 나누는 분광기의 사용이다. 스펙트럼이라고 하는 분광띠에는 보라색과 파란색을 한쪽 끝으로 해서, 반대편으로 더욱 파장이 긴 녹색, 노란색, 주황색, 빨간색이 이어진다.

모든 원자는 높은 온도로 가열하면 빛을 내는데, 어느 특정한 원소의 원자는 특정한 파장의 빛을 더 많이 낸다. 그 결과 이들이 내는 빛의 스펙트럼에는 그 파장에 해당하는 매우 밝은 방출선이 나타난다. 그러므로 각각의 원소는 다른 원소와 구별된다. 또, 다른 종류의 스펙트럼선은 빛이 가스 형태로 존재하는 원소를 지날 때 만들어진다. 이런 조건에서 원자들은 가열되었을 때 내보내는 빛과 같은 파장의 빛을 흡수한다. 따라서 스펙트럼에서는 그 파장에 해당하는 자리에 밝은 선 대신 검은색 흡수선이 나타나게 된다.

 

천문학자들은 스펙트럼을 분석해서, 가스로 된 별의 바깥층이 어떤 원자들로 이루어져 있는지 알아낼 수 있다. 분광분석법은 행성의 대기를 이루고 있는 분자를 알아내는 데에도 사용된다. 별이나 행성의 스펙트럼은 존재하는 여러 원자와 분자 가운데 어떤 것의 양이 상대적으로 많은지도 알려준다. 어느 특정 원소나 화합물이 다른 것보다 많으면, 그것에 해당하는 스펙트럼선이 특히 강하게 나타난다.

 

우주에서 거리 측정

천문학자들이 우주에서 거리를 측정하는 방법에는 크게 세 가지가 있다. 시차측정법, 밝기측정법, 적색이동측정법이 그것이다.

시차측정법은 지구에서 아주 가까이 있는 별 약 1만개의 거리를 측정할 때 사용한다. 별의 시차란 1천문단위(AU)만큼 떨어진 두 지점에서 어떤 별을 보았을 때, 이 별이 하늘에서 움직인 각도이다. 천문학자들이 사용하는 시차관련 거리 단위는 파섹(pc)인데, 1pc은 시차가 1초일때 별의 거리로 약 3.26광년(30조 9000억 km) 정도이다. 한편 밝기측정법은 천체의 실제 밝기를 겉보기 밝기와 비교해 별까지의 거리를 정하는 방법으로 주로 변광성의 거리 측정에 사용한다. 이 측정법은 별까지의 거리가 멀수록 별이 점점 더 어둡데 보인다는 사실을 이용한 것이다. 또한 적색이동측정법은 천체에서 온 빛의 스펙트럼을 분석해 천체의 이동과 그 이동 정도를 알아보는 방법이다.