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2013-07-19 02:20:02[물리저장소] 우주 천체까지의 거리를 구하는 법을 알아보자.araboza part1
http://www.ilbe.com/index.php?mid=ilbe&search_target=nick_name&search_keyword=%EB%8C%80%EC%A4%91%EA%B8%B0%EA%B3%84&document_srl=1591853597
[물리저장소] 생활 속에서 쓰는 SI단위에 대해 알아보자.araboza
http://www.ilbe.com/index.php?mid=jjal&search_target=nick_name&search_keyword=%EB%8C%80%EC%A4%91%EA%B8%B0%EA%B3%84&document_srl=1602715474
안녕 일게이들아!
저번 글에서 태양의 거리를 구하다가 망했었지?
다시 알아왔어. 그러므로 시작해보자
태양까지의 거리는 연주시차와 비슷한 방법으로 재는데, 필요한 것은 지구의 반지름이야.
태양이 남중했을 때(고도가 가장 높을 때)와, 일출시 태양의 각도를 계산하면 되는데, 아래의 그림을 보면 알기 쉬울꺼야.
A는 지구의 반지름, M은 태양까지의 거리, 세타는 측정한 태양의 위치야.
태양의 위치를 재는 법은 천문학적으로, 움직이지 않는 별의 위치와 태양의 위치를 비교해서 재면 되.
그럼, 위의 그림에서 Mtan(세타)=A이므로,
M=A/tan(세타)가 되겠지?
지구 반지름은 보통 6400km이고, 세타는 측정하면 0.1447도 정도라고 해.
이를 바탕으로 M을 구하면? 약 1억 4500만 km가 나오게 되네
정밀도 나름 ㅍㅌㅊ지?
이제 다음으로 넘어가보자.
자, 우리는 태양의 위치를 지구의 자전에 따른 각도 변화로 구했지?
그렇다면, 좀 더 큰 규모로 생각하면, 지구의 공전을 이용할 수도 있지 않을까 하는 생각에서 출발한게 바로 이 방법이야.
1. 연주시차
내가 저번글 썼다가 연주시차 없어서 ㅁㅈㅎ라는 댓글을 몇개나 받았는지 몰라
달부터 태양을 거처 점점 멀리 있는 천체로 갈라고했는데 역시 일게이들 급하노ㅠㅠ
연주 시차란, 지구의 공전으로 인해 멀리 있는 별의 위치가 달라져 보이는 현상이야.
무한히 멀리 있는 천체와 비교하여 각도 p를 구하면, 위에서 사용한 것과 같은 식을 이용해 거리를 구할 수 있지.
보통 연주시차는 매우 작아서 각도의 단위인 도 분 초 중에, 초(")를 사용해
연주시차로 구하기 힘든 경우는 두 가지가 있어.
1. 행성과 같이 지멋대로 운동하는 천체-연주시차는 6개월동안 관측하고자 하는 대상이 움직이지 않아야 해
2. 노무노무 멀리 있어서 연주시차가 너무 작아 측정이 되지 않는 천체-이런 별들을 기준으로 다른 별의 연주시차를 계산해.
2번 같은 경우, 일반적으로 연주시차 각도가 0.01" (3600분의 1도)보다 작아지면 부정확하다고 간주해.
그리고, 연주시차가 1", 1초일 떄의 거리를 1 pc (파섹, parsec)이라고 해. 섹파 ㅍㅌㅊ?
1파섹은 3.26광년과 같아.
그러므로 100파섹 이상인 천체는 정확히 측정되지 않는다는 말이지.
자 그럼, 노무노무 멀어서 연주시차가 측정되지 않는 천체는 어떻게 측정할까?
2. 셰페이드 변광성을 이용
옛날에 인간들은 우리 은하가 우주의 전부라고 생각했어. 그런데 허블이라는 사람이 이 방법을 이용하여,
안드로메다 은하가 우리 은하 밖에 있는 천체라는 것을 증명한 방법이야.
셰페이드 변광성이란, 변광성 중 대부분인 것으로, 그 별의 크기가 일게이들 꼬추마냥 커졌다 작아졌다 하면서 밝기가 변하는 변광성이야.
핵융합에 의한 반발력과 중력에 의한 응집력이 진동하면서 일정한 주기를 이루는 것이지.
우리 은하에도 셰페이드 변광성이 아주 많은데, 이들을 연구하면 다음과 같은 특징을 알 수 있어
바로 주기-광도 사이에 일정한 관계가 있다는 것인데, 아래 식이 그 관계야
Mv는 절대 등급(절대등급은 별이 10pc에 있다고 가정할 때의 밝기)
P는 주기(일)야.
주기가 7일이라고 하면, 절대등급 Mv는 -2.8log(7)-1.43=-3.8등성이라는 얘기지.
자. 절대 등급은 이제 알아냈고,
실시 등급은 우리가 보면서 측정하면 되지
그럼, 10pc보다 멀리있으면 실시등급이 절대등급보다 어두울거고
10pc보다 가까우면 실시등급이 절대등급보다 밝겠지?
이를 비교하여 계산하면 거리를 구할 수 있어.
그런데, 허블이 안드로메다에 있는 셰페이드 변광성까지의 거리를 재니 우리 은하의 크기보다 더 멀리 있는게 아니겠어?
(여기 보이는 저 별이 허블이 이용했던 변광성이야)
따라서 허블은 안드로메다 은하는 우리 은하 밖의 천체다. 라고 결론지었지
인간의 우주관 발전에 한 획을 그은 이 공적을 기리기 위해 최초의 우주망원경 이름이 '허블'로 지어졌지.
3. 주계열성의 특징 이용
태양과 같은 주계열성은 독특한 특징이 있어
바로 그 밝기와 색깔이 관계가 있다는 점이야.
다음 표가 항성의 색깔(색지수)와 밝기(절대 등급) 사이 관계를 나타낸 H-R diagram이야.
태양과 같이 핵융합을 하는 별을 주계열성이라고 하는데, 일반적으로 별은 대부분의 일생을 주계열성으로 보내.
그럼 이제 생각해보자, 참고로 색지수가 크면 빨간별, 색지수가 작으면 파란별이라고 생각하면 되, 자세히 들어가면 복잡하니 생략할께
어떤 주계열성을 보며 색깔을 이용해 색지수를 구할 수 있어.
이 색지수와 H-R도를 이용해 절대 등급을 구할 수 있지.
근데 만약 그 별의 실시 등급이 절대 등급보다 어두우면, 그 별은 더 멀리 있는 거겠지?
만약 실시 등급이 절대 등급보다 밝으면, 그 별은 가까이 있는 거야.
지금은 단순히 가까이있다 멀리있다 정도로 말하지만, 광도를 측정하면 그 거리를 10pc과 비교하여 정확히 알 수 있어.
4. 우주 팽창 이론 이용
허블의 법칙이라고도 해. 우주 팽창은 단순한 팽창이 아니라 공간 자체의 팽창이야.
풍선에 비유하면 쉬운데, 이러한 팽창의 특징은 거리가 멀수록 멀어지는 속도가 이에 비례하여 빨라진다는 거였어
따라서 다음 식이 성립하지
V=HR (V는 멀어지는 속도, H는 허블상수, R은 거리)
허블 상수는 가까운 항성 표본들로부터 측정하면 되고,
V는 빛의 도플러 효과를 이용하여 측정할 수 있어.
스펙트럼을 헬륨이나 수소의 스펙트럼과 비교하면, 얼마나 shift 됬는지 알 수 있는데, 그것이 바로 적색 편이야.
이를 이용해서 확보한 V와 H를 대입하면, R이 튀어나와
사실 공간의 팽창은 가까운 별들에서는 상대속도에 영향을 주지 않기 떄문에, 주로 멀리 있는 별까지의 거리를 잴 떄 이 방법을 써.
이 정도면 실제로 천문학자들이 천체까지의 거리를 측정하는 데에 쓴 방법들을 모두 알아본 것 같아.
인터넷에 떠돌아다니는 얘기들 중 천문학자의 평균 수명이 짧다는 말이 있어.
우주를 바라보면 자신이 얼마나 하찮은 미물인지 깨달아서 자살한대나 뭐래나
뭐, 평균 수명이 짧은 건 맞지만 내가 생각하는 이유는 좀 달라
별이 존나게 씨발많아서 과로로 일찍 죽는거지 뭐
여튼 일게이들도 천문학과 물리를 공부해서 실생활에 적용해보길 바래!
좋은꿈꿔!
마지막은 고화질 우주사진으로 마칠께
