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천문우주 교육동영상
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태양계 밖의 천체들
2017-02-28
천체1
광활한 우주에는 우리가 살고 있는 태양계 말고도 많은 천체들이 공존하고 있습니다. 별, 성운, 성단, 은하라 불리는 신비한 천체들이 그 주인공이죠.
이 넓은 우주에서 가장 기본이 되는 천체는, 바로 별입니다. 별은 또 다른 이름으로 항성이라 불립니다.
그럼 우리가 이야기 하는 별, 항성이라고 불리는 이 천체는 과연 무엇일까요?
-인터뷰-
별은 한 마디로 정의하면, 스스로 빛을 내는 천체라고 이야기 할 수 있습니다. 그렇다면 별들은 어떻게 스스로 빛을 낼 수 있는 걸까요? 그 해답은 별 중심부에서 일어나는 핵융합 반응에서 찾을 수 있습니다.
핵융합반응은 두 개의 원자핵이 모여서 하나의 무거운 원자핵을 이루는 것을 말하는데 젊은 별에서 일어나는 핵융합 반응은 4개의 수소가 1개의 헬륨 원자로 변하는 과정에서 약간의 질량이 손실되며 그 손실된 질량이 에너지로 나오게 되는 것입니다.
이처럼 핵융합 반응을 통해 만들어진 별들 중, 지구와 가장 가까운 곳에 있는 별은, 바로 태양입니다. 태양이 지구와 가장 가까이 있다고 해서 아주 특별한 천체처럼 보이지만 거대한 우주에서 보면, 평범한 별들 중 하나라는 것을 알 수 있습니다. 그렇다면 태양은 수많은 별들 중에서 어느 위치에 있는 걸까요?
-인터뷰-
이렇게 우주엔 스스로 빛을 내는 수 없이 많은 별들이 있습니다. 별들이 무리지어 모여 있는 천체를 우리는 성단이라고 부릅니다.
별들이 모여 성단을 이루는 이유는, 별들이 하나의 성운에서 동시에 만들어 지기 때문입니다. 이렇게 생성된 별들은 각각 질량의 차이는 있으나 한 장소에서 만들어져 성단을 이루는 것입니다.
하지만 성단의 모양은 제각기 다르죠. 성단은 그 모양에 따라서 크게 구상성단과 산개성단으로 분류할 수 있습니다.
구상성단은, 그 모양이 둥근 공과 비슷하다고 해서 붙여진 이름입니다. 구상성단에는 수만 또는 수백만 개의 별들이 보시는 것처럼 둥근 모양으로 빽빽하게 모여 있습니다.
구상성단은, 주로 종족Ⅱ형 별 이라고 불리는 늙은 별들로 구성되어 있으며 별들은 보통 크기가 크고 표면온도가 낮으며 대류층이 깊은 적색거성이 많이 포함되어 있습니다.
붉은색 별들이 둥근 모양으로 모여 있는 것이 보이나요? 이것이 바로, 구상성단입니다. 그럼, 더 재밌는 구상성단을 만나볼까요?
이 성단은, 북반구에서 가장 유명한 헤라클레스 구상성단입니다. 참 많은 별들이 모여 있죠? 약 10만개의 별들로 이뤄졌으며 헤라클레스 별자리 가까이에 위치해있습니다. 그래서 이름도 헤라클레스 구상성단이라 붙여진 거죠. 약 140억년 전에 태어났을 것으로 추정되는 헤라클레스 구상성단은, 외계생명체 탐색이 가능한 천체로 선택되어 아레시보망원경에 의해 지속관측이 이뤄지고 있습니다.
M5는 뱀자리에 있는 구상성단으로 1762년 프랑스 천문학자 메시에가 독립적으로 재발견해 세상에 알려졌습니다. 130억년정도 된 M5은 우리 은하 내에서 가장 오래된 천체들 중 하나로, 보시는 것처럼 찌그러진 타원모양을 하고 있습니다.
여기서 M5과 같이 M과 숫자로 이루어진 천체를 천문학자들은 메시에 목록의 수록된 천체를 말합니다. 메시에목록이란 프랑스의 천문학자 메시에가 혜성관측 때 혼동하기 쉬운 천체인 성운과 성단 등을 가려내기 위하여 만든 목록으로, 1781년 103개에서 현재 110개의 천체들로 수록되어 있습니다.
저 멀리 밝은 구상성단이 보이는군요. 바로, 오메가 센타우리입니다. 이 성단은 북반구에서는 보이지 않지만 우리 은하에서 가장 크고 밝습니다. 오메가 센타우리의 질량은 태양의 5백만배입니다. 어마어마한 크기죠? 이는 구상성단의 평균질량보다 10배정도 큰 것으로 이정도면 하나의 소규모 은하와 비슷한 질량입니다. 이처럼 대형 구상성단인 오메가 센타우리를 두고, 국내연구팀은 오래 전, 우리 은하와 충돌 한 이웃은하의 중심부라는 연구 결과를 발표하여 또 하나의 은하형성이론을 제시하기도 하였습니다.
우리 은하에는 수많은 별들이 빼곡하게 모여 있는 구상성단 외에도 구상성단에 비해 조금 더 퍼져서 모여 있는 별들도 있습니다. 이러한 별들의 집단을 우리는 산개성단이라고 부릅니다. 수십 개에서 수천 개의 별들이 서로 약한 중력으로 연결되어 있죠.
산개성단은, 종족I 형 별이라고 불리는 젊은 별들로 이루어져 있습니다. 이 별들은, 표면온도가 높으며 푸른색을 띄고 있죠.
-인터뷰-
넓은 우리 은하, 저기 푸른색을 띄고 있는 별들의 무리가 있습니다. 맞습니다. 산개성단입니다. 그럼 밝은 빛을 내고 있는 산개성단을 만나볼까요?
이 성단의 이름은, 플레이아데스성단입니다. 우리의 밤하늘을 지키는 대표적인 산개성단을, 황소자리 등 부분에서 볼 수 있습니다. 500개가 넘는 어두운 별들로 구성되어 있으며 이 별들의 나이는 약10억년, 태양의 나이 50분의 1정도라고 하니 아주 젊은 별이죠? 눈으로 볼 수 있는 별은 7개 정도로 우리나라에서는 좀생이 별이라고 부릅니다.
지금 보시는 산개성단은, 북반구에 위치한 마차부자리에서 볼 수 있는 M37입니다. 약 3억 년 전에 형성되었으며 500개 이상의 별들로 이루어져 있습니다.
M47은 50여개의 별로 이루어진 산개성단으로 하늘의 남반구에서 볼 수 있습니다. 1억 3천만년 전에 탄생되었으며 1762년, M37과 함께 천문학자 메시에가 독립적으로 재발견해 세상에 알려졌습니다. 현재는 태양계로부터 점점 멀어지고 있는 성단입니다.
우주공간에는 이렇게 밤하늘에 반짝이는 별들도 많지만 별 외에도 많은 양의 가스도 존재하고 있습니다. 이러한 가스들도 무리지어 모여 있는 별들처럼 높은 밀도를 보이며 한 곳에 밀집해있는 경우가 많습니다. 우리는 그것을 성운이라고 부릅니다.
성운은 그 특성에 따라서 반사성운, 방출성운, 암흑성운으로 분류할 수 있습니다.
반사성운은 주변의 별빛을 반사하여 빛을 내는 성운을 말합니다.
반사성운은 주변의 먼지에 따라서 달라질 수 도 있으나 대부분의 경우 푸른색을 보이고 있습니다.
이렇게 대부분의 반사성운이 푸른색을 띄는 이유는, 먼지에 의한 산란이 파장이 긴 붉은 색 빛에 비해 파장이 짧은 푸른 빛에서 잘 일어나기 때문입니다.
광할한 우주를 떠도는 가스와 먼지들이 만들어 낸 신비한 반사성운들을 만나볼까요. 오리온 자리의 푸른 색 1등급별인 리켈의 빛을 반사해 나타나는 이 성운은, 마귀할멈 성운이라는 아주 재미난 이름을 가지고 있습니다. 퀭한 눈과 매부리코, 주걱턱 모양이 마치 동화 속 마귀할멈의 옆 모습처럼 보이지 않나요?
이 성운은, 페르세우스 자리에 있는 반사성운입니다. 태어난 지 100만년도 안된 젊은 별들이 수백 개가 있으며 먼지와 가스의 밀도가 높아 별 탄생이 활발한 지역입니다. 성운의 푸른 부분은, 별빛을 반사하고 있는 영역이며, 우측의 검붉은 지역은 탄생하는 별에서 나오는 붉은 제트와 가스로 구성되어 있습니다.
이 성운은, 오리온자리에 있는 반사성운 M78입니다. 먼지 구름이 별 빛의 푸른색을 반사해 마치 가스 구름이 빛을 발하는 것처럼 보입니다.. 또한, M78에는 45개의 황소자리 T형 변광성이 발견되었습니다. 황소자리 T형 변광성은 매우 젊어서 활발한 활동을 보이고 있으며 밝기가 변하는 별로서 시간이 지나면 주계열성이 될 것입니다.
성운 중에는 반사성운과 달리 스스로 빛을 내는 방출성운도 있습니다.
방출성운은, 성운 가운데 매우 뜨겁고 밝은 별이 있어서 이 별에서 나온 강열한 자외선이 주변의 기체를 자극해 스스로 빛을 내고 있습니다.
-인터뷰-
그렇다면 방출성운, 그들의 화려한 모습을 감상해볼까요.
나비가 날개를 펼친 듯한 모습의 이 성운은 우리에게 가장 잘 알려진 방출성운인 오리온대성운입니다. 별 탄생이 활발하게 이뤄지는 성운으로 현재도 별이 계속 탄생하고 있습니다.
이 방출성운은, 석호성운으로 여름철에 가장 큰 성운입니다. 궁수자리에 위치하고 있으며 날씨가 맑은 날에는 쉽게 관측할 수 있습니다.
이 성운의 이름은, 북아메리카 성운입니다. 북미대륙의 모습과 닮았다 해서 붙여진 이름이죠. 여러분 눈에도 닮아보이나요? 여름철, 백조자리의 알파별 데네브의 동북쪽에서 만날 수 있으며 밤하늘이 어두운 지역에서는 망원경 없이 맨눈으로도 볼 수 있을 만큼 밝은 빛을 띠고 있습니다.
앞서 만나본 성운들은, 빛을 반사하거나 스스로 빛을 내는 성격을 띠고 있다면 암흑성운은, 주변의 밝은 성운이나 별빛을 가려서 어둡게 보이는 성운입니다.
암흑성운은, 그 자체는 빛을 내지 않지만, 배후의 별이나 발광성운의 빛을 흡수하기 때문에 우리에게는 검은 덩어리 또는 띠 모양으로 관측되고 있습니다.
암흑성운 중,가장 잘 알려진 성운은, 말머리성운입니다.
멀리 말머리모양으로 솟아있는 암흑성운이 보이나요? 이 독특한 말머리성운의 모습은, 방출성운 앞에 빛을 내지 못하는 성운이 있어서 주로 성운을 구성하는 성간먼지에 의해 빛이 가려진 모습이 마치 말머리 모양처럼 보이고 있는 것입니다.
이 암흑성운은 모습이 흡사 담뱃대에서 연기가 올라오는 것처럼 생겼군요. 그래서 이름도 담뱃대 암흑성운이라고 불립니다. 성간 티끌이 주변의 별빛을 차단하면서 이런 신비로운 모습을 보이고 있습니다.
우리가 앞서 살펴 본, 행성, 별, 성운, 성단, 먼지 등을 모두 포함하고 있는 곳을 우리는 은하라고 부릅니다.
우주 공간에는, 이런 거대한 은하들이 아주 많이 존재하고 있습니다. 그리고 이 은하들 속에는 수없이 많은 별들이 살고 있죠.
우주 안의 수없이 많은 은하들, 그 광대한 수만큼 생김새도 다양합니다. 천문학에서는, 모양에 따라 나선은하, 타원은하, 불규칙은하로 구분하고 있습니다.
타원은하는, 그 모양이 원형 또는 타원형의 모습을 하고 있습니다. 타원 은하는 모양이 얼마나 찌그러졌나에 따라서 다시 E0에서 E7까지 분류할 수 있습니다. E0는 거의 원형은하이며 E7로 갈수록 관측된 타원의 정도가 편평해짐을 알 수 있습니다.
그리고 타원은하는, 은하의 마지막 진화단계이며 별의 생성이 활발하지 않고 늙고 오래된 은하로 알려져 있었으나 관측기술이 발달하면서 중심부를 관측한 결과 몇몇 타원은하에는 중심에서 많은 별들이 탄생하고 있다는 것을 관측했고, 이런 새로운 관측결과에 의해 많은 이론들이 바뀌고 있습니다.
타원은하 외에, 우리가 가장 흔히 볼 수 있는 은하가 바로 나선은하입니다. 우리가 살고 있는 태양계를 포함하는 우리 은하도 이 나선은하의 모습을 띄고 있습니다. 수많은 은하들 중, 가장 많은 비중을 차지하고 있죠.
나선은하는, 모두 나선팔을 가지고 있는 것이 가장 큰 특징입니다. 나선팔이 어디에서부터 시작되느냐에 따라서 정상나선은하와 막대 나선은하로 분류할 수 있죠.
정상나선은하는, 보시는 것처럼 은하의 핵에서부터 나선팔이 시작되는 은하를 가리킵니다.
이와 반대로 막대나선은하는 중심을 가로 지르는 막대 물질의 끝부분에서부터 나선 팔이 시작되고 있습니다.
불규칙 은하는, 앞서 만나 본 타원은하나 나선은하처럼 일정한 모양을 갖추고 있는 은하가 아니라 불규칙한 모습을 보이고 있는 은하를 이야기 합니다. 이러한 불규칙은하에는 유명한 소마젤란은하, 대마젤란은하가 있습니다.
타원은하, 나선은하, 불규칙은하 다양한 은하들이 많이 모여 있는 곳을 우리는 은하군이라고 부릅니다. 일반적으로 은하군에는 수십 개의 은하가 포함되어 있습니다. 이곳에서 은하들은 약하거나 또는 강한 중력으로 서로 이어져 있습니다.
이투스 누드교과서 지구과학Ⅱ p.318) 그리고 그 보다 거대한 은하단이 있습니다. 은하단에는 수백 수천 개의 은하들이 모여 있죠. 그렇다면 우리가 살고 있는 우리은하가 속해있는 곳은 어디일까요?
“우리가 사는 우리은하는, 국부은하군이라고 부르는 은하군안에 속해 있습니다. 국부은하군에는 안드로메다은하, 대마젤란은하, 소마젤란은하 등의 대략 20여개 정도의 천체들로 이루어져 있습니다. ”
수백 개 이상의 은하들이 모여 있는 은하단은 규모가 크지만, 멀리 떨어져 있기 때문에 은하단 주위에 있는 별자리의 이름을 따서 명칭을 결정하고 있습니다. 처녀자리 은하단은, 은하계에서 가장 가까운 은하단으로 대략 3000개 정도의 은하가 모여 있습니다.
머리털자리 은하단은, 가장 잘 알려져 있는 은하단으로 11,000여개의 은하들이 모여 있습니다.
이밖에도 센타우르스자리, 헤라클레스자리 은하단 등이 광활한 우주에서 우리에게 자신의 존재를 끊임없이 알리고 있습니다.
태양계가 우주의 전부라고 생각했던 시절이 있었습니다. 그러나 망원경이 등장하고, 천문학이 발전해가면서 우리는 점점, 우주의 광활함과 위대함에 놀라게 됐습니다. 태양계가 우주의 전부가 아니라는 사실도 알게 되죠. 별, 성운, 성단, 은하.. 우리가 태양계 이외의 천체들과 만나게 된 것은, 학문적으로 우주의 범위을 넓혀줬을 뿐만 아니라, 우리 마음속에 더 큰 우주를 품을 수 있게 도와준 최고의 행운이었습니다.