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자주하는 질문

Total 24   
  • 작성일2010-02-23
1광년이란 빛이 1년 동안 도달할 수 있는 거리입니다.

1Ly = 6.324*10^4 AU = 0.307 pc = 9.46*10^17 cm

AU(astronomical unit)천문단위로 태양과 지구사이의 거리를 1AU로 사용합니다.

즉1AU = 1.496*10^13cm입니다. 1pc = 206265 Au입니다
  • 작성일2010-02-23
지구를 중심으로 회전하고 있는 달은 타원궤도로 돌고 있습니다. 이 경우에는 케플러의 면적속도 일정의 법칙을 이용하여 달의 운동 속도를 구할 수 있습니다. 특히 궤도가 타원이기 때문에 근일점(지구와 달 사이가 가까운 곳), 원일점(먼 곳)에서의 운동속도가 다르게 되겠지요.



근일점에서는 v = 2π/P * a {A)^1/2 , A = 1+e/1-e 여기서 P=27.32일(공전주기), e=0.055(이심율), a=3.84*10^5Km (지구로부터 거리)이고, 원일점에서는 A= 1-e/1+e 입니다.
  • 작성일2010-02-23
달은 공전과 자전주기가 같아 늘 한쪽 면만을 볼 수 있으므로, 그 뒷면은 1959년 10월 7일 소련의 루나 3호가 처음 촬영하기 전까지 전혀 알려지지 않았습니다. 뒷면이라고는 하지만 실제로 우리는 칭동 현상으로 인하여 달의 전표면 중 59%까지를 볼 수가 있습니다. 칭동은 달의 궤도면이 적도에 대하여 기울어 있기 때문에 생기는 기하학적인 현상으로 경도 칭동과 위도 칭동, 일주 칭동이 있습니다.



경도 칭동은 달의 일정한 자전과 지구둘레를 도는 타원궤도 운동에 의해 6°17′을 보게 되는 것이고, 위도 칭동은 황도 면에 대한 달의 공전궤도면의 5°9′의 경사와 달 적도면의 공전궤도에 대한 경사에 의한 6°41′을 보게 되는 것입니다. 일주 칭동은 57′로서 지구에 있는 관측자가 지구 자전으로 생기는 시차 효과에 의해 생기는 것입니다. 끝으로 달의 비구형인 형태 때문에 자전속도에 약간의 불규칙성이 생겨서 작은 양의 물리적 칭동을 일으키고 있습니다.
  • 작성일2010-02-23
실에 추를 매달아 돌리면 추가 실을 잡은 손을 중심으로 회전하게 됩니다. 추의 속도가 어느 정도에 이르면 추는 실을 잡은 손을 중심을 원운동을 하게 됩니다. 이때 추는 원운동 궤도의 한 지점에서 보면 "뉴턴의 제2 법칙"인 관성의 법칙에 의하여 원에 접선 방향으로 달아나려고 합니다. 이를 원심력이라 하는데 이 달아나려고 하는 추를 실이 (실은 쥔 손의 힘이) 못 달아나게 잡아 두고 있습니다. 이 힘을 구심력이라고 합니다. 즉, 추가 원운동 할 때 나타나는 원심력 (관성의 법칙에 의한 힘)과 실의 장력인 구심력과 서로 맞서고 있기 때문에 원운동이 가능한 것입니다.



지구 주위를 도는 달의 운동을 보면 달의 공전에 따른 원심력은 역시 달의 원운동 (이 경우에는 궤도 운동)에 의한 원심력이고, 이와 맞서는 힘은 지구의 중력입니다. 지구의 중력이 달이 못 달아나게 잡고 있지요. 인공위성이 아닌 달의 경우에는, 지구의 위성이 되는 어떤 시점이 있어서 그 시점에 달의 초기속도는 얼마였기에 달이 지구주위를 궤도 운동하는가 하는 문제는 성립하지 않습니다. 만약 지구-달 계가 동시에 탄생하였다면 지구와 달을 만든 성운이 최초부터 회전하고 있었을 것이기 때문입니다. 현재의 이론은 지구-달이 동시에 생겨난 것으로 추측하고 있습니다.



엄밀히 말해 우리가 달과 같은 천체를 인공위성처럼 초기속도를 제어할 수 있는 것이 아니기 때문에 천체의 초기속도를 알 수 없습니다. 다만 이론적으로 천체의 운동을 계산할 때 편의상 초기속도 (엄밀히 말하면 기준 시각의 속도)를 정의하여 계산하기도 합니다.



우리 태양계를 만든 모 성운이 회전하고 있었는지, 혹은 이 모 성운에서 원시 태양계가 생성되는 과정을 잘 알 수는 없지만, 이 성운이 자체 중력에 의하여 수축하여 태양계가 만들어질 때 "회전"이 생기게 된 것이 아닌가 추측됩니다. 물리학적으로 운동은 병진 운동과 회전운동으로 구분되지만, 중력에 의하여 수축할 때에는 병진 운동은 성운의 질량중심에 대하여 회전운동으로 나타납니다. 이 회전운동은 성운이 수축되어 작아지더라도 "각 운동량 보존" 법칙에 의하여 보존되므로 원시 태양계가 진화하면서 더 빠른 회전 각 속도를 나타내게 됩니다.



즉 달의 초기속도는 정의할 수 없고, 태양계 형성 당시에 지구-달 계가 형성되면서 "자연스럽게" 회전이 생겨나게 된 것이지요.
  • 작성일2010-02-23

드레이크 방정식은 전파천문학자인 프랑크 드레이크 (Frank Drake)가 만든 방정식으로 우리 은하계에 고도의 기술을 갖고 있어 우리와 교신 가능한 외계 문명 수를 추정하는 식입니다. 그 방정식을 살펴보면,



(교신 가능한 문명 수, Nc) = (은하계 안에 있는 별의 개수, N*) x (행성 계를 갖는 별의 비율, f_p) x (고등생명체가 충분히 진화할, 나이가 40억년 정도로 적당한 별 하나 당 생명이 살아 남을 수 있는 정도의 거리에 있는 행성 숫자, n_LZ) x (생명체가 탄생하기 적당한 행성의 존재 확률, f_L) x (고등생명체로 진화한 생명체가 존재할 확률, f_I) x (문명사회가 살아있는 기간에 대한 별의 생존 기간의 비, F_s)





이 식에는 임의의 숫자를 대입하는 것이 아닙니다. 과학적 추정치를 넣는 것이죠. 예를 들면 비관적으로 전망하는 경우와 낙관적으로 전망하는 경우로 나눌 수 있는데, 먼저 은하 안의 별의 수는 비관적이든 낙관적이든 상관없이



N* = 2x10^11 개,



행성 계를 갖는 별의 비율 f_p = 0.01 (비관), 0.5 (낙관)

---> 아직 불확실하지만 천문학자들은 많은 수의 별이 행성 계를 갖고 있을 것으로 추정하고 있음. 모든 홀로 별이 행성을 갖고 있으면 0.5. 개인적으로 0.5보다는 작고 0.01보다는 훨씬 크지 않을까 생각함.



생물체가 있을 평균 행성의 수 n_LZ = 0.01 (비관), 1 (낙관)



생명체 탄생가능 행성 비 f_L = 0.01 (비관), 1 (낙관)



고등생명체 존재 비 f_I = 0.01 (비관), 1 (낙관)



별의 일생에 대한 문명사회 존속기간 비 F_s = 10^-8, (비관), 10^-4 (낙관)

---> 별의 나이를 100억 년으로 보고, 문명 사회의 지속기간을 100년으로 보면 (즉 100년 지구가 멸망하는 것으로 가정)

비관적인 추정으로 100/100억 = 10^-8,

그러나 문명이 적어도 100만년 간 지속될 것으로 생각하면 100만/100억 = 10^-4.



결과적으로 낙관적인 전망일 때 은하계에 있는 교신 가능한 문명 사회의 수는 10x^7(천만개), 비관적으로 생각하면 2x10^-5. 따라서 비관적인 관점에서 보면 지구는 우리 은하계에서 유일한 고등 생명체를 갖는 행성이 되는 것입니다.

  • 작성일2010-02-23
천체의 거리 측정방법에서 가장 기본이 되는 것이 직접적인 삼각측량법입니다. 즉 두 지점에서 어느 별까지의 각도를 측정하여 삼각함수를 이용하여 거리를 재는 것이죠.



또 하나의 직접적인 방법은 별의 고유 밝기 (절대등급)를 구하여 겉보기 밝기와 비교하는 방법입니다. 밝기는 거리의 제곱에 반비례한다는 물리학의 법칙을 이용한 것입니다.



변광성이나 초신성을 이용하는 방법은 기본적으로 이 별들의 고유 밝기를 안다는 것을 전제로 거리를 구할 수 있습니다. 변광성의 경우 식 쌍성을 이용하여 거리를 구할 수도 있지만 RR Lyrae 변광성이나 세페이드 변광성과 같은 맥동변광성을 이용하는 경우가 많습니다.



이들 맥동변광성의 고유 밝기가 변광 주기와 관계 있다는 것은 우리은하 주변에 있는 은하나 성단의 맥동변광성을 관측함으로써 알려졌습니다. 물론 이론적으로 계산이 되었고요. 세페이드 변광성의 경우에는 M31과 마젤란 은하에 있는 세페이드 변광성을 관측함으로써 주기-광도 관계가 알려지게 되었고, RR Lyrae 변광성은 구상성단의 RR Lyrae 변광성이 같은 밝기를 갖는 다는 사실로부터 고유 밝기를 알 수 있었습니다. 세페이드 변광성은 질량이 큰 별인 반면에 RR Lyrae변광성은 질량이 태양질량 정도로 작습니다. 세페이드 변광성은 종족에 따라 두 가지의 형태로 나누어지며 이에 따라 서로 다른 주기-광도 관계를 갖게됩니다. RR Lyrae 변광성은 주기 및 광도곡선의 모양에 따라 세 종류로 나누어집니다. 그러나 주기와 무관하게 그 밝기 (절대등급=5.5등급)는 거의 같습니다.



초신성의 경우에는 세페이드에 의하여 거리가 알려진 은하에서 초신성의 최대 밝기를 알 수 있으므로 경험적으로 절대등급을 구하는 방법이 있습니다. 그런데 초신성의 두 종류가 있고 이에 따른 절대등급이 다릅니다. 그리고 종류에 따라 광도의 변화가 다르게 나타납니다.
  • 작성일2010-02-23
에너지-질량 등가원리에 의하면 에너지는 곧 질량이므로 빛이 질량을 갖고 있다고 할 수 있겠지요. 질량이라는 것의 물리학적인 정의가 전통적으로는 "중력"을 만들 수 있는 물질이라면 빛이 질량을 갖고 있다고 말할 수 있습니다. 여기까지가 상대론입니다.



그런데 현대의 입자물리학에서는 빛 (광자)은 질량이 없는 입자로 알려지고 있습니다. 입자물리학 입장에서 아직 중력이나 중력을 유발하는 것에 대한 연구가 완성되지 않은 것으로 알고 있습니다. 다만 질량이라는 것에 대하여 히그스 입자를 가정하고 이 입자와의 상호작용 정도에 따라 질량 (관성질량)이 결정된다고 생각하고 있습니다.



아마도 네 가지 힘 중에서 중력 혹은 중력자에 대하여 가장 잘 모르고 있기 때문에 질량과 중력의 정체에 대하여 물리학적으로 일관된 설명이 이루어지지 못하고 있지 않은가 생각됩니다.



흔히 착각하기 쉬운 문제가 블랙홀이나 중력장에서 빛의 휨에 관한 것인데, 이것은 상대론적인 설명으로 빛의 질량 유무와는 관련이 없습니다. 즉 빛이 질량을 갖고 있기 때문에 경로가 휘는 것이 아니라 중력에 의한 공간의 휨으로 설명하기 때문입니다.



일반상대론과 입자물리학이 통일되는 (초)대통일론이 완성되면 질량과 중력에 대하여 좀더 자세히 알 수 있겠지요.
  • 작성일2010-02-23
시간여행이 시간을 거슬러 과거 혹은 미래로 간다는 것이라면 불가능합니다. 아인슈타인의 특수상대론은 등속도 운동하는 두 계간의 시간, 길이, 속도, 질량, 에너지 등의 물리량에 상대적 크기를 나타내는 이론으로 빛의 속도가 어느 계에서 보아도 일정한 속도를 갖는다는 사실에 근거한 이론입니다. 빛의 속도로 운동하는 두 계는 상대적으로 보아 시간이 정지하는 것으로 보인다는 것입니다. 빛의 속도로 움직인다고 해서 시간이 거꾸로 가는 것은 아닙니다. 이론적으로 빛의 속도로 운동하면 질량이 무한대가 되어 무한대의 에너지를 필요로 합니다.



블랙홀에서의 상대적 시간 경과를 나타내는 이론이 일반상대론 입니다. 일반상대론에 의하면 중력에 의하여 시간의 경과가 늦어지게 됩니다. 시간의 경과가 늦어지게 되는 정도는 중력의 세기에 비례하게 되는데, 블랙홀 내에서는 시간 축과 공간 축이 서로 바뀌게 됩니다. 즉 공간적으로 이동했다고 생각한 것이 시간적인 경과가 됩니다. 어쨌든 빛이 탈출할 수 없는 한계 안쪽에 들어 가게되면  블랙홀 밖의 관찰자가보면 시간이 정지 한 것처럼 보이게 됩니다.



여러 사람들이 이론적인 시간여행에 대하여 연구하고 있는 것으로 알고 있으나 아직 뚜렷한 방법이 있지는 않습니다.
  • 작성일2010-02-23
우선 타원은하와 나선은하로 나누어 생각해 봅시다. 타원은하의 경우 은하 자체가 회전(자전) 하지 않는 것으로 알려지고 있습니다. 이렇게 된 이유는 일단 간단하게 설명하면 다음과 같습니다.



은하를 만든 성운이 회전하면서 수축하게 됩니다. 피겨 스케이팅 선수가 회전할 때 팔을 벌리고 있으면 천천히 회전하다가 필을 오므리면 빠르게 회전하는 것은 각 운동량이 보존되기 때문인데 각 운동량은 각 속도x반경이 되므로 반경이 작아지면 각 속도가 커져 빨리 돌게 됩니다. 그런데 타원은하의 경우 이 회전운동 에너지를 별들의 운동에너지로 모두 전환되기 때문에 은하 자체의 회전이 없어지게 된 것입니다. 별은 여러 가지 궤도를 갖고 타원은하 내에서 운동하게 됩니다. 현재 타원은하의 형성이론은 나선은하의 충돌, 병합 이론으로 설명되는데 이 경우에도 회전운동에너지가 별 개개의 운동에너지로 전환되는 것으로 설명합니다. 반면에 나선은하는 각 운동량과 회전운동 에너지가 보존되는 경우라 할 수 있습니다. 나선은하의 중심부는 강체 (지구와 같이 딱딱한 물체로 물체를 구성하고 있는 입자들 간의 거리가 변하지 않는 물체) 회전을 하게 되는데 이 회전은 거리에 따라 회전속도가 비례하여 증가합니다. 우리은하의 경우 태양이 있는 근처까지 강체 회전하는 것으로 관측됩니다. 강체 회전은 어디든지 일정한 각 속도로 회전하게 됩니다. 예전에는 우리은하에서 태양 밖은 케플러의 제 3 법칙에 따른 궤도운동을 하는 것으로 생각하여 밖으로 갈수록 급격히 속도가 떨어지는 것으로 생각하였습니다.



그런데 1970년대 후반부터 은하 외곽의 회전 속도를 측정해본 결과 빛을 내는 물질 분포는 그 밀도가 떨어지는데 반하여 은하 밖의 회전속도가 떨어지지 않고 오히려 증가하는 경우도 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 이유 때문에 은하의 밖으로 눈에 보이지 않는 물질 - 암흑물질 (dark matter)이 있는 것으로 생각하게 되었습니다. 즉, 이렇게 생각한 이유를 간단히 설명하면, 중력과 원심력이 비기려면



GMm/R^2 = mV^2/R --> 속도 V = (GM/R)^(1/2)



이 되어 거리가 증가할 수록 속도가 떨어지지 않는다면 질량이 증가해야 하기 때문에 은하 헤일로에 보이지 않는 물질이 있어야 한다는 것입니다.



은하의 회전은 전파 혹은 분광관측을 통하여 한 파장의 변화를 관측하여 도플러효과에 의하여 은하 각 부분의 시선방향의 속도를 측정합니다. 이를 이용하여 은하의 중심거리에 따른 회전 속도를 구합니다. 이 회전 속도곡선으로부터 은하의 역학적 질량과 질량의 분포를 구할 수 있습니다.
  • 작성일2010-02-23
우주의 밀도 파라메터는 간단히 설명하면 우주 팽창의 감속 파라메터라고 보면 됩니다. 우주가 팽창하는데 우주 안에 있는 물질의 중력에 의하여 감속되게 됩니다. 이는 지구에서 던진 공과 같은 움직임을 보인다고 생각하면 됩니다. 즉, 던진 공에 충분한 에너지를 주지 않으면 지구로 다시 떨어질 것이고, 적당한 에너지를 주면 포물선 궤도로 날아가거나, 더 많은 에너지를 주면 쌍곡선 궤도로 무한히 날아갈 겁니다.



마찬가지로 우주도 내부의 물질이 많으면, 즉 현재의 밀도가 어떤 임계 밀도보다 크면 중력이 커져 우주의 팽창이 멈추게 될 겁니다. 이를 "닫힌 우주"라 합니다. 이때 시공간은 구 표면처럼 볼록하여 삼각형의 내각의 합이 180도 보다 큰 상태로 나타나는 기하학이 됩니다.



우주에 물질이 적당하여 임계 밀도에 이르면 우주는 평탄하고 (즉 유클리드 기하학이 적용되고) 가속도가 0인 상태로 팽창을 계속해 나갑니다.



현재 임계 밀도보다 우주의 밀도가 작으면 우주는 현재보다 미래가 더 급격히 팽창하는 상태가 되어 영원히 팽창하게 됩니다. 이때 우주는 기하학적으로 말안장과 같이 오목하여 삼각형 내각의 합이 180도보다 작게 됩니다.



밀도 파라메터 omega는 임계 밀도 rho_c ~/= 10^-23 gr/cm^3의 단위로 나타낸 것입니다. 즉, omega = rho/rho_c. 따라서 현재의 우주 밀도 파라메터가 어떤 값을 갖느냐가 우주의 미래의 운명을 결정하게 됩니다.

평탄한 우주는 omega = 1, 닫힌 우주는 omega > 1, 열린 우주는 omega < 1이 되겠지요. 이 밀도 파라메터는 감속계수와 관계됩니다. 허블 상수는 거리의 시간에 대한 미분을 거리로 나눈 것이 되고 (H_o = dR/dt x 1/R), 가속 파라메터 H_a는 거리의 2차 미분을 거리로 나눈 값이 됩니다 (H_a = d/dt x dR/dt x 1/R). 감속 파라메터 q는

q = -H_a/H_o^2.

이 값도 마찬가지로 밀도와 관계되며, 1 일 때는 평탄한 우주가 되고, 0.5보다 크면 닫힌 우주, 0보다 크고 0.5보다 작으면 열린 우주가 됩니다.