일월오악도를 보면 달과 해의 크기가 똑같다. 옛날 사람들은 두개 천체의 크기가 거의 같다고 생각했다. 실제로는 해가 달보다 400배가 크다. 그런데, 크기가 같아 보이는 이유는, 해는 지구에서 1억 5천만km 떨어져 있고, 달은 38만km 떨어져있기 때문이다. 해가 달보다 400배나 더 먼곳에 있다.
결국 달과 해의 크기가 같다고 착각한 것은, 거리를 몰랐기 때문이다. 그러면 거리는 어떻게 측정할 수 있을까?
100파섹(32.6광년) 이내의 거리는 연주시차(p)를 이용해서 계산하면 된다.
* 별까지의 거리 s(파섹) = (1/p초)
* 100파섹까지의 거리를 연주시차를 이용해서 계산할수 있다. 하늘마루별sirius까지는 0.38초 = 2.64파섹 = 8.6광년
멀리 떨어진 별중에서 밝기가 똑같은 별이 있다는 것을 헨리에타 스완 레빛(1868~1921)이 발견했다.
1) 마젤란 운하의 별을 관측
2) 이 운하의 별들 중에서 밝기가 변하는 별이 있다.
3) 변광성이 밝기가 변하는 이유는, 별의 수축과 팽창 때문이다.
4) 모든 변광성들의 밝기를 조사했다. 그랬더니 밝기가 변하는 주기와 상관관계가 있다.
5) 밝은별들은 밝기의 주기가 크고, 어두운별들은 밝기의 주기가 작다.
6) 주기가 같은 변광성들 중에서, 같은 거리에 있으면 밝기가 같은 변광성이다.
7) 미리내에 있는 변광성들은, 주기가 같으면 같은 거리에 있다.
그 변광성들은 연주시차로 정확한 거리를 측정할수 있다.
8) 미리내 밖의 다른 다미galaxy계에 있다면, 어떻게 될까?
8-0) 미리내의 변광성들은 연주시차를 이용해서 변광성까지의 거리를 측정한다.
8-1) 다미계의 변광성을 찾는다.
8-2) 변광성의 주기를 측정한다.
8-3) 다미의 변광성의 주기와 미리내의 변광성 중에서 같은 주기를 가진 변광성을 찾아낸다. 두 변광성의 밝기는 같다.
8-4) 주기가 같은 두 변광성의 밝기를 비교하면, 은하까지의 거리를 알수 있다.
8-5) 다미의 밝기는, 다미까지의 거리의 제곱에 반비례한다.
* 다미 = galaxy = 銀河 ; 미리내가 아닌 다른 미리내 -> 다미
헨리에타 레빛 Henrietta Swan Leavitt (1868~1921)
1) 하버드대 천문대 출신의 컴퓨터 : 변광성 사진 판독
2) 마젤란 성운의 세페이드형 변광성 연구
3) 다미까지의 거리를 측정하는 변광성 연구
4) 허블의 우주팽창론의 근거 이론
5) 노벨물리학상 후보에 추천하려했지만 53세의 나이에 암으로 이미 사망하고 말았다.
레빛에게도 특별한 운이 따랐다.
하버드대 천문대장 피커링이, 변광성 사진의 밝기를 확인하고 분류하라는 임무를 computer인 그녀에게 주었고, 그녀는 8년동안 이를 분류하고 연구했다.
레빛의 시기에 사진으로 하늘을 찍는 일이 많아져서 엄청난 양의 천문사진이 생산되었고, 이를 분석하고 분류하는 작업이 필요했다.
하바드대는 1977년까지 여학생의 입학을 허가하지 않았다. 1893년 그녀는 레드클리프대학을 졸업하는데, 이 학교 4학년때 처음으로 천문학 강의를 들었다.
그래서 그녀의 한글 번역어를, 리비트도 레빗도 아니라 레빛이라 한다.
변광성은 미리내와 한울 곳곳에 있다. 별의 생애주기에서 일정시간이 지나 수명이 다 되어가면 수축과 팽창을 반복하는 변광성의 시기가 온다.
* 한울 = cosmos, universe = 宇宙 ; 커다란 울타리 -> 한울
이 부분을 이해하지 못하다가 우주신의 도움으로 아래와 같은 그림을 써서 이해했다.
* 지구에서 밝기가 1인 별을, 각각 S1과 S2의 거리로 이동시켜 놓았다고 생각한다.
1) 지구(E)에서 미리내에 있는 변광성(S1)까지의 거리 = a
2) 지구(E)에서 다른 은하에 있는 변광성(S2)까지의 거리 = b
3) 밝기는, 거리의 제곱에 반비례한다는 말은, 1/(거리)^2에 비례한다는 말이다.
① S1의 밝기 = 1 x 1/a^2
② S2의 밝기 = 1 x 1/b^2
4) S1이 S2에 비해 10배 밝게 보인다면, S2의 거리는 S1의 거리에 몇배일까?
① 1 x 1/a^2 = 10 x 1/b^2
② b = a √10 => S2는 S1거리의 √10 배다.
다미의 크기는 대략 10만광년이고,
다미와 다미사이의 거리는 백만~천만광년이다 => 다미 내부에 있는 별들사이의 거리는 무시해도 좋다.
시간이 없어서 일단 이름만 알아두고 넘어가는데, 레빛의 논문의 핵심인 위 2개의 표와 아래 블로그의 글도 읽고 이해해야 레빛의 연구를 제대로 이해한 것이다.
세페이드 변광성의 P-L관계(주기-광도관계)(유도와 함께 알아보기) (tistory.com)
세페이드 변광성의 P-L관계(주기-광도관계)(유도와 함께 알아보기)
세페이드 변광성은 지구과학II 에서 외부 은하의 거리를 측정하는 척도로 다루어지는 중요한 항성으로 배우고 있다. 또한 실제로 천문학자들이 중요한 거리측정의 척도로 활용하기도 한다. 그
kalchi09.tistory.com
레빛의 표준광원을 이용하여,
에드윈 허블은 한울이 팽창한다는 사실을 밝혔다.
다미는 거리에 비례하여 멀어지는 속도가 빨라진다.
이 부분도 잘 이해가 가지 않는데, 일단 이렇게 정리해둔다.
1) 멀어지는 별은 도플러효과에 의해서 적색편이가 이동한다.
정확하게 말하면, 적색편이의 흡수선이 파장이 긴 적색선방향으로 이동한다.
2) 적색편이가 크면 더 빨리 이동한다. (확인 필요 : 어떻게 이동속도를 구하는지)
3) 표준광원을 이용해서 은하들의 거리를 측정한다.
4) 멀리있는 은하의 적색편이가 더 크다. (확인 필요 : 어떻게 이동속도를 구하는지)
5) 멀리있는 은하가 더 빨리 멀어지므로 커미는 팽창한다.
위 그림에서 관측점들의 속도가 정확히 직선위에 있지 않은 것은, 관측도구의 한계 때문이다. 그 이후에 관측한 기록들은 정확하게 일직선 위에 올려져 있다.
전 한울의 팽창속도는 모두가 동일하다. 그러므로 한울은 완벽한 구의 형태라고 예측하고 있다. 이 부분이 좀 걸린다. 한울은 그렇게 완벽할수가 없지 않을까?
그러면, 한울은 영원히 팽창할 것인가?
1) 팽창하는 힘은 빅뱅에서 얻어졌다.
2) 한울내의 여러물질들이 가진 중력에 의해 그 힘은 점점 줄어들수밖에 없다.
3) 과거의 팽창속도와 현재의 팽창속도를 비교해서 미래를 예측해볼수 있다.
4) 한울이 138억년이므로, 100억년 전의 팽창속도와 현재의 팽창속도를 비교해보면 된다
5) 멀리있는 다미의 거리는 변광성을 가지고도 알수없다.
6) 새로운 변광성을 찾는다. 찾았다 : 1a형 초신성
7) 아래 사진에서 오른쪽 도넛 모양의 별이, 백색왜성이 인접한 별이 폭발하면서 보낸 물질들에 의해 질량이 커지면서 초신성 폭발을 하는 Ia형 초신성이다
8) Ia형 초신성은 은하 하나에서 백년에 1번 발생한다.
9) Ia형 초신성이 폭발할 때 내는 빛의 밝기는, 그가 속한 다미의 모든 별들의 밝기를 합쳐놓은만큼 밝아서 아무리 먼곳에 있어도 관측할수 있다.
10) 이제부터 거리사다리를 이용해서 더 멀리있는 다미들의 거리를 알수 있다.
10-1) 세페이드 변광성이 있는 다미에서 Ia형 초신성의 폭발이 있다. 이 다미까지의 거리는 변광성까지의 거리다
10-2) 더 멀리있는 다미에서 Ia형 초신성이 폭발하면, 10-1)의 초신성의 밝기와 비교해서 거리를 측정할수 있다
10-3) 더욱더 멀리있는 다미중에서 Ia형 초신성 폭발이 일어나면, 그 다미의 거리를 측정할수 있다.
이런 방법으로 더 멀리있는 오래된 다미의 팽창속도를 측정했는데, 아직까지 느려지지 않고 오히려 더 빨라졌다.
한울에 충분한 물질이 있고, 중력이 작용하고 있다면, 팽창속도가 느려져야 하는데, 느려지지 않고 오히려 빨라진다.
중력과 팽창속도 이외의 다른 힘이 작용하여 팽창속도가 빨라져 있다.
그 힘을 암흑에너지라고 한다. 이 이론은 1998년에 발표되었다.
빅뱅후 초기에는 속도가 느려지다가 어느 순간부터 팽창속도가 빨라진 것으로 관측된다.
그 원인은 밝혀지지 않아서, 세마학자들의 추정이 시작된다.
1) 빅뱅초기에는 암흑물질의 중력이 암흑에너지보다 강해서 팽창속도가 느려졌다.
2) 일정시간이 지나 공간이 확대되면, 암흑에너지가 암흑물질의 중력을 이기고 팽창속도에 가속을 붙인다.
현재까지 이 가속팽창이론이 설명할수 있는 영역이 매우 넓다. 한울배경복사와 둥근다미단을 이용한 거리측정을 가지고도 한울은 팽창하고 있다는 것을 알수있다. 이 이론은 2011년에 노벨상을 받았고, 허블텐션 등 몇가지 설명할수 없는 부분은 남아있다. 설명할수 없는 부분을 설명하면서, 가속팽창을 아울러 설명하게 된다면 새로운 이론이 탄생하는 것이다.
이 모든 천문학 이론이 레빛의 표준광원, 변광성의 주기가 같으며 별의 밝기가 같다는 이론에서 나왔다.
감탄할만한 아름다운 이론들이다.
2개월만인 240721에 듣기를 끝냈고, 몇가지 의문을 품게 되었다.
https://youtu.be/2n_VdzrOLUQ?feature=shared
