안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 현재 암흑 에너지의 밀도가 시간에 따라 변한다면 우주의 미래는 어떻게 달라질 수 있나요
현재 표 준우주론에선 암흑에너지를 우주상수로 보고 암흑에너지의 밀도는 시간과 상관없이 항상 일정하다고 가정하지만 만약 암흑에너지가 동적인 성질을 가진다면 그 밀도는 시간에 따라 증가하거나 감소할수있게 될것입니다. 암흑에너지의 밀도가 감소하게 된고 중력의 영향이 커지게 된다면 현재는 가속팽창중이지만, 서서히 팽창이 둔화되면서 어떤 시점에선 팽창이 멈춘 뒤 우주의 수축 단계가 될수도 있습니다. 이를 우리는 빅크런치라고 하며 종말을 맞이한다고 보고 있지요. 암흑에너지의 밀도가 일정하게 된다면(현재는 그렇게 믿고 있지만) 우주는 지금처럼 계속해서 가속 팽창을 하게 될것이고 미래엔 은하 간 거리도 너무 멀어지게 되며 별들도 모두 타서 우주가 차갑고 암흑의 공간으로 변하며 열적인 죽음 상태를 맞이할것이라고 보게 됩니다. 암흑에너지가 시간에 따라 점점 더 증가한다면 가속 팽창은 지수적으로 증가하고 은하, 별, 행성, 원자까지 찢어지는 상태에 이르는 빅ㄹ비상태가 되게 된답니다. 암흑에너지의 밀도가 ㅣ간에 따라 변한다는 것은 고젓개편이 초신성을 관측하거나 우주배경복사, 은하분포 분석을 통해 알수 있으며 암흑에너지의 진화모델을 점차 좁혀가고 있땁니다.
Q. 암흑에너지와 암흑물질은 서로 어떤 관련성이 있고 어떻게 다른건가요?
암흑에너지는 우주의 팽창을 가속시키는 힘으로서 약 68%의 비율을 우주에서 가지고 있습니다. 반중력효과로 공간자체에 내재된 에너지일것으로 보이며 초신성이나 우주배경복사, 우주팽창률을 분석하여 관측하지요. 에너지이기에 온도 개념이 없고 중력적인 효과만 존재하는 것으로 봅니다. 반면 암흑물질은 중력으로 끌어당기며 약 27%를 우주에서 차지하고 있습니다. 중력적인 인력이 작용하게 되며 미지의 입자일것으로 생각하고 있습니다. 중력렌즈 효과나 은하의 회전곡선, 우주배경복사등에서 관측할수 있으며 차가운 물질로 간주하고 있습니다. 암흑물질은 우리가 보는 은하들이 일바넞ㄱ인 물질만으로는 현재의 구조를 만들수 없는데 이는 은하의 회전속도가 굉장히 빠른데 이를 보이는 질량만으로는 설명이 불가능 하게 되는것이지요. 따라서 암흑물질이라는 개념을 도입하고 중력을 통해 물질을 끌어모아 은하와 은하단을 형성하는 역할을 해주게 합니다. 암흑에너지는 1998년 초신성을 관측한 결과 우주의 팽창이 감속이 아니라 가속되고 있음을 밝혔는데 이를 통해 중력이 작용하면 팽창 속도가 느려져야하지만 더 빨라지는것을 통해 이를 설명하기 위해 공간에 퍼져 있는 반중력적 성질의 에너지를 도입하게 된것입니다. 이를 제외한 우리가 보는 우주는 약 5%정도밖에 안되는 것이지요!
Q. 24절기가 과학적으로 정확한가요?
24절기는 2000년전 중국 고대 천문학에 기반하여 만들어진 태양력을 기준으로 한 계절의 구분 체계이며 과학적으로 매우 정확하며 천문학적 계절 변화와 거의 일치하고 있습니다. 1년동안 태양이 황도를 따라 이동하게 되는데 그 위치를 15도 간격으로 24등분한것이 24절기이지요. 각 절기는 태양이 특정 황경 위치에 도달하는 순간을 기준으로 보게 됩니다. 그중 가장 유명한 것은 춘분, 하지, 추분, 동지이지요. 24절기는 지구의 공전과 태양의 위치에 따라 정확하게 계산되었으며 현대의 천문 계산 시스템과 거의일치하는 특징을 가지게 됩니다. 하지만 절기는 매년 달라지는데 이는 지구의 공전주기가 365일보다 약간 길어서 윤년이라는 보정하는 달을 넣게 되고 태양이 정확히 어떤 시점에 어느 위치에 도달하느냐를 절기 날짜를 기준으로 1일정도의 차이를 가지게 하는 것입니다.
Q. 북극에 가면 오로라가 있는데 오로라는 어떤 원리로 생성된 것인가요?
태양은 지속적으로 강력한 에너지를 방출하게 하는데 태양풍이 그중하나입니다. 이는 양서자와 전자 등으로 구성된 고에너지 플라즈마 입자로서 시속 수백만 km로 우주 공간을 빠르게 날아다니지요. 지구는 거대한 자석처럼 자기장을 가지고 있는데 이 자기장이 지구를 보호막처럼 감싸고 있습니다. 태양풍이 지구에 도달하면 이 자기장에 의해 대부분 튕겨나가게 되지만 일부는 극지방 근처의 자기장 출입구를 따라 지구 대기로 유입되게 됩니다. 북극과 남극 주변의 자기장의 선이 연결되어 있기 때문이지요. 지구 대기의 상층부의 산소나 질소원자 등이 태양풍 입자와 충돌이 이루어지게 되면 원자들이 들뜬상태가 되었따가 다시 정상으로 돌아오게 되며 여분의 에너지를 빛으로 방출하는 ㅘ정을 거치게 됩니다. 이때 산소가 고고도(200~300km)에서 붉은색의 오로라를 보여주며, 저고도에서는(100~150km) 녹색오로라를 보여주며 가장 흔하고 밝게 보이게 됩니다. 질소는 전체적으로 푸른색이나 보라색을 보여주게 됩니다. 태양풍 입자는 자기력선이 수렴하는 이 북극과 남극지역에서 보이게 되는 것이지요. 보통 오로라는 겨울철밤에 가장 잘보이며 이는 맑은 하늘을 유지하기 때문입니다.
Q. 암흑에너지는 물리학에서말하는 일반에너지와 어떻게 물리적으로 다른건가요?
암흑에너지는 우주의 팽창을 가속시ㅣ는 정체물명의 에너지이며 중력을 밀어내며 우주의 팽창을 가속화 시키는 존재이며 공간 자체에 균일하게 존재한다고 보고 있습니다. 일반적인 에너지가 물질이나 복사 운동등으로 중력적 끌림을 만들거나 에너지를 전달하는것과는 정 반대되는 에너징지요. 암흑에너지는 초신성을 관측하고 우주배경복사 등을 통하여 간접적으로 확인하였으며 아직까지는 미지의 에너지로 불리우고 있습니다. 우주의 팽창을 가속화시키는 원인이지요!