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행성이나 은하의 거리를 관측할때 거리는 어떻게 측정이 되나요?

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 우주에는, 지구에서 100억 광년 이상 떨어진 천체들도 있다. 멀고 가까운 천체들까지의 거리는 어떻게 잴 까?1. 가까운 행성까지의 거리 구하기금성처럼 가까운 천체의 경우는, 지구에서 발사한 전파가 금성 표면에서 반사되어 되돌아올 때까지의 시 간을 재는 방식을 쓴다. 전파(빛)의 속도는 초속 29만 9792.458km로 정확히 알고 있으므로 행성까지의 거리를 정확히 구할 수 있다.2. 태양까지의 거리 구하기태양은 전파를 반사하지 않는다. 그래서 위의 1의 방법은 사용할 수 없다. 태양의 경우에는, 지구와 금성의 공전 주기, 위의 1의 방법으로 이미 알고 있는 금성까지의 거리, 그리고 어느 행성이든지, 태양으로부터의 거리의 세제곱과 공전 주기의 제곱의 비가 같다.'는 케플러의 제3법칙 을 활용하면 지구~태양의 거리(1억 4959만 7870.70km)를 계산할 수 있다.3. 지구에서 300광년까지의 거리 구하기지구는 태양 주위를 1년에 한 바퀴 돈다. 그러면 지구에서 어떤 별을 봄에 보았을 때와 가을에 보았을 때 는 별이 보이는 방향이 달라진다. 이때 반년 동안 생긴 각도 차이의 절반을 연주 시차'라고 부른다. 지구~태양의 거리를 알면, 삼각 함수를 써서 지구~별(항성)의 거리를 구할 수 있다. 하지만 태양에서 가장 가까운 항성인 프록시마 켄타우리(거리 약 4.2광년)의 경우도 연주 시차는 겨우 0.77"(초), 즉 5000분의 1° 정도밖에 되지 않는다. 따라서 이 방법으로는 300광년보다 더 먼 거리를 측정하기는 어렵다.4. 6500만 광년까지의 거리 구하기예컨대 같은 밝기의 전구라면 멀리 있을수록 어둡고, 가까이 있을수록 밝게 보인다. 이와 같은 원리로, 지 구에서 본 별과 은하의 밝기를 바탕으로 그 별과 은하까지의 거리를 잴 수 있다. 천체의 실제 밝기가 같다면 지구에서 본 겉보기의 밝기는 거리에 따라 달라진다. 겉보기 밝기는 거리의 제 곱에 반비례하므로, 겉보기 밝기로부터 천체까지의 거리를 알 수 있다. 그리고 이 방법에서 중요한 요소인 천체의 실제 밝기를 알기 위해서는, 이미 거리가 알려져 있어서 밝기의 기준이 되는 천체가 필요하다. 세페이드 변광성(시간의 흐름에 따라 밝기가 변하는 별)의 실제 밝기는 이론적인 예측과의 비교를 통해 잘 알려져 있다. 그래서 세페이드 변광성을 기준 천체로 이용하면 6500만 광년까지의 거리를 측정할 수 있다. 만약 기준 천체가 초신성이라면 수십억 광년의 거리까지도 측정할 수 있다.5. 130억 광년까지의 거리 구하기우주는 팽창하고 있는데, '지구에서 먼 은하일수록 빨리 멀어지고 있다(허블의 법칙), 그리고 은하까지의 거리와 속도의 관계를 나타내는 식도 알려져 있다. 그래서 은하가 멀어지는 속도를 알면 은하까지의 거리도 알 수 있다. 은하가 멀어지는 속도는, 은하에서 지구로 오는 빛의 색깔(파장)을 관측하면 알 수 있다. 멀어지는 은하에서 오는 빛은 파장이 늘어나서 지구에 도달한다(적색 이동). 빨리 멀어질수록 빛은 파장 이 크게 늘어나 붉어진다. 반대로 지구에 가까워지는 은하에서 오는 빛은 파장이 짧아진다.출처 : 과학잡지 뉴턴 - 천체까지의 거리를 측정하는 다양한 방법

학문 / 지구과학·천문우주

24.02.03

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