별은 왜 반짝일까?
"반짝 반짝 작은 별, 아름답게 비추네." 어린시절 불렀던 동요처럼 밤하늘의 별은 보석처럼 반짝인다. 그렇다면실제로 별의 밝기가 변하면서 반짝이는 것일까?
투명한 유리잔에 물을 3분의 2 정도 채우고 동전을 하나 떨어뜨린뒤 물이 잠잠해 질 때까지 기다린다. 젓가락으로 살며시 물을 저으면서 동전을 관찰해본다. 동전은 어떻게 보이는가? 물이 잔잔할 때 물속에 들어 있는 동전은 뚜렷하게 잘 보이지만, 물을 저어 흔들면 동전은 일그러져 보인다. 동전에서 반사돼 나온 빛이 물의 요동으로 인해 이리저리 흔들리기 때문이다.
같은 원리로 우주에서 날아오는 별빛은 지구의 대기권을 통과하면서 대기의 요동으로 흔들리게 된다. 이렇게 흔들리는 별빛을 지상에서 보고 있으면 반짝이는 것처럼 보인다. 만약 우리가 지구 대기권을 벗어난 우주 공간에서 별을 본가면 반짝임을 볼 수 없을 것이다.
어두워지면 색을 잘 분간하지 못하는 사람의 눈
망원경으로 처음성운을 보고 난 사람들은 성운이 사진과 같이 화려하거나 아름답지못하다고 불평한다. 그렇다면 망원경의 성능을 탓해야 할까? 아니다. 오히려 그 주된 원인은 우리 눈에 있다. 희미한 빛의 색채를 잘 감지하지 못하는 눈의 타고난 천성 때문이다.
어두울 때는 밝을 때와는 전혀 다른 감각세포(간상체)가 활동한다.
망막에 있는 이 민감한 감각세포는 밝고 어두운 명암만 분별할 뿐,
색깔은 구별하지 못한다. 마치 흑백 TV를 보는 것과 같다. 칠흑같이어두운 밤에 저만치서 걸어오는 사람을 보면 그 사람이 무슨 색의옷을 입었는지는 알 수 없고 다만 어슴푸레한 형체만 보이는 것도이 때문이다. 그러니 희미한 성운을 볼 때 그 색깔까지 볼 수 없는 것은 당연하다.
리는 가을날 하늘이 파랗게 보이는 것은 태양 빛이 지구의 대기권을 통과하면서 만들어낸 현상이다. 파장이 긴 빛은 대기권을 그대로통과하는 반면, 파장이 짧은 파란색의 빛은 공기 입자와 부딪혀 흔어진다. 이 때문에 하늘이 파랗게 물들어 보인다. 서쪽 산으로 해가 지물어 갈 무렵 저녁노을이 하늘을 붉게 물들이는 것은 어떻게 설명할수 있을까? 해질 무렵에는 태양 빛이 지평선 부근으로 비스듬하게비춰 두꺼운 공기층을 길게 지나온다. 이 때문에 푸른빛은 거의 흡수되고 파장이 긴 빛만이 눈에 다다르면서 붉은 노을이 나타난다.
태양스스로 빛을 내는 성운 :
태양은 우리와 가장 가까운 별이다. 다음으로 가까운 이웃별까지의 거리는 약 40조 킬로미터로 지구에서 태양까지 거리의 약 27만 배에 이른다. 우주에는 별이 차지천있는 공간보다는 별과 별 사이의 공간이 훨씬 넓음을 알 수 있다.
별들이 촘촘히 들어차 있는 것처럼 보이는 은하수에서 실제로 별이 비포하는 밀도는 얼마나 될까? 만약 태양을 10원짜리 동전 크기로 만들어 우리나라 전역에 뿌린다고 하면, 단지 몇 개만 뿌릴 수 있을 것도다. 별 사이의 공간은 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 넓다.
우주 공간의 별과 별 사이에 존재하는 물질을 총칭해 ‘성간 물질’ 이라 한다. 대부분 수소와 헬륨으로 된 기체이며 1퍼센트 정도가 얼어붙은 먼지티끌이다. 이 물질들을 우주 공간에 균일하게 뿌려 놓는 다면 가로, 세로, 높이가 1센티미터인 단위체적에 수소 원자가 몇 개 에서 몇십 개 들어갈 정도로 희박하다. 대기 중에는 같은 공간 안에 2.68×101개의 공기분자가 들어 있다. 이와 비교해 보면 별 사이의공간은 지구의 어떤 실험실에서 만들어낼 수 있는 것보다 더 깨끗한
‘진공상태라고 할 수 있다.
안드로메다 은하는 가을 별자리인 안드로메다 자리에 있다. 우리은하의 형제로 같은 국부은하군에 속해 있다.
전체 광도가 대략 3.4등급으로 맨눈으로도 쉽게 찾아볼 수 있다.
우리은하 보다 조금 크며 약 1조 개의 별들로 이루어져 있다.
은하 하나에는 평균 천억 개 가량의 별이 모여 있다. 그런 은하들이 무리를 지어 국부은하군을 이루고, 은하군들은 더 큰 규모의 은하단을 형성한다. 다시 여러 은하단들이 모여 초은하단이 된다. 우리의 시야를 초은하단 너머로 넓혀 가보면 벌집 또는 거품 모양을 달은 거대한 은하구조가 드러난다.
시한부 생명인 태양, 최후는 어떤 모습일까? :
지구에 생명의 빛을주는 태양은 어떤 최후를 맞을까? 태양은 약 46억 년 전에 태어나 이미 일생의 반가량을 산 중년 별이다. 현재 태양은 밝기가 거의 변하지 않는 안정된 별이다. 먼 미래에 태양이 나이가 더 들면 핵융합 반응으로 만들어진 헬륨이 중심에 쌓이면서 불안정해질 것이다.
태양은 적색거성으로 변해 늙어갈 것으로 예상된다. 덩치는 지금보다 커지지만 표면온도는 현재의 5500도에서 3000도 아래로 떨어지고 밝기는 수천 배 이상 올라간다. 수성을 삼켜버릴 정도로 부풀어오르고 지구의 표면온도는 750도 이상 올라갈 것이다. 바닷물은 증발하고 하늘은 수증기와 구름으로 뒤덮일 것이다. 그러면 지구는 현재의 금성처럼 뜨겁고 메마른 행성으로 변해, 더 이상 생명체의 흔적을 찾아보기 힘들 것이다.
태양은 팽창과 수축을 반복하면서도 덩치가 계속해서 커진다. 이 제 수성은 태양 안으로 빨려 들어간다. 태양이 다른 행성에 미치는 중력은 점점 약해진다. 그 영향으로 금성과 지구의 궤도는 조금씩 바깥으로 밀려나간다. 지구는 태양과의 거리가 지금보다 두 배정도 멀어지겠지만, 지표면은 1300도에 이르러 철이나 암석은 녹아내리기시작할 것이다.
태양이 적색거성의 단계를 지나면 이제 일생을 마칠 채비를 서두른다. 태양은 바깥 부분의 물질을 우주 공간으로 서서히 날려버린다.
124억 살이 넘어가면서 태양 바깥층의 물질은 퍼져나가 행성상 성운으로 변하고 중심부는 쪼그라들어 백색왜성이 된다.
이렇게 빛도 빠져나올수 없을 만큼 물질이 엄청나게 압축된 천 를 가리켜 ‘블랙홀‘이라고 부른다.
태양을 가지고 블랙홀을 만들고자 한다면 어느 정도의 크기로 압축해야 하는 것일까? 질량이 지구보다 약 33만 배 큰 태양을 반지름 3킬로미터 정도의 공간안에 압축해 넣으면 블랙홀이 된다. 다시 말해 태양을 여의도 세 배정도 크기의 공간 속에 넣으면 된다. 만약 지구를 블랙홀로 만들고자한다면 지름이 약 0.9 센티미터인 공간이 필요하다. 지구의 모든 물질 이 콩알 정도의 크기로 압축돼 줄어들면 블랙홀이 되는 것이다.
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