정호준의 별 이야기_ 44

별까지의 거리는 어떻게 알아낼까요? 제일 쉽고 정확한 방법은 삼각측량법입니다.

즉, 삼각형의 두 꼭지점에서 나머지 꼭지점을 바라보는 각도의 차이를 이용하는 방법입니다.

지구의 태양공전궤도를 이용해 삼각측량법으로 별까지의 거리를 알아내는 방법을 표시하면 아래 그림과 같습니다.


즉, 오늘밤 자정에 머리 위에 있는 별을 정확히 3개월 후 해가 서쪽으로 지는 순간에 그 별과 태양의 각도를 재면 그림으로부터 그 별까지의 거리를 알아낼 수 있습니다.

이렇게 알아내는 각도 θ를 시차라 합니다. 불과 1백년 전까지도 별들의 시차를 알아내려는 노력이 천문학의 주요 과제였습니다. 그러면 이 방법으로 얼마나 멀리까지 잴 수 있을까요? 각도 1도의 1/60을 1분이라하고, 1분의 1/60을 1초라 합니다.

즉, 1초는 1/3600도 입니다.

1초 각도를 이루는 별까지의 거리를 1파섹(PC)이라 하고 3X1016m이며, 빛의 속도로 3.26년 걸리는 거리입니다. 그림의 방법으로 잴 수 있는 각도 한계는 1/20초 정도라고 합니다. 즉, 20파섹 정도까지만 이 방법으로 잴 수 있습니다.

대부분의 별은 3파섹보다 먼거리에 있으므로 이 방법으로 잴수 있는 별은 그리 많지 않습니다. 우리은하의 크기가 10만광년(약 3만파섹) 정도이니 이 방법으론 우리은하의 극히 일부분 까지만 잴 수 있는 셈입니다.

우리은하 밖 다른 은하까지 거리를 재는 데는 어떤 방법을 이용할까요? 세페이드 변광성을 이용합니다. 밝기가 주기적으로 변하는 이 별들은 변광주기와 절대밝기가 일정한 관계를 갖고 있어서 주기를 알면 절대밝기를 알 수 있습니다. 절대 밝기란 별의 본래 밝기를 말합니다.

별까지 우리가 직접 가서 절대 밝기를 잴 수는 없지만 밝기변화 주기를 재면 절대밝기를 알아낼 수 있다니 정말 대단하지 않습니까? 이 방법을 알아낸 사람은 망원경으로 별을 한 번도 본 적이 없는 헨리에타 스완 리비트라는 여성 입니다. 그 분에게 감사해야 하겠습니다.

이 절대밝기와 지구에서 보이는 밝기를 비교하면 거리를 알수 있습니다. 별의 밝기는 거리의 제곱에 반비례합니다. 즉, 거리가 2배가 되면 1/4로 어둡게 보입니다. 따라서 절대밝기와 보이는 밝기를 비교하면 거리를 알 수 있는 것입니다. 그러나 은하 안에 숨어있는 변광성의 빛만 가려내 측정하는 일은 쉽지 않습니다. 이 방법으론 최고 10만파섹 정도까지 잴 수 있다고 합니다.

이보다 먼 거리의 은하를 측정하는 데는 허블상수(H)를 이용합니다. 허블상수는 은하가 멀어져 가는 속도와 거리의 비를 나타냅니다. 즉 거리=속도/H 입니다.

허블상수는 메가파섹당77km/s 정도랍니다. 은하가 멀어져가는 속도는 은하에서 오는 빛의 도플러효과(적색편이)를 이용해 알아냅니다. 은하의 속도가 v km/s이면, 거리는 v/77메가파섹, 즉 (v/77)x3.26x106 광년이 됩니다.

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