천문학의 종류와 은하이야기

1. 태양 천문학

태양 천문학이란 지구에서 빛의 속도로 8분 거리에 있는 태양은 지금까지 연구한 항성 중 가장 자세하게 연구된 46억 살의 주계열성 항성이고, 전형적인 G형 분광형의 항성이라고 한다. 태양은 변광성은 아니지만 흑점 주기로 알려진 주기적인 밝기의 변화를 보여준다. 이는 11년 주기에 걸쳐 흑점의 숫자가 변화하는 것과 관련되어 있다. 태양의 바깥 표면 중 직접 눈으로 볼 수 있는 부분을 광구라고 부르며, 광구 위에는 채층으로 불리는 얇은 지대가 존재하고, 채층 위에는 코로나가 형성되어 있고, 온도가 급격하게 올라간다. 흑점은 태양 표면의 다른 곳에 비해 온도가 낮은 지역이며, 강력한 자기장 활동과 관련되어 있다. 태양의 중심부에는 핵이 있고 핵융합 작용이 일어날 정도로 압력이 높고 뜨겁다. 중심핵 위에는 복사층이 있고, 많이 들어본 플라즈마라는 에너지 플럭스를 복사 형태로 전달한다. 복사층 위에는 대류층이 존재하며, 이곳에서는 에너지가 물리적인 가스 교환 형태로 전달된다. 이 때문에 대류층에서는 자기장을 발생시키며, 이 자기장 때문에 태양표면에 흑점이 생겨난다고 한다. 태양풍은 플라즈마 입자로 이루어져 있으며, 태양으로부터 꾸준히 우주 공간으로 흘러나오며 태양권계면까지 이어진다. 오로라는 태양풍이 지구의 자기권과 만나 반응하여 밴 앨런대를 형성하고, 지구의 자기력선이 대기와 만나는 지점에서 형성되는 것이다. 태양은 시간이 지날수록 밝기가 천천히 밝아지고 있으며, 처음으로 생애를 시작했을 때보다 지금 40퍼센트 정도 더 밝다고 한다. 태양은 탄생 이후 지구의 생태계에 영향을 줄 정도로 밝기가 변해 왔다. 예를 들자면 마운더 극소기로 인해 중세 시대에 작은 빙하 시대 현상이 발생했던 것 등이 있다.

 

2. 행성 천문학

행성 천문학 태양계는 국부 은하군 속 막대나선은하인 우리은하에 속해 있고, 이 우리은하의 중심을 공전하고 있다. 우리은하는 암흑물질, 가스, 별, 먼지 등이 서로의 중력을 통해 묶여 구성되어 있으며, 공통 질량중심을 축으로 둔 상태로 회전하고 있다. 태양계는 바깥쪽 나선팔에 자리 잡고 있기 때문에 먼지가 시야를 가리기 때문에 우리가 볼 수 있는 우리은하의 모습은 제한되어 있다. 우리은하 중심에는 팽대부가 있고 이의 생김새는 막대 모양을 띠고 있고, 중심에는 블랙홀이 있는 것으로 알려졌으며, 바깥쪽으로 소용돌이처럼 퍼져나가는 네 개의 나선팔로 둘려 있다. 나선팔의 경우 젊은 항성 종족 I 별들이 탄생하며, 금속 함량이 많은 곳이다. 은하의 원반은 동그라미 모양의 은하인 헤일로가 둘러싸고 있는데, 이곳은 별들이 뭉친 구상성단들이나 늙은 항성 종족 II 별들과 별들이 분포하고 있다. 우주에서 주변의 빛을 방출하는 가스와 플라스마로 이루어진 H II 영역에서는 질량이 큰 별들이 태어나는 곳으로 진화한다. 질량이 큰 별들은 강한 항성풍을 내뿜고 일생을 초신성 폭발로 마치게 되는데, 이때 주변의 성간물질이 흩어지게 된다. 또는 산개 성단이라고 불리는 여러 별로 이루어진 성단이 만들어지기도 하는데, 이 별들은 점점 흩어지면서 우리은하의 항성 종족에 편입되게 된다. 성간 물질이라고 불리는 가스와 먼지 등은 별들 사이에서 분포하고 있다. 해당 물질의 밀도가 높은 곳의 경우 다른 원소들과 수소 분자로 구성된 분자 구름이 만들어지고, 별들이 태어나는 곳이다. 별의 생성은 처음엔 암흑 성운의 형태로 시작되며, 압축되고 붕괴하며 원시별을 형성하게 되는 것이다. 우리는 운동학적 연구를 통해 우리은하와 외부 은하에는 보이는 물질보다 더 많은 질량이 존재한다는 사실을 알게 되었다. 빛을 내지는 않지만 질량은 가지는 암흑물질의 본질은 아직 확인되지 않았으나, 헤일로라는 암흑물질이 우주 물질의 대부분을 차지하는 것으로 보고 있다.

 

3. 외부은하 천문학

외부은하 천문학은 우리은하 밖의 천체와 현상을 연구하는 분야로서, 주로 은하의 형성과 진화, 외부은하의 형태와 분류, 활동성은하, 은하단과 은하군, 그리고 이들로 이루어지는 우주의 거대 구조를 연구한다. 은하들은 모양에 따라 구분되는데 타원은하, 나선은하, 불규칙 은하들이 있다. 타원은하의 경우 하늘에 투영된 모습이 타원을 띄는 은하이며, 속해있는 별들은 무작위적인 궤도를 가지고 움직이고 성간물질이 적기 때문에 생성된 지 오래된 별들이 주로 있고 새로 생성되는 별이 적은 편이다. 타원 은하는 대부분 은하단의 중심부에 위치하며, 여러 은하가 합쳐져서 만들어졌다고 한다. 나선은하의 경우 원반 모양의 납작한 회전하는 모습이며, 나선 모양의 팔들과 중심부의 막대인 팽대부로 이루어져 있다. 나선팔들은 성간먼지를 많이 포함하고 있으며, 푸른 빛을 띠고 주로 별들이 형성된다. 타원은하와 다르게 나선은하들은 주로 헤일로에 둘러싸여 있다. 우리은하와 안드로메다은하 등이 우리가 알고 있는 대표적인 나선은하 종류이다. 불규칙은하의 경우 나선은하와 타원은하로 속하지 못하고 일정한 모양을 갖추지 않는 은하를 일컫는 말이다. 이런 모양을 띠는 이유는 다른 은하와의 상호작용으로 만들어진 것으로 알려져 있다. 또 다른 종류인 활동성 은하의 경우 방출하는 에너지의 상당 부분이 성간물질, 별, 먼지 등이 아닌 블랙홀이라고 불리는 은하 중심의 다른 에너지원에서부터 나오는 은하이다. 활동은하의 종류에는 퀘이사, 전파은하, 시퍼트은하, 블레이저 등이 있다. 일반적인 은하와 달리 전파은하의 경우 매우 강한 빛을 내며, 퀘이사는 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나로 알려졌다. 이러한 우주의 거대구조는 개별의 은하들이 모여서 이루어져 있는 모습을 의미한다. 우주의 거대 구조는 계층적으로 만들 수도 있는데, 은하들이 모여 은하군, 은하 군들이 모여 은하단, 은하단이 모여 초은하단을 만드는 식이다.

 

천문학에 대해 더 알고싶으시다면 해당 글을 참고하시기 바랍니다.

2023.02.03 - [우주] - 천문학의 의미와 기원 및 역사