우주에서 거리를 측정하는 방법

우주에서 거리를 측정하는 방법

우주에서는 거리를 어떻게 잴까?

우주는 인간이 완전히 측정할 수 없을 만큼 거대한 크기다. 우리가 지구에서 사용하는 모든 단위는 우주에 나가면 매우 작은 것이 된다. 따라서 우주의 거리를 재려면 특별한 단위가 필요하다.

흔히 접할 수 있는 우주의 거리 단위는 '광년'이다. 광년이란, 빛이 1년에 이동할 수 있는 거리를 나타낸다. 1 광년은 약 9조 4500억 km이다. 예를 들어, 우리은하의 직경 길이(끝에서부터 반대편 끝까지의 직선거리)는 10,000광년이다.

그런데 이렇게 먼 거리는 어떻게 알아내는 것일까? 우주공간에서의 거리를 광년으로 표기한다 하더라도, 그 거리가 실제로 맞는지 어떻게 알 수 있을까?

우주에서 천체 간 거리를 측정하는 방법은 아주 다양하다.

1. 연주 시차 측정 방법

연주 시차란, 지구에서 관측되는 최대 시차의 절반이다. 지구는 1년에 태양의 주위를 한바퀴 공전하기 때문에, 계절마다 별자리가 다른 각도로 보인다. 이러한 각도의 차이가 연주시차이다. 실제로 측정할 때는 같은 장소에서 6개월 간격으로 각을 두 번 측정하여 계산한다. 이 연주시차를 알아내게 되면, 우리가 지구와 태양까지의 거리를 잘 알고 있으므로 삼각함수를 이용해서 별까지의 거리를 구할 수 있다.

2. 성단 거리 측정법

구상 성단이나 산개 성단처럼 별이 단체로 일정한 방향으로 동일하게 움직이는 경우에는 성단까지의 거리 측정이 가능하다. 별이 일정하게 모두 같은 속도로 움직이는 경우, 지구에서 보기에는 보이는 각도의 차이로 인해서 각 별의 속도가 다르게 보이게 된다. 다르게 보이는 별의 속도와 속도 변화를 알아내서 모두 같은 속도로 이동 중일 것이라고 가정하면 별까지의 거리를 구할 수 있다.

3. 영년시차 측정법

별들의 집단에 대한 거리를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 태양은 지구 주위의 별들에 대해서 상대적으로 시속 72,000km의 속도로 움직이고 있다. 위의 연주시차와 마찬가지로, 태양이 계속 움직이고 있으므로 태양의 움직임에 따라서 우리에게 보이는 별의 운동도 달라질 것이다. 이렇게 태양의 움직임에 따라 다르게 보이는 시차를 영년시차라고 한다. 연주시차와 마찬가지로 영년시차를 측정하면 거리를 구할 수 있다. 위 그림에서 태양이 움직이는 동안 변화된 별의 운동 각도를 측정함으로써 별까지의 평균적인 거리를 계산한다.

4. 통계 시차 방법

통계 시차 방법은 영년 시차 방법과 비슷하다. 다만, 별들에 대한 태양의 상대 속도를 알 수 없는 경우, 그 별 집단의 평균적인 고유운동 속도를 구하는 것이다. 평균 고유운동 속도를 이용하여 영년 시차 방법과 같이 거리를 계산할 수 있다.

5. 팽창 시차 측정 방법

만약 초신성의 폭발과 같이 팽창하는 물질이 있다면 팽창 속도를 측정할 수 있다. 그리고 실제 시각적으로 보이는 변화량을 알아낼 수 있는데, 이 둘을 비교하여 거리를 계산할 수 있다. 즉 빠른 속도로 팽창하는데 시각적으로 보이는 변화가 거의 없으면 매우 멀리 있는 것이고, 그 반대면 가까이 있는 것이다.