천문학 망원경을 만나면서 빛을 발하다
영국의 산업혁명은 1760년에서 1820년이라는 짧은 기간 동안 제조공정의 혁신화를 통해 주먹구구식의 가내 수공업
형태를 벗어나 대량 생산의 발판을 만든 혁신적인 사건으로 이때를 계기로 사회 전반에 커다란 변화가 일어났으며
천문학에도 이러한 산업혁명의 발전이 같이 따라오게 된 계기는 대량 생산은 자본의 원활화와 더불어 기술의 발전으로
공장은 쉴 새 없이 돌아가기 시작하였으며, 그 덕분에 사람들은 먹고살만해지면서 조금씩 동경의 대상이었던 하늘의
별과 달 그리고 행성을 관찰하기 시작하는 천문학에 관심을 가지면서 나온 것이 망원경으로 이때를 계기로 과거의
점성술과 같이 미신에 의한 추론 위주가 아닌 객관적인 사실에 입각한 과학을 연구하기 시작하였습니다.
천문학과 망원경의 결합은 20세기 들어 역학 그리고 전자기학 아인슈타인의 상대성이론 등 다양한 물리학과 천문학에
새로운 꽃을 피운 획기적인 발명품으로 단순히 멀리 있는 사물을 가깝게 보려는 것을 넘어 우주의 다양한 현상을
마치 또렷하게 보이는 티브이의 한 장면처럼 실시간으로 연구를 할 수 있게 되었습니다.
1473년에서 1543년 니콜라우스 코페르니쿠스라는 인물은 기독교 중심으로 널리 전파되어 당연하다 여겨지던 당시의
지구중심설 혹은 천동설의 거짓과 오류를 지적하며 태양중심설 즉 지동설을 주장한 폴란드가 낳은 세계적인
천문학자로서 태양중심설은 용어에서 알 수 있듯이 기존과 달리 태양의 중심이 곧 우주의 중심으로 지구는 태양을 도는
수많은 행성 중에 하나라는 주장을 펼친 것으로 당시에는 커다란 이단아적인 주장으로 받아들여져 한때 코페르니쿠스의 주장은 터무니없는 것으로 여겨졌던 시절도 있었습니다.
하지만 그의 주장을 1564년~1642년의 이탈리아가 낳은 철학자이자 과학자이며 천문학자이며 물리학자인 만능 천재인
갈릴레오 갈릴레이에 의해 코페르니쿠스의 학문을 더 과학적으로 그리고 망원경을 개량하고 운동 법칙을 상세하게
정립하는 등 과학계에 커다란 업적을 남긴 분으로 근대 관측 천문학의 아버지로 불리는 인물이지만 그도 마찬가지로
당시 기독교와의 심한 마찰로 고초를 경험하기도 하였습니다.
그리고 요하네스 케플러도 갈릴레이처럼 수학자, 점성술사로 갈릴레이와 함께 태양중심설을 강력 주장한 천문학자로서
태양을 중심으로 타원궤도를 그리며 수많은 행성들이 공전하는 태양계 모형을 만들어 낸 인물이지만 안타깝게도
왜 타원궤도를 공전하는지는 이유를 밝혀 내지를 못했습니다.
이때 1643~1727년에 나온 아이작 뉴턴은 영국의 물리학자겸 수학자로 인류 역사에 끼친 영향력이 높은 천문학자 랭킹
베스트에 있는 인물로 수 많은 어린이들이 뉴턴의 만유인력 법칙은 들어 보았을 만큼 이 글을 쓰는 저도 반가울 따름인데
정확히 그 뜻을 모르는 분들이 많아 설명을 도와 드립니다.
만유인력의 법칙은 모든 점질량은 두 개의 점을 이어지는 다른 모든 것들의 점질량을 강한 힘으로 끌어당기며
이때 두 힘은 상호 작용하며 질량의 곱에 비례하며, 거리에는 제곱에 반비례한다는 공식을 만들어 내었는데 고등학교
수학과 과학 문제를 배운 학생들이라면 누구나 한 번쯤은 보았을 공식으로 이런 공식을 만들어 낸 덕분에 중력의 법칙의
설명과 기존의 케플러의 주장을 좀 더 확고히 하였으며 새로운 반사 망원경을 고안하기도 하였습니다.
앞서도 밝혔듯이 산업의 혁명은 곧 기술의 혁명으로 시간이 지날수록 망원경의 크기는 더 커지면서 성능은 월등히
높아져 천문학에 새로운 이정표를 그리며 수많은 발견을 이루어 내게 되는데, 그중에 프랑스의 라카유에 의해
이루 헤아릴 수 없는 다양한 별들의 목록이 만들어졌으며, 프레더릭 윌리엄 허셜은 성운과 성단의 수많은 목록을
만드는데 일생을 바쳤으며, 그 덕분에 1781년 최초의 행성인 천왕성을 발견하기도 합니다.
잠깐 설명을 드리면 천왕성은 태양에서 무려 일곱 번째로 멀리 떨어져 있는 행성으로 태양계의 행성 중 네 번째로
질량이 크며, 세 번째로 반지름이 클 정도로 천왕성은 맨눈으로 발견한 것이 아닌 기술적인 망원경을 통해
발견한 최초의 행성이라는 것에 의의를 둘 필요성이 있습니다.
1838년에는 독일의 천문학자였던 베셀이 천왕성 바깥쪽에도 행성이 존재함을 예언하였으며, 다양한 천체를 관찰할 때
지구의 공전에 따른 생기는 시차를 연주 시차라 부르는데 이때 별의 연주 시차를 측정하여 태양을 제외한 나머지 별들의
거리를 현재 과학 수준에 비춰 봐도 너무 정확하다 싶을 정도로 정확하게 측정하여 천문학계에 획을 그은 사건을 만든
인물이 바로 베셀입니다.
무명일 수 있으나 오일러와 클레로 달랑베르라는 분들이 다양한 천체 관측을 통해 태양과 달 그리고 지구에 이르는
위치를 정확히 예측, 그리고 빛과 물질 상호 간에 연구를 하는 학문이 바로 분광학이라 부르는데 이는 사진술과도
밀접한 관련성이 깊어 분광학이 곧 망원경의 발달에 많은 영향을 주게 됩니다.
독일의 물리학자로 프라운호퍼는 태양계의 스펙트럼 내에 존재를 하는 600여 개에 달하는 어두운 존재인 띠를
발견하는데 공헌을 하였으며, 프라운호퍼와 같이 천문학자나 과학자는 아니지만 키르히호프는 분광 학문을 새로운
별들에 적용하여 보았는데 별들이 기존의 태양과 같은 천체이지만 단, 온도와 질량 그리고 크기가 달라진다는
사실을 학문으로 정립하게 됩니다.
지구에 사는 사람들이 밤하늘에 떠 있는 별과 행성을 보면 전 우주의 모든 걸 보는 것처럼 착각이 들 수 있지만
20세기에 접어들어 밝혀낸 것이 바로 은하수 집단이 바로 우리가 속한 은하 집단이라 하여 우리 은하라는
사실이 확립되었으며, 우리 은하계를 벗어나게 되면 우주의 팽창과 다른 새로운 수많은 은하계가 존재함을
발견하게 됩니다.
은하, 행성, 혜성, 별의 의미는 정말 다양하고 비슷한 듯한데 다음의 시간에 이에 대한 상세한 설명을 도와 드릴 것이며,
은하는 영어로는 갤럭시로 불리는 것으로 항성과 밀집성 성간 그리고 암흑의 물질이 중력에 의해 똘똘 뭉친
말로 표현하기 힘든 거대한 천체 집단을 뜻하는 것을 은하라고 부릅니다.
20세 후반의 비교적 최근의 천문학은 고차원적인 자기화된 전자기파로 광선을 마구 뿜어내는 맥동 전파원으로
불리는 펄서와 우리가 흔히 한 번쯤은 들어 보았을 블랙홀이 주변의 물질을 수 없이 빨아먹는 마치 괴물처럼
집어삼키는 듯한 에너지의 발광체를 퀘이사라 부르고 있습니다.
앞서 설명한 퀘이사의 작은 블랙홀과 관련된 블레이져 그리고 10 MHZ~최소 100 MHZ 대역의 광도가 최대 10에 39승의
사람 눈으로 관측이 불가능한 전파 은하가 있는데 이를 발견하게 된 것이 최근의 천문학 업적이라 부를 수 있습니다.
신성보다 에너지가 엄청 큰 별의 폭발을 뜻하는 초신성의 폭발 직후에 곧바로 무거운 별이 다른 힘들이 중력과 균형을
이루려는 중력 붕괴하여 만들어진 밀집성의 일종으로 부르는 중성자별은 12~13킬로미터에 이르는 거대한 반지름으로
태양의 질량에 무려 2배에 달해 아주 돼지처럼 무거움을 가진 별을 의미하는 것으로 중성자별은 매우 빠르며 회전이
분당 4만 3천 번이나 할 정도로 강한 펄서를 방출함을 알 수 있습니다.
그리고 뉴스에서 한 번씩 들어 보고 영화에서도 우주 공상과학 영화인 인터스텔라에서도 이야기를 풀어내는 블랙홀은
밀도와 중력의 강력한 힘에 의한 전자기와 빛 복사 에너지를 마음껏 발산하여 그 누구도 빠져나올 수 없는 공간으로
규정을 짓는데 뉴턴의 상대성이론에서도 탈출이 불가능한 사건의 지평선으로 규정을 짓고 있습니다.
블랙홀은 빛을 반사하지 않으므로 보기에 마치 구리반지에 강한 어둠을 배경으로 빛을 발산하는 영화 반지의 제왕에서
나오는 절대반지의 형상과 같은 것으로 스티븐 호킹에 의해 수십억 분의 1 켈빈 수준임을 입증이 되었습니다.
오늘 간략하게 살펴본 다양한 천문학과 우주 망원경에 대한 이야기를 살펴보았는데 망원경의 발전으로 더 많은
우주의 탄생과 폭발 그리고 죽음을 연구하는데 도움이 앞으로도 될 것이며 인류가 생존하는 동안 영원히 탐구해야 하는
학문이라 볼 수 있습니다. 다음장에서 이 장에서 담지 못한 내용들을 더 살펴보도록 하겠습니다.
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