천체의 관측

천체의 관측

천체의 관측

빛의 성질

빛은 가시광선이라고 불러지며 무지개와 같이 일곱 가지 색깔로 분산된다. 보라색은 빨간색보다 파장의 길이가 짧다. 이렇게 파장이 길다 또는 짧다라고 불리는 것은 빛이 파동을 통해 전달됨을 말한다. 그러나 빛은 광자로 이루어져 있는데, 이것은 빛이 파동의 성질과 입자의 성질을 모두 가지고 있음을 의미한다. 그래서 빛은 이중성을 가지고 있다고 말할 수 있다. 
 빛은 우리 눈에 인식되는 파장을 가진 전자기파의 한 부분이다. 빛의 파장은 400~700nm 안에 있는데 이는 감마선, 적외선, 그리고 전파는 우리 눈이 인지할 수 없는 전자기파로 구성되어 있다. 빛은 반사하고 굴절하며 회절, 간섭하는 성질을 가진 파동이다.
 빛은 광자라고 불리는 입자로 이루어져있는데 18세기 뉴턴에 의해서 제안되었다. 광자는 빛의 속력을 가진 미세한 입자로서 파장을 가지고 있다. 빛의 색깔이 다른 것은 광자가 가진 파장이 다르기 때문이다. 광자의 에너지는 주파수와 비례하며 파장과는 역 비례한다. 그래서 빛이 푸르거나 짧을수록 그 빛을 이루는 광자는 더 광대한 에너지를 가진다.
 
연속 스펙트럼
 
 스펙트럼이란 빛을 광자의 에너지 혹은 파장의 순서에 따라 늘어놓은 것을 말한다. 스펙트럼의 색상들이 연속적으로 나타나는 것을 연속 스펙트럼이라고 부른다. 이는 우리가 볼 수 있는 영역보다 더 길거나 짧은 파장 영역까지 나타난다. 
 빛을 프리즘에 통과시켜 간단히 파장 별로 구분시키는 대신 광전관을 이용하여 각 파장 별로 에너지를 기록하면 파장에 따른 광도를 알 수 있다. 즉 빛의 색깔에 대한 빛의 양을 표현한다. ‘
 천체분광학이란 스펙트럼 특성을 공부하는 학문이며 행성, 항성, 은하에 대한 연구를 하는 중요한 방법이다. 비인의 법칙이라 불리는 이 법칙은 1893년 비인이 물체에서 최대로 나오는 빛의 파장과 물체의 온도와의 관계를 발견하면서 만들어졌다. 이 법칙에 따르면 물체에서 나오는 빛의 최대 강도가 방출되는 파장은 온도와는 역 비례한다는 것이다. 파장이 짧으면 물체가 뜨거워진다는 말이다. 이로 인해 우리는 별의 색깔을 알 수 있다. 온도가 높으면 푸르게 보이고 낮은 천체는 붉게 보인다. 태양은 중간의 온도를 가지고 있어 녹황색으로 보인다.

도플러 효과

 도플러효과란 소리나 빛을 방출하는 물체가 연구자에 대해서 움직일 때 주파수의 변화가 생기는 것이다. 예를 들어 기차의 경적 소리를 주의 깊게 들어보면 기차가 다가올 때 크게 들리던 경적소리가 순식간에 줄어드는 것이다. 
 그렇다면 빛의 경우에는 도플러 효과가 어떻게 나타나는지 알아볼 필요가 있다. 먼저 어떤 광원이 멈춰있으면 그 광원에서 방출하는 빛은 반복되고 일정한 주파수를 갖는 것으로 관측될 것이다. 반면, 광원이 멀어지거나 다가오는 경우에는 빛의 파장이 압축되고, 가까워지는 경우에는 늘어나게 된다. 광파가 늘어나는 쪽은 지구를 바라보게 되는 데, 이 파장이 길어져서 스펙트럼선은 적색으로 비추게 된다. 
  
광학망원경

 망원경은 네덜란드에서 발명되었고, 갈릴레오가 천체를 관측하는 데에 이 기기를 이용하였다. 그 후 망원경은 발전하여 초대형의 망원경이 건설되었고, 그 구경이 10m가 된다. 19세기말 천문사진법이 소개되었으며 다양한 첨단 전자장치가 나타나면서 망원경은 더 널리 극대화되고 있다.
 그러나 광학망원경으로 천체를 관측하는 데에는 많은 장애가 있다. 첫째는 대기에 의한 제약이다. 대기는 빛을 굴절시키는데, 이 대기가 끊임없이 변하므로 굴절률 또한 변한다. 그래서 별의 모습이 작은 원반으로 나타나며, 이러한 현상을 시상이라고 한다. 인위적인 것 또한 다른 장애이다. 도시가 공해와 대기오염이 심해지면서 천체를 관측하는 것이 어려워졌다. 그래서 이러한 환경환경부터 벗어날 수 있는 우주공간에서 망원경을 이용하게 되었다.
 이와 같은 망원경은 눈에 보이지 않는 작은 물체를 확대시켜주는 현미경과 달리, 큰 물체이지만 눈으로 보기에는 어려운 것을 육안으로 볼 수 있도록 만들어준다. 망원경은 빛을 많이 끌어오는 집광력이 크다. 그리고 빛을 오랜 시간 누적하여 기록할 수 있다. 이뿐만 아니라 망원경은 작은 물체를 분간해 낼 수 있는 능력을 가지고 있다. 이러한 점이 사람의 눈과 다른 망원경만의 특성이라고 볼 수 있다. 

전파망원경

 라디오와 비슷한 원리를 가진 전파망원경은 라디오 전파에 비해서 우주 전파는 약하기 때문에 라디오보다는 더 높은 수신장치가 필요하다. 전파망원경은 4개 부분으로 구성된다. 접시형 안테나, 수신기, 증폭기 및 기록계이다. 접시형 안테나는 우주에서 들어오는 전파를 방출하여 초점에 모이게 하며 이 전파를 수신기로 보내낸 후 증폭기를 통해 증폭시켜 기록계에서 기록시킨다.
 전파망원경의 분해능은 광학망원경에 비해 떨어진다. 그래서 달보다 작은 것은 분해할 수 없다. 그래서 전파천문학자들은 분해능을 높이기 위해 전파간섭계를 이용한다. 전파간섭계를 전파 망원경을 2개 이상 연결하여 하나의 큰 전파망원경의 역할을 할 수 있도록 하는 것이다. 이렇게 연결시켜 훨씬 좋은 분해능을 갖게 된다. 

허블 우주망원경

 허블이라는 천문학자는 우주의 팽창을 발견하였고, 1990년에 미국에서 허블의 이름을 붙여 허블 우주망원경을 만들었다. 이 망원경은 인간이 만든 우주망원경보다 더 크고 더 어두운 천체를 관측할 수 있다. 그리고 지구 대기권 밖에서 교란 없이 관측을 할 수 있으며 분해능이 높아서 작은 물체들을 세심하게 관측할 수 있다. 
 이 망원경을 통해서 태양 가까이에 있는 별들부터 가장 먼 곳까지의 거리를 측정할 것이다. 이 거리를 통해 우주의 나이와 크기를 정확하게 알 수 있으며, 이를 토해 별의 생명과 죽음을 보다 자세히 알 수 있다. 그리고 태양 근처 별들의 행성들을 수월하게 찾아내어, 이 행성들의 기후와 같은 특성들을 자세히 연구될 수 있을 것이다.