천문학의 발전

18세기에 이르기까지 천문학자들은 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성의 여섯 행성만을 알고 있었다. 1781년에 영국의 천문학자인 허셜이 천왕성을 발견했다. 천왕성을 발견한 뒤에, 천문학자들은 천왕성 궤도가 예상 궤도와 다르다는 사실을 알았다. 알려지지 않은 어떤 행성의 중력이 천왕성 궤도에 영향을 주는 것처럼 보였는데, 영국의 애덤스와 프랑스의 르베리에가 이 행성의 위치를 예측했다. 이들의 예측에 따라 1846년에 독일의 천문학자인 갈레와 갈레의 조수인 다레가 해왕성을 발견했다. 또, 천왕성과 해왕성의 궤도를 변화시키는 어떤 행성을 오랜 시간을 두고 찾은 끝에 발견한 것이 명왕성이다. 1930년대에 미국 천문학자 톰보는 명왕성을 발견했다. 로웰천문대에서 광각망원경을 가지고 찍은 사진에서 명왕성을 발견했고, 2006년까지 천문학자들은 이것을 행성으로 분류했다. 하지만 바깥쪽에 있는 태양계에서 명왕성과 같은 크기의 천체인 에리스가 발견되면서 그만한 크기의 천체는 왜소행성으로 새롭게 분류되었다.

이에 따라 점점 우주에 대한 새로운 견해들이 나타나고 20세기초, 우주에 대한 새로운 견해를 내놀은 사람은 독일 태생의 유명한 물리학자인 아인슈타인이었다. 1905년에 아인슈타인은 특수상대성이론을 발표했는데, 이 이론에 따르면, 어떤 것도 빛보다 빨리 움직일 수는 없다. 질량과 에너지는 서로 전환될 수 있으며, 이것을 E=mc²이라는 방적식으로 나타낸다. 이 방적식에서 E는 에너지, m은 질량, c²은 광속의 제곱을 나타낸다. 1930년대에 천문학자들은, 별의 중심에서 핵융합반응이 일어날 때 아인슈타인의 방정식에 따라 질량이 에너지로 변화되는 과정을 통해 에너지를 얻게 된다는 사실을 발견했다. 1916년에 아인슈타인은 일반 상대성이론이라는 중력이론을 제안했다. 이 이론은 제3차원인 공간에 시간을 결합시킨 것이다. 대체로 아인슈타인의 이론을 이용해서 얻은 결과와 뉴턴의 이론을 이용해서 얻은 결과가 크게 차이나지는 않는다. 그러나 전체 우주에 대한 연구나 아주 강한 중력장에서 일어나는 현상에 대한 연구는 일반상대성이론을 적용해야만 한다. 일반상대성이론은 우주가 팽창하고 있음을 암시해준다. 그러나 당시에는 우주의 팽창에 관한 관측이 이루어지지 않은 때여서, 아인슈타인은 우주가 수축도 팽창도 하지 않는 정지 상태에 있다고 생각했다. 그래서 아인슈타인은 정지우주 모형을 만들고자 일반상대성이론의 방정식을 수정했다. 그러나 1929년에 미국의 천문학자인 허블이 우주는 팽창하고 있다는 사실을 발표하자, 아인슈타인은 결국 자신의 원래 방정식으로 되돌아갔다. 현대우주론은 이 방정식의 해법과 입자물리학에 기초를 두고 있다.

그리하여 이러한 새로운 견해들로 인한 발전으로 1957년 10월 4일에 옛소련이 최초의 인공위성을 발사하면서 우주탐사가 시작되었다. 우주탐사의 발달은 여러 방면에서 천문학에 도움을 주었다. 예를 들어, 미국의 우주비행사들은 달에서 실험을 하고, 연구를 하기 위해 암석 표본을 가져왔다. 무인 우주탐사선은 행성을 탐사하여 태양계의 행성에 대한 질문에 답해줄 다양한 정보를 제공했다. 또한 지구의 대기권 밖에서 천체를 관측할 수 있게 되었다. 미국은 1960년대에 무인 퀘도천문대를 쏘아올리기 시작했다. 1973년과 1974년에 미국의 우주비행사들은 스카이래브 우주정거장안에서 망원경으로 중요한 관측을 했다. 1970년대 말에는 중성자별, 퀘이사, 초신성에서 오는 감마선, 엑스선, 우주선을 연구하기 위해 3개의 고에너지 천문대를 쏘아 올렸다. 그리고 1990년에는 허블 우주 망원경이 발사되었다. 이 망원경은 가시광선과 자외선 연구를 위해 240cm 반사경이 장착된 반사망원경이다. 현대의 천문학은 매우 활발한 활동을 보이며 흥미를 끄는 과학분야이다. 새로운 망원경은 천문대와 함께 좀 더 먼 지역을 연구하고, 더 정확한 관측을 할 수 있게 한다. 새로운 망원경에는 하와이섬에 설치된 같은 장비인 켁Ⅰ과 켁Ⅱ가 있다. 각 망원경의 집광 도구는 36개의 육각형 반사경으로 이루어져 있다. 컴퓨터가 이 반사경을 조정해 지름 10m의 면적을 가진 반사 표명의 역할을 하도록 한다. 켁Ⅰ은 1992년에 완성되었고, 켁Ⅱ는 1996년에 완성되었다. 미국 역사상 최대의 망원경 계획은 1980년에 뉴멕시코주의소코로 근처에서 실현되었다. 이곳에 설치된 극대배열전파망원경은 각각의 지름이 25m인 전파망원경 27개로 이루어져 있다. 극대배열전파망원경은 천문학자들에게 하늘의 전파 지도를 작성할 수 있게 해주었다. 초장기선간섭계는 미국 전역에 흩어져 있는 10개의 전파망원경으로 이루어져 있다. 초장기선간섭계는 1993년부터 작동하기 시작했으며, 먼 은하에 대해 더 자세한 것을 알려준다. 관측전문학의 발달은 이론 천문학자들에게 계속 새로운 질문을 던져주고 있다. 예를 들어 만은 천문학자들은 천문대가 감지한 감마선과 엑스선이 생성되는 과정을 연구하고 있으며, 블랙홀과 퀘이사의 물리적 특성은 아직도 연구와 논쟁을 계속해야 할 주제로 남아 있다. 또한 우주론자들은 우주가 대폭발 이후 아주 짧은 시간 동안 급속도로 팽창했다는 인플레이션이론을 연구 중이다. 현재 복합반사망원경은 미국의 애리조나주 투손시 부근에 있고 망원경에는 1.8m짜리 반사경이 6개나 달려 있다. 컴퓨터 조절장치가 한 점에 모든 빛이 모이도록 반사경을 조절한다.