천문학자의 눈으로 본 우주

옛날 천문학자들은 지구가 우주의 중심이며, 다른 모든 천체는 지구의 주위를 돌고 있다고 생각했다. 그러나 사실 지구는 태양 주위를 도는 8개의 행성 가운데 하나일 뿐이며, 태양도 우리 은하에 있는 수많은 별 가운데 보통 크기의 별일 뿐이다. 그리고 우리 은하도 우주에 있는 수많은 은하 가운데 하나이다.

태양계란, 하나의 별인 즉 태양과 그 주위를 도는 행성으로 이루어져 있다. 그 밖에도 행성 주위를 도는 위성, 수천 개의 소행성, 유성, 수많은 혜성과 그 잔해, 티끌과 가스 따위가 있다. 천문학자들은 다른 항성계에서도 이와 비슷한 천체가 별 주위를 돌고 있을 것으로 생각한다. 태양의 주위를 돌고 있는 행성의 궤도는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 순으로 커진다. 명왕성은 2006년 왜소행성으로 결정되었으나, 이전에는 해왕성보다 밖으로 궤도를 그리는 행성으로 여겼다. 명왕성이 해왕성의 궤도 안쪽으로 한번 들어가면 20년 정도 머물게 된다. 명왕성은 1979년 1월 23일에 해왕성의 궤도 안쪽으로 들어갔는데, 20년 후인 1999년 2월 11일까지 그 궤도에 머물렀다. 태양 가까이 있는 수성, 금성, 지구, 화성은 고체 행성이며 크기가 비교적 작다. 이에 비해 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 기체 행성이며, 크기가 크고, 모두 고리를 갖고 있다. 명왕성은 한때는 해왕성의 위성이었을 가능성도 있다. 명왕성은 크기가 작고 불규칙한 궤도를 움직이기 때문에 카이퍼벨트를 구성하는 왜소행성으로 분류되었다. 수성과 금성을 뺀 모든 행성에는 위성이 한 개 이상 있다. 태양계 안에서 천체와 천체 사이의 거리를 측정할 때에는 천문단위인 에이(AU)유를 사용한다. 1AU는 지구와 태양 사이의 평균거리인 약 1억 5000만 km이다.

별은 우주공간에서 불타고 있는 둥근 가스 덩어리이다. 태양 이외의 별은 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 km로 거리를 잴 수는 없다. 그래서 별까지 거리나 별과 별 사이의 거리는 광년으로 잰다. 1광년은 빛이 1년 동안 가는 거리로 약 9조 4600억 km에 해당한다. 태양에서 가장 가까이 있는 별은 센터우루스자리의 프록시마로 거리는 4.3광년이다. 별은 각각 온도, 색깔, 밝기, 크기, 질량이 매우 다르다. 별의 질량은 별의 온도와 색깔에 커다란 영향을 미친다. 온도가 아주 높은 별은 질량이 매우 크고 파랗게 보인다. 질량이 아주 작은 별은 다른 별보다 온도가 낮아 붉게 보인다. 대체로 별은 질량이 크면 클수록 더 밝다. 태양을 비롯하여 태양과 크기가 비슷하며, 중심에서 수소를 태워 빛을 내는 별을 주계열성이라고 한다. 어떤 별은 주계열성과 질량은 같으면서도 훨씬 밝은데, 이런 별은 외곽부가 부풀어 크기가 매우 크기 때문에 거성이나 초거성이라고 한다. 반대로 주계열성과 질량은 같으면서도 더 작고 희미한 별을 백색왜성이라고 한다. 주계열성, 거성, 초거성, 백색왜성은 별의 일생에서 서로 다른 진화 단계를 나타낸다.

은하와 퀘아사는 태양계의 많은 별과 가스와 티끌이 뭉쳐 거대한 물질 덩어리를 이룬 우리은하의 일부분일 뿐이다. 우리은하를 옆에서 보면 가운데가 볼록한 얇은 원반 모양이고, 위에서 보면 중심에서 바깥으로 소용돌이 모양의 나선팔이 뻗어나가고 있다. 태양은 이런 나선팔 가운데 하나에 자리잡고 있으며 은하 중심에서 3만 광년 떨어져 있다. 은하의 중심 부근에는 많은 별이 공처럼 모여 있다. 우주에는 우리은하 외에도 셀 수 없을 정도로 많은 은하가 있는데, 우리 은하는 나선은하에 속한다. 이 밖에 원반과 나선팔 없이 타원 모양을 한 은하도 있고, 모양이 불규칙한 은하도 있고, 우리 은하보다 몇천 배 이상 어두운 왜소은하도 많다. 우리은하는 국부은하군이라고 하는 은하 집단 가운데 한 부분으로 국부은하군에는 3개의 나선은하와 4개의 불규칙은하, 그리고 약 25개의 왜소 타원은하가 있다. 국부은하군은 더큰 집단인 처녀자리은하단의 한부분이다. 은하들은 대부분 이런 초은하단이나 은하단에서 발견된다. 지구에서 탐지되는 천체 중에서 가장 멀리 떨어져 있는 것은 퀘이사인데, 퀘이사 중에는 100억 광년이나 떨어져 있는 것도 있다. 퀘이사는 엄청나게 많은 에너지를 내고 있다. 천문학자들은 이렇게 먼 거리에서도 관측할 수 있을 만큼의 에너지가 어떻게 만들어지는지에 대해서는 아직 확실히 밝히지 못했다. 어떤 과학자들은 태양 질량의 몇 천배 이상이 되는 질량을 가진 거대 블랙홀이 퀘이사의 중심에 있을 것이라고 주장한다. 이 이론에 따르면, 퀘이사에서 나오는 에너지는 물질이 블랙홀로 끌려들어가면서 방출되는 에너지이다.

우주는 시공간과 시공간이 포함하고 있는 모든 물질과 에너지, 그리고 이들의 진화로 이루어진다. 천문학자들도 우주가 얼마나 큰지, 또 우주의 시간이 얼마나 영원한지는 모른다. 천문학자는 대부분 우주가 100억 년에서 200억 년 전에 매우 뜨겁고 밀도가 높은 상태로 탄생하여 팽창을 거듭한 결과, 오늘날과 같은 차갑고 밀도가 낮은 상태로 진화했다고 여긴다. 이를 대폭발이론이라고 한다. 처음에 우주는 주로 복사에너지로 이루어져 있었으나, 우주가 계속 팽창하면서 복사에너지가 대부분 물질로 바뀌게 되었다. 그 뒤에 남은 복사 에너지는 오늘날 우주의 모든 지역에서 오는 희미한 전파의 형태로 발견된다. 이 복사에너지를 가리켜 우주배경복사라고 한다. 오늘날 우주에 있는 모든 은하단은 계속해서 서로 멀어지고 있다. 우주가 영원히 팽창을 계속할지, 아니면 결국 수축하게 될지는 천문학의 중요한 연구 과제이다.