연구대상에 따른 천문학의 세부분야를 알아보자!

 


태양천문학은 무엇인가?

태양은 지구로부터 빛의 속도로 8분 거리에 있는 항성으로 가장 많이 연구된 항성과 전형적인 G형 분광법을 가진 46 억년 된 주계열성입니다. 태양은 변광성으로 분류되지 않지만 흑점 순환으로 알려진 주기적인 밝기의 변화를 보여주고 있습니다. 이는 11년 주기 동안 흑점 수가 바뀐 것과 관련이 있습니다. 태양 흑점은 강한 자기장 활동과 관련이 있으며, 태양 표면의 다른 부분에 비해 온도가 낮은 영역입니다.
태양은 나이를 먹어감에 따라 밝기가 서서히 증가하고 있으며, 지금은 주계열성으로 처음 생애를 시작할 때보다 약 40% 밝아졌다고 합니다. 태양은 탄생 이후 너무나 많이 변해서 지구의 생태계에 뚜렷한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 마운더 극소기 때문에 중세시대에 작은 빙하 현상이 일어난 것으로 보인다고 합니다.
우리 눈으로 불 수 있는 태양의 외면을 광구라고 합니다. 광구 위에는 채층이라 불리는 얇은 지대가 있습니다. 코로나는 층 위에 형성되어 있고 온도는 빠르게 상승합니다.
태양의 중심에는 핵이 있는데 핵융합이 일어날 만큼 뜨겁고 압력이 큽니다. 중심핵 위에는 복사층이 있으며, 이곳은 플라즈마가 에너지 플럭스를 복사 형태로 전달한다고 합니다. 복사층 위에는 에너지가 물리적 가스 교환을 통해 전달되는 대류층이 있습니다. 이러한 태양의 대류층은 자기장을 만들어내는 역할을 하며, 자기장은 태양 표면에 흑점을 만드는 것으로 간주됩니다.
플라즈마 입자의 태양풍은 태양에서 우주로 그리고 태양계로 꾸준히 흐릅니다. 태양풍은 지구의 자기권과 반응하여 밴 앨런대를 형성하고 지구의 자기력선이 대기로 내려와 만나는 지점에서 오로라를 형성합니다.

 


행성천문학은 무엇인가?

행성천문학은 행성, 위성, 왜행성, 소행성, 태양 주위를 도는 다른 천체, 그리고 외계 행성 집단들을 연구합니다. 태양계는 비교적 많이 연구되어 왔으며, 과거에는 망원경을 주된 관측 도구로 사용했으며, 최근에는 우주 탐사선이 큰 역할을 하고 있습니다. 일련의 탐사들은 태양계의 형성과 진화에 대한 많은 지식을 얻게 해 주었고 새로운 사실들이 계속해서 발견되고 있습니다.
태양계는 크게 내행성, 소행성대, 외행성의 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 내행성으로 불리는 지구의 행성들 중 일부는 수성, 금성, 지구, 화성입니다. 바깥을 공전하는 외행성은 가스 행성으로 이루어져 있으며, 목성, 토성, 천황성, 해왕성으로 이루어져 있습니다. 해왕성 너머에는 카이퍼대가 존재하고 있고, 가장 바깥쪽에는 오르트 구름이 최대 1광년 거리로 뻗어 있습니다.
이 행성들은 원시 태양 주위의 원시행성계원반에서 왔습니다. 중력 당기기, 충돌, 강착 과정을 통해 원반의 물질은 큰 덩어리로 성장했고 나중에는 원시행성으로 진화했습니다. 태양풍에 의한 방사선 압력이 덩어리로 뭉치지 못한 물질들을 휩쓸었고, 가스 대기를 잃지 않을 만큼 무거운 천체만이 살아남았습니다. 살아남은 행성들은 계속해서 커지거나 또는 심한 충돌로 인해 그들 자신의 물질을 방출했습니다. 이러한 극한 충돌의 증거는 달, 수성 등의 많은 충돌구들을 통해 알 수 있습니다. 현재 뒷받침되고 있는 이론에 따르면 원시 행성들 중 일부는 이 기간 동안 충돌 과정을 겪었을 수도 있습니다.
행성이 충분한 질량을 획득한 후에는 행성 구별화 과정을 거치게 되는데, 이 과정에서 무거운 물질이 행성의 중심에 가라앉고 가벼운 물질이 그 위에 남아있게 됩니다. 이 과정을 통해 행성의 중심은 철이나 석질로 이루어진 중심핵과 가벼운 물질로 이루어진 맨틀이 형성됩니다. 핵 부위는 고체나 액체 성분을 가지고 있으며, 일부 행성의 핵은 자기장의 원인을 제공합니다. 이 자기장은 태양풍으로부터 행성의 대기를 보호하여 벗겨져 나가지 않게 합니다.
행성과 위성의 내부열은 이를 만든 물체(예를 들면 우라늄, 토륨, AI 등입니다.)와 충돌하여 발생하는 열과 조석가속에 의해 발생합니다. 일부 천체에서는 화산이나 지각운동과 같은 지질 활동이 생겨날 정도의 열이 보존되어 있습니다. 이러한 천체 중 대기를 가진 것은 바람이나 물로 인해 지각의 침식을 겪습니다. 천체의 작은 질량은 급속히 냉각되었고 충돌구 생성을 제외한 모든 지질 활동이 중지되었습니다.

 


항성천문학은 무엇인가?

항성들과 그들의 진화 과정을 아는 것은 우주를 이해하는데 매우 중요한 역할을 합니다. 천체물리학은 관측과 이론을 통한 항성 연구에 기여했고 항성 내에서의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서도 항성 연구에 기여했습니다.
항성의 형성은 거대한 분자 구름으로 알려진 먼지와 가스의 밀도가 높은 곳에서부터 시작됩니다. 분자 구름이 불안정해지면 중력에 의해 분자 구름이 붕괴되어 각각 원시별을 형성하는 여러 조각으로 부서집니다. 중심부가 충분히 밀도가 높고 충분히 뜨거울 때 핵융합은 시작되며, 여기서 주계열성이 탄생합니다. 수소, 헬륨, 리튬보다 무거운 모든 원소를 천문학에서는 중원소라고 하는데 이 중원소는 항성 내부에서 만들어집니다.
주계열성을 벗어난 항성의 진화 과정은 주로 별들의 질량에 의해 결정됩니다. 별은 질량이 클수록 빛이 나고 핵에서 수소 연료를 연소하는 속도가 빠릅니다. 시간이 지나면서 별이 가지고 있던 수소가 헬륨으로 모두 변하면 항성은 진화하기 시작합니다. 헬륨 핵융합은 핵에서 더 뜨거운 온도를 요구하기 때문에 항성의 핵의 밀도가 증가하고 부피가 증가합니다. 부피가 커진 항성은 헬륨을 모두 태울 때까지 적생 거성 단계에 잠시 머무릅니다. 매우 큰 질량을 가진 항성의 경우 헬륨보다 무거운 원소를 태우는 일련의 진화 단계를 따로 거치게 됩니다.
항성의 최후 양상 역시 마지막 남은 별의 질량에 따라 달라집니다. 태양에 대한 질량을 가진 별은 행성상 성운의 형태로 질량을 방출하고 중앙에 백색왜성을 남깁니다. 주계열 시절 질량이 태양의 8배 이상이었던 별들은 핵이 붕괴되면서 초신성으로 생애를 마감합니다. 초신성 폭발 후 중심에 남아있는 물질은 중성자별이 되거나 폭발 후 남은 질량이 태양의 3배 이상이면 블랙홀로 진화한다고 합니다. 서로 밀접하게 붙어있는 쌍성의 경우 주성에서 나온 물질이 반성인 백색 왜성으로 흘러들어 신의 폭발을 일으키는 것처럼 더욱 복잡한 진화 경로로 이어집니다. 행성상 성운과 초신성은 중원소들을 성간 공간으로 확산시키는데 중요한 역할을 하며, 또한 태어날 생명체를 위한 재료를 공급합니다. 그것들이 없으면 새로 태어난 별과 행성은 수소와 헬륨으로만 구성될 것이고, 지구형 행성은 만들어질 수 없기 때문입니다.

 


우리은하천문학은 무엇인가?

우리의 태양계는 국부 은하군의 일부인 우리은하에 속하며, 우리 은하의 중심을 공전하고 있습니다. 가스, 먼지, 별, 암흑 물질은 서로 중력을 통해 묶여 우리은하를 형성하는데, 이 은하계는 공통 질량중심을 축으로 회전하고 있습니다. 태양계는 성간 먼지가 포함된 외측 나선팔에 위치하고 있기 때문에 먼지가 시야를 가리고 있어 지구에서 보이는 우리 은하의 모습은 제한적입니다.
우리 은하의 중심에는 막대 모양의 팽대부가 있고, 은하의 중심에는 거대한 블랙홀이 있는 것으로 받아들여지고 있습니다. 은하의 중심은 바깥으로 퍼진 네 개의 나선팔로 둘러싸여 있습니다. 나선팔은 절은 항성종족 별들이 나오는 금속이 풍부한 곳입니다. 은하 원반은 구형의 은하 헤일로에 둘러싸여 있는데 주로 늙은 항성종족 별들과 별들의 구상 성단이 분포하고 있습니다.
별들 사이에는 가스와 먼지로 구성된 희박한 성간 물질이 있습니다. 성간 물질이 밀집한 곳에서는 수소 분자와 다른 원소로 구성된 분자 구름이 생성되고 별들이 탄생되게 됩니다. 별의 생성는 분자 구름이 밀집한 암흑 성운 형태로 시작되며, 그것들은 압축되고 부서져 원시별을 형성합니다.
질량이 큰 별들이 탄생하는 곳의 주변은 빛을 방출하는 가스와 플라스마로 이루어진 H II 영역으로 진화한다고 합니다. 무거운 별들은 강한 항성풍을 방출하고 초신성 폭발로 수명을 다하는데 이로 인해 항성간 물질이 주위에 흩어지게 된다고 합니다. 때로는 여러 별들로 이루어진 산개 성단 형성되고, 산개 성단의 별들은 점차 분산되어 우리은하의 항성 종족에 편입되기도 한다고 합니다.
우리 은하와 외부 은하의 운동학적 연구는 보이는 것보다 더 많은 질량이 있다는 것을 발견했습니다. 이 빛을 발산하지 않고 질량을 갖는 암흑 물질의 성질은 아직 확인되지 않았지만 암흑물질 헤일로가 우주에서 대부분의 물질을 차지하는 것으로 보인다고 합니다.

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