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- 작성일2010-02-23
콘드라이트 (chondrite)는 주로 암석으로 이루어진 석질 운석으로, 기원을 알 수 없는 둥근 모양의 알갱이, 콘드룰 (chondrule)로 구성되어 있는 원시암석이라 할 수 있습니다. 보통 콘드라이트는 밝은 회색을 띠는 규소 질에 철질이 섞여 있는 상태로 나타납니다. 그런데 이 원시암석인 탄소 질 콘드라이트 (carbonaceous chondrites)는 이름에서 알 수 있듯이 탄소를 포함하고 있으며, 특히 여러 종류의 유기질 화합물과 화학적으로 다른 것과 결합된 물이 나타난다는 사실입니다. 이러한 것들은 철질운석에서는 찾아 볼 수 없답니다. 이 운석은 지상에 진입할 때 높은 열에 의하여 변성작용을 받은 것이 많습니다.
그래서 많은 학자들은 이 탄소질 콘트라이트가 다른 밝은 색의 콘드라이트보다 태양에서 멀리 떨어진 곳에서 왔을 거라고 생각하고 있습니다. 그리고 태양계 형성 초기의 역사를 간직하고 있을 수 있는 것이 아닌가 생각하고 있고, 이 운석이 형성되었던 모행성 혹은 원시 행성에 액체상태의 물이 존재할 수 있지 않았을까 하는 의문을 갖고 있답니다.
재미있는 것은 지구상에서 발견되는 과거에 떨어졌던 운석은 철질운석 (42%)과 콘드라이트 (51%)인 반면 현재 떨어지는 것이나 남극에서 발견된 것은 대부분 콘드라이트 (85%이상)이고, 철질 운석은 3%이하입니다.
다시 두 운석으로 돌아가서, 이 두 운석이 떨어지는 것이 발견되고, 곧이어 실험실에서 실험할 당시가 마침 아폴로 우주선이 달에서 월석을 가져와 태양계 탄생의 비밀을 풀려고 할 때 였습니다. 머치슨 운석은 유기화합물과 탄소화합물이 발견된 운석으로 유명합니다. 일반적으로 탄소질 콘드라이트의 대부분에 탄소가 복잡한 화합물을 이루어 진 타르 형태의 물질로 나타난답니다. 그런데 이 운석에서는 16종의 아미노산이 발견되었는데 그 중 11종은 지구상에서 매우 드문 종류였답니다. 지구상에 있는 생명체를 이루고 있는 아미노산과는 달리 이 운석에서 발견된 아미노산은 우시성 분자와 좌시성 분자가 반씩 포함되어 있었답니다. 이러한 분자들의 발견은 태양계를 형성한 원시 태양 성운에서 이러한 화합물들이 생겼다는 것을 의미하기 때문에 태양계 형성과 기원에 상당히 중요한 의미를 갖습니다. 즉 지구상의 생명체를 만든 초기의 유기물은 이러한 원시 운석이나 혜성으로부터 왔을 지도 모릅니다.
이에 비하여 알렌드 운석은 태양계 형성 정보를 제공하는 운석입니다. 이 운석에는 태양계의 화학적 역사를 간직한 알갱이들이 포함되어 있습니다. 그리고 아마도 이 운석의 10%이상의 물질은 태양계 형성 이전에 우주공간에 있었던 성간 먼지입자들이 태양계 형성 과정에 파괴되지 않고 남아 이 운석에 포함되어 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이 운석은 태양계에서 발견된 가장 오래된 암석으로 방사선 동위원소를 이용한 연령 측정이 약 45억 6천만년으로 나타나고 있습니다.
- 작성일2010-02-23
칼륨 40 ---> 칼슘 40 + 아르곤 40, 반감기 13억년,
루비튬 87 ---> 스트론듐 87, 반감기 470억 년,
따위입니다.
이와 같은 방법으로 지금까지 알려진 지구에서 가장 오래된 암석의 나이는 39억 년이랍니다. 즉 지구의 나이는 "적어도" 39억 년은 되었다는 사실입니다. 한편 아폴로 우주선이 지구로 가져온 월석을 연구한 결과 이 월석의 나이는 44억 8천만년으로 나타났습니다. 지구와 달, 그리고 행성이 동시에 형성되었다는 동시형성설에 의하면 이와 같은 결과는 적어도 태양계의 나이가 44.8억 년은 되었다는 것이 됩니다.
월석이 지구의 암석보다 오래된 것으로 나타난 이유는 지구의 경우 지구표면에서 끊임없이 물과 바람에 의하여 암석이 변화하고 있는데 반하여 달은 이러한 변화를 겪지 않았기 때문입니다. 그런데 지구로 떨어진 운석 중에서 가장 오래된 것은 46억 년으로 나타났습니다. 태양계의 나이는 적어도 46억 년을 되었다는 이야기지요. 태양의 경우에는 나이를 측정할 수 없기 때문에 천문학적인 계산에 의지해야 합니다. 천체물리학적인 태양의 진화 모델 계산에 의하면 태양은 대략 50억 년은 되었을 것으로 추정되고 있습니다.
따라서 이 모든 결과가 "오차" 범위에서 일치하는 것으로 보아 태양계의 형성, 즉 지구의 형성은 대략 46억 년 전에 이루어졌다는 것으로 결론 내릴 수 있습니다.
- 작성일2010-02-23
한국천문연구원의 역서 편찬실에서는 미국 해군 천문대(U.S. Naval Observatory)에서 편찬한 천체력(The Astronomical Almanac)을 사용하여 입기 시각을 추산하는 것으로 알고 있습니다. 그러나 만세력 제작자들은 이 방법을 쓸 수 없습니다. 먼 과거나 미래의 태양 황경이 수록된 천체력 자체가 없기 때문입니다. 설사 그런 천체력이 있다 하더라도 일일이 보간법으로 입기 시각을 구하는 데에는 한계가 있습니다. 이 경우 한국천문연구원에서 미리 계산해 놓은 입기 시각을 활용하거나(물론 자료에 대한 사용권을 정식으로 얻어야 하겠지요) 태양 황경을 계산하는 프로그램을 별도로 만들어야 하는데, 이 또한 쉽지 않은 일입니다. 천문 계산 관련 서적에 수록된 계산식은 한두 개가 아니고 너무 복잡하기 때문에 (아울러 저작권 침해 소지도 있으므로) 입기 시각을 계산하는 방법(제가 고안한 방법)만 개략적으로 설명하겠습니다.
다음의 방법을 따른다면 24기의 입기(절입) 시각을 비교적 정확하게 계산할 수 있습니다. 이 글에서 사용된 황경은 모두 "지구 중심 겉보기 황경"입니다.
1. 한국천문연구원이 펴낸 역서(2000년)에 수록된 입기일을 1차 근사치로 놓고 태양의 황경을 구합니다. 예를 들어, 1500년의 경우, 춘분은 1500년 3월 20일, 추분은 1500년 9월 23일.
2. 24기 입기 순간의 태양의 황경(285도, 300도, 315도, 330도, ...)과 첫 번째 단계에서 구한 황경의 차를 계산합니다.
3. 매 초당 태양의 황경 변화량을 이용하여 1차 근사치(2000년 역서의 입기일)를 보정하여 좀더 정확한 입기 시각(2차 근사치)을 구합니다.
4. 2차 근사치를 초기치로 놓고 태양의 황경을 다시 계산합니다.
5. 24기 입기 순간의 태양 황경(285도, 300도, 315도, 330도, ...)과 세 번째 단계에서 계산된 황경을 비교하여 원하는 정밀도를 얻을 때까지 2번, 3번, 4번 과정을 반복합니다.
입기 시각의 정확성은 태양의 황경을 얼마나 정확하게 계산하는가에 달려 있습니다. 그런데 만세력을 만들고자 한다면 상당히 긴 기간의 합삭 시각과 24기의 입기 시각을 정확하게 계산하지 않으면 안되는데, 천문 계산의 원리에 익숙하지 않는 사람에게는 결코 쉽지 않은 일입니다. 이 부분은 길게 설명해도 이해하기 어렵기 때문에 참고할 만한 책만 소개하고 넘어가겠습니다.
Planetary Programs and Tables from -4000 to +2800 (Willmann-Bell Inc.)
Astronomical Algorithms (Willmann-Bell Inc.)
천문 계산에 관하여 진지하게 공부하고자 한다면 위의 두 번째 책을 꼭 읽어 볼 것을 권합니다. 이 책은 http://www.willbell.com 에서 쉽게 구입할 수 있습니다. 쓸 만한 음양력 프로그램을 만들고자 한다면 이 책에서 설명하는 태양과 달의 위치 계산법 정도는 훤히 꿰뚫고 있어야 합니다. 이 분야의 국내 서적은 거의 없는 것으로 알고 있습니다. 국내의 책으로는 유일하게 "역법의 원리 분석"(이은성 저, 정음사)에 근래의 24기 입기 시각을 추산하는 방법이 설명되어 있습니다.
- 작성일2010-02-23
대기의 굴절 효과는 천정 거리 90도일 때 약 35분이나 됩니다. 그러므로 태양의 중심이 지평선 아래 15분 + 35분 = 50분 아래 있으면 태양의 위 부분이 지평선 아래 부분과 만나게 됩니다. 50분은 시간으로 약 3.3분 정도 됩니다. 대기 굴절 효과는 대기의 온도와 밀도, 압력에 따라 변화합니다. 이 값은 고도 0도일 때의 값이므로 고도가 높아지면 달라집니다.
역서에서 발표되는 전국 각지의 시각은 국립지리원에서 제공하는 지역의 위치 자료를 이용하여 계산된 것입니다. 국립지리원에서 서울과 각 도시의 위치를 어느 곳으로 택하여 좌표를 산정 하였는지는 잘 모르겠지만, 제 생각으로는 도로의 기준점이 되는 곳, 이를테면 기차역, 시청 따위의 지방 자치단체 중요 관공서가 아닐까 생각합니다. 서울의 경우 정부종합청사 앞이 아닐까 생각이 되는데, 만약 강남과 강북을 생각할 때 "계산상으로" 이 두 지역의 일월출몰 시각이 다르게 계산되겠지만, 과연 그것이 주변환경의 변화에 의한 영향에 따른 오차 범위를 벗어나겠느냐는 것입니다.
즉, 위에서 고려하는 지구대기의 굴절효과는 아주 이상적인 경우, 이를테면 아주 맑고 안정된 대기를 가정하여 계산된 것인데 대기의 일일변화에 의한 굴절의 변화로 유발되는 실제 일 출몰 시각의 변화는 위에서 고려한 서울 지역 내에서의 변화 보다 상당히 큰 수십 초의 오차를 주게 됩니다. 또 주위에 있는 산에 의한 영향 등은 이보다 더 많은 변화를 보일 겁니다.
또 현재 역서에는 해발고도 0을 기준으로 계산된 자료가 제공되고 있습니다. 물론 해발고도가 높아지면 일월출몰 시각이 변합니다. 그러나 해발 1 ~ 200m 정도는 해발고도 0도의 값과 계산상으로 불과 수초 이하의 차이를 보입니다. 이러한 차이는 위와 같은 굴절 효과 등에 비할 때 무시할 수 있을 정도라 보면 됩니다.
따라서 이러한 오차 때문에 일 출몰 시각을 초 단위 이내로 표현하는 것은 과학적인 오차 범위 내에 들뿐만 아니라, 현실 생활에도 무의미한 값이 됩니다. 그래서 현재 한국천문연구원에서 발행하는 역서에는 일 출몰 시각이 분단위로 나와 있습니다.
- 작성일2010-02-23
역서에 수록되어 있지 않은 지역의 일 출몰 시각도 구할 수 있습니다. 물론 그 지역의 위도와 경도를 알고 있어야 합니다. 이 방법은 "역법의 원리 분석(정음사)"라는 책에 자세히 소개되어 있습니다.
- 작성일2010-02-23
행성들의 회전축이 황도 면에 수직, 즉 공전궤도면에 수직으로 있지 않은 이유는 여러 가지로 설명할 수 있습니다. 예를 들면 다른 행성들의 섭동에 의하여 기울어 졌을 수 있고, 위성의 영향을 받을 수도 있습니다. 재미있는 건 목성과 수성은 거의 수직으로 서 있고 나머지 행성은 지구보다 더 많이 기울어져 있습니다. 역학적으로 행성의 자전을 팽이에 비유할 수 있는데 팽이를 자주 쳐주면 더 빨리 돌면서 똑바로 서게 됩니다. 그러나 그냥 놓아두면 회전이 점차 느려지며 옆으로 쓰러지게 됩니다. 재미있는 것은 목성의 경우 행성 중에서 자전주기가 가장 짧습니다. 쓰러질듯 돌아가는 팽이의 머리의 운동을 살펴보면 머리를 끄덕이면서 회전축 주위를 돌게됩니다. 이때 회전축 주위를 머리가 도는 것을 지구에서는 세차운동이라고 하고 머리를 끄덕이는 것을 장동이라고 합니다. 태양계 형성과정에서 어쨌든 목성을 제외하고 행성들의 자전 각 운동량이 그렇게 크지 않았기 때문에 다른 행성의 섭동을 받아 (팽이의 경우에는 중력) 기울어진 것이 아닌가 생각됩니다.
자전축이 기울어 미치는 영향은 한 마디로 계절의 변화입니다. 즉 기울어진 채 공전하게 되면 북반구의 여름철에는 태양이 북반구를 수직으로 비추고, 겨울철에는 남반구를 수직으로 비추게 됩니다. 그리고 다른 영향은 세차운동, 장동운동 (이것은 지구의 모양과 달의 영향 때문에 생김)이 나타나게 됩니다.
- 작성일2010-02-23
이것은 바로 달과 지구가 공간상에 정지해 있는 것이 아니라는 것을 생각하면 의문이 풀립니다. 달과 지구는 이 두 천체의 질량 중심을 중심으로 공전하고 있습니다. 이 질량 중심은 지구-달 계의 경우 지구 반경의 0.7배되는 지구 내부에 있습니다. 이 지구-달 계의 운동에서 지구를 생각해 보면 달은 지구에서 보아 항상 질량 중심의 반대편에 오게 됩니다. 어쨌든 지구가 어떤 점에 대하여 회전하는 것으로 볼 수 있는데 그 회전하는 속도의 방향은 지구-질량중심-달 선에 수직입니다.
지구 자체를 생각해보면 지구 중심이 지구-달 계의 질량 중심을 회전하는 속도와 달 쪽의 지구표면이 회전하는 속도, 그 반대쪽이 회전하는 속도가 달라져야 합니다. 이러한 이유는 회전속도 = 각 속도 x 거리이기 때문입니다. 지구-달 계가 마치 하나의 막대로 연결된 것처럼 하나의 각 속도로 질량 중심을 회전하기 때문에 각 속도는 일정한 상수가 되겠지요. 그런데 달 쪽과 달 반대쪽은 질량 중심으로부터 거리가 각각 0.3x지구반경, 1.7x지구반경이 됩니다. 반면에 그 수직방향인 지구가 진행하는 방향은 거리가 지구반경과 같게 됩니다.
원심력은 "원심력 = 물체의 질량 x 각 속도^2 x 거리"가 되어 세 점의 원심력을 비교하면 다음과 같습니다. 지구 중심의 원심력은 + {질량 x 각 속도^2 x (0.7 x 지구반경)}이 되고, 달 쪽과 그 반대쪽은 각각 " - {질량 x 각 속도^2 x (0.3 x 지구반경)}", "+{질량 x 각 속도^2 x (1.7 x 지구반경)}이 되므로, 지구 중심에서 보면 달 쪽과 그 반대쪽은 원심력이 각각, - (질량 x 각 속도^2 x 지구반경), + (질량 x 각 속도^2 x 지구반경)이 되어 달 쪽은 지구 중심에 대하여 달 쪽으로 힘 (원심력)이 작용하고, 그 반대편은 달 반대편으로 같은 힘 (원심력)이 작용하여 양쪽이 부풀게 됩니다. 한편 지구가 진행하는 방향과 그 반대방향은 지구 중심과 같은 원심력을 가지므로 지구중심에서 보아 원심력의 차가 0이 됩니다.
마찬가지로 태양에 의한 조석력도 비슷하게 설명할 수 있습니다. 즉 지구가 공전궤도를 운동할 때 지구 중심의 속도는 원심력과 중력이 맞서는 반면에 태양 반대편은 원심력이 지구 반경만큼 작아도 됨 (케플러 법칙에서 더 느린 속도로 공전해도 됨)에도 불구하고 지구 중심과 같으므로 남는 원심력이 밖으로 쏠리는 힘으로 작용하고, 태양 쪽은 지구 반경만큼 커야 함 (더 빠르게 공전해야함)에도 불구하고 작으므로 태양 쪽으로 끌려 가게됩니다.
- 작성일2010-02-23
과학은 "믿음"이 아닙니다. 과학은 논리죠.
너무 멀리 생각하지 말고 여러분과 같은 동일한 조건, 동일한 인생, 동일한 생각을 갖고 있는 사람이 지구상에 있을까요 ? 없지요. 마찬가지입니다.
과학에 있어서의 선험적인 가정, 즉 증명할 수 없지만 공리 같이 믿어져 왔던 것이 "보편성의 원리 (universality)"입니다. 이 원리는 지구에서 적용되는 물리법칙은 안드로메다은하에서도 적용되고, 우주 어디에서나 적용된다는 원리입니다.
이 원리는 증명한 적은 없습니다. 이 원리에는 역사적 배경과 신학적이 배경이 들어 있습니다. 1601년에 이탈리아의 "부르노"라는 신부가 화형 당해 죽습니다. 이 이유는 그때의 교회의 가르침에 배반하는 이론을 설파하고 다녔기 때문입니다. 이 부르노 신부는 신에 대하여 명상을 하게 되는데 자기가 생각하기에 자기의 신 (기독교의 신)은 평등하거든요. 이게 신학적으로 가장 중요한 개념인데 그렇게 평등한 신이 이곳 (지구)만 창조했을 리는 없다는 생각을 갖게 되었죠. 이곳에 지구를 포함하는 우주를 만들었으면 다른 곳에도 "평등하게" 우주를 만들었을 것이다. 따라서 우주는 무한하다, 뭐 이런 주장을 펼치다가 화형 당합니다. 어쨌든 이 "신학적 의미의 평등"이 자연과학에서는 보편성의 원리로 남게 됩니다.
이 보편성의 원리에 따라 우주에는 지구 말고 다른 곳에도 생명이 존재할거라는 과학적 추론이 가능합니다. 이유는 태양은 아주 평범한 별이거든요. 따라서 태양 같은 조건을 갖는 별이라면 지구와 같은 행성이 존재할 가능성이 높고, 지구와 같은 환경이면 "보편적으로" 생명체가 존재할 가능성이 높다는 것입니다.
이런 이유로 볼 때 개인적으로는 외계인은 인간과 그렇게 많이 다를 것이라고 생각하지는 않습니다.
- 작성일2010-02-23
우주에서 전파가 나온다는 사실은 1931년 미국의 벨연구소에 근무하던 무선공학자인 칼 잔스키란 사람이 처음 발견하였습니다. 이후 우주전파를 관측하기 위해 전파망원경을 제작하게 되었는데 전파망원경은 크게 3 부분으로 구성되어 있습니다. 전파를 모으는 안테나 시스템, 모아진 전파를 증폭, 검파하고 세기를 측정하는 수신기 시스템 그리고 이들을 제어하는 컴퓨터로 구성되어 있습니다.
우리 나라에는 우리 연구원의 지역천문대인 대덕전파천문대에 직경 14미터 전파망원경이 있습니다. 지난 1985년에 설치된 이 망원경을 통해 우주전파를 관측하고 있습니다. 참고로 세계에서 제일 큰 전파망원경은 푸에르토리코에 있는 아레시보 망원경으로 직경이 305미터이고, 독일 에펠스버그에 100미터 전파망원경이 있습니다.
우리 연구원 홈페이지 대덕전파천문대에 들어가시면 우리 연구원의 현황을 알 수 있습니다.
- 작성일2010-02-23
이외에 초장기선 간섭 계 (very-long-base-line Interferometer, VLBI)라 해서 기선이 1,000km이상 되는 간섭 계가 있습니다. 분해능은 0.001초 이하로 광학 망원경에서는 구현할 수 없는 분해능을 갖게 됩니다. 현재 VLBI를 운용하고 있는 나라는 미국과 호주 등이 있고, 우리 나라는 한국천문연구원이 중심이 되어 일본, 중국과 함께 동아시아의 VLBI를 추진 중에 있습니다. 한편 전파 우주망원경을 이용한 VLBI 계획을 갖고 있습니다.