안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀은 왜 블랙이라는 이름을 갖은건가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.블랙홀이 블랙으로 이름을 불리우는 가장 큰 이유는 빛조차 빠져나올수 없는 강력한 중력을 가진 천체이기에 그렇습니다. 블랙홀은 주변의 모든 물질과 에너지를 끌어당기는 중력을 가지게 되며 그 중력의 힘이 너무 강해서 빛조차 탈출할수 없게 되는 것이지요~ 블랙홀은 외부에서 볼 때 아무런 빛도 방출하거나 반사하지 않게 되면서 완전히 어두워 보이는 블랙의 형태가 나타나게 되는것이지요. 블랙홀의 가장 큰 특징은 중력이 매우 강력하다는것이며 물리학적으로 특이점이라고 불리우는 곳에 의해서 질량이 무한히 작은 공간에 집중되어 있고 그 주변의 공간은 극도로 휘어지며 중력이 무한에 가까워지게 되는 것입니다~!블랙홀이라는 용어의 기원은 존 아치볼드 휠러가 1967년 동그란 검은별이라고 불리우던 것을 중력붕괴체와 같은 표현을 사용하다 블랙홀이라고 간결하게 대중화된 단어를 사용하게 되면서 유래되게 되었습니다! 블랙홀 자체는 빛을 방출하거나 반사하지 않기에 직접적으로 볼수 없으며 가스나 먼지 등이 블랙홀로 끌려가게 되면서 매우 빠르게 회전하거나 고온으로 가열하게 되어 X선이나 감마선과 같은 고에너지 방사선을 방출하며 간접적인 확인을 하게 되는 것입니다~ 블랙홀의 주변을 통과하는 빛이 중력에 의해 굴절되어 중력렌즈 효과를 일으키기도 하고 끌려들어가는 과정에서 주변의 물질이 강력한 X선을 내기도 하는 것이지요~ 블랙홀은 2019년 처음으로 ㅅ자ㅣㄴ을 통해 밝혀졌으며 M87 은하 중심부에 있는 초거대질량 블랙홀을 호라이젠 망원겨을 이용하여 측정하게 되었습니다~ 사진 속에 중앙의 어두운 부분이 블랙홀의 사건의 지평선이며 그 주변에서 뜨겁게 빛나는 가스들이 블랙홀로 빨려들어가며 밝게 빛을 발산하게 합니다.
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Q. 은하수는 어떻게 하늘에 보이게 되는 것인가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.은하수가 하늘에서 보이는 이유는 우리은하 내부에 우리가 살고 있기 때문이며 은하수는 우리 은하의 중심부를 향해 바라본 수많은 ㅕㅂㄹ과 성운, 가스, 먼지 구름의 집합체로서 지구에서 관측할때 거대한 별들의 모임이 하늘을 가로지르는 흐릿한 띠처럼 보이는 현상입니다~ 우리 은하는 나선형 은하로서 중심엔 별들이 밀집된 팽대부와 그 주위를 둘러썬 나선팔이 있게 도지요~ 우리는 태양계를 포함한 지구가 이 나선팔 중 하나인 오리온 나선팔에 위치하고 있으며 중심으로부터 약 26,000광년 떨어진 거리에 있따고 합니다. 은하수의 모습은 우리가 은하의 나선팔을 측면에서 보거나 은하 중심 방향으로 볼때 나타나게 되는데 수천억개의 별이 모여 있는 은하 중심부 쪽을 바라보게 된다면 하늘에 구름처럼 밝게 보이는 띄가 나타나게 되는데 이를 은하수라고 하지요~ 우리가은하의 내부에 있어 은하 전체의 입체적인 모습을 한눈에 보게 되며 은하의 평면을 가로지르는 밀집된 별들의 띠를 관찰하기에 우리는 은하수가 강처럼 넓게 펼쳐진것처럼 느끼게 되는 것입ㄴ디ㅏ~ 은하수는 우리가 어느 위치에 있느냐에 따라 잘 보이게 되며 또한 주변의 날씨나 계절 그리고 광공해에 따라 다르게 느껴집니다. 도신 광공해가 있기에 은하수가 잘 보이지 않으며 맑지 않고 습도가 높거나 구름이 많거나 대기가 오염되면 이러한 것들을 더 쉽게 보지 못하게 되는 것이지요. 또한 계절에 따라 보이는 것 자체가 아예 다른데 우리가 은하의 중심부를 바라볼수 있는것은 여름철 밤입니다. 이는 우리 지구가 공전을 하기 때문이며 우리가 보이는 모습 자체가 여름철에 위치하였을때 (북반구를 기준으로 본다면) 은하의 중심방향으로 향해 있게 되면서 우리가 보이는 모습 자체가 달라지게 되는 것이지요~ 다라서 ㅗ통 5~9월 사이에 우리는 은하의 중심부인 궁수자리 방향을 바라보게 된다면 은하수를 볼수 있께 됩니다! 눈으로는 또 명확하게 은하수를 볼수가 없기에 사진을 장노출 하게 되면서 디테일한 모습을 보게 되며 이는 희미한 별빛까지 포착하게 되면서 아름다운 장관으로 보이게 되는 것이지요!
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Q. 중력의 세기를 어떻게 알 수 있는 건지 궁금합니다.
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.별들의 중력을 직접 측정하기는 현실적으로 불가능하지만 지구의 중력을 구한것과 ㄱㅌ이 질량과 반지름을 이용하여 뉴턴의 중력법칙을 사용하게 되면 중력상수와 중력을 발생시키는 큰 물체의 질량과 작은물체의 질량을 곱하고 두물체사이의 거리의 제곱을 나누어주면 이 값을 정확하게 알아낼수 있께 됩니다. 위의 공식처럼 사용하며 이를 이용하여 별의 중력상수와 별의 질량 및 반지름을 이용하게 되면 알아낼수 잇께 되는것이지요. 그렇다며 ㄴ별의 질량은 어떻게 구하느냐? 보통 두별이 서로 공전하는 쌍성계에서 각 별의 공전주기와 궤도 크기를 알게 되면 케플러의 법칙을 이용하여 별들의 질량을 추정하게 되고 케플러의 3법칙을 사용하게 되면 별들의 질량을 계산하여 중력을 계산하느데 필요한 중요한 정보를 얻게 되는것ㅇ비니다. 별의 스펙트럼을 분석하게 되면 별의 온도와 하학적인 조성 등을 파악해 낼수 있고 이를 통하여 별의 나이와 진화 단계를 알아내고 별이 어느단계에 있는지 따라 이론적인 질량을 추정하고 별의 밝기와 표면온도 등을 통해 별의 질량과 연관성이 있따는것을 토대로 알아내게 되는 것ㅇ빈디ㅏ! 또한 별의 반지름은 별의 밝기와 표면 온도는 별의 크기와 관련이 있기에스테판 볼츠만의 법칙을 이용하여 위의 식을 사용하여 별의 밝기와 표면 온도를 관측하여 반지름을 계산하게 되는 것잊이ㅛ~ 이 이후 별의 질량과 반지름을 알게 되면 별 표면의 중력가속도를 계싼할수 있게 되며 위의 공식을 이용하게 되면 말씀하신 지구보다 28배 강한 중력가속도, 목성도 2.5배가 크다는 값을 계산하게 되실수 있께 됩니다!
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Q. 별마다 이동하는 속도가 다 다른가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.별들은 실제로 모두 움직이고 있지만 그 속도는 별마다 다르지요~ 별들이 은하 중심을 공전하는 속도인 공전속도는 대부분의 별들이 은하 중심의 중력에 의해 궤도를 따라 움직이며 공전속도는 별의 위치에 따라 다르게 나타나게 됩니다. 은하 중심에 가까운 별들은 매우 빠르게 움직이며 이는 중심에 위치한 매우 거대한 질량에 의한 중력으로 이런 현상이 나타나게 되는 것입니다. 은하 외곽으로 갈수록 별들의 공전속도는 느려질것으로 에상하나 실제로는 외곽의 별들도 생각보다 빠르게 움직이는데 이는 암흑물질의 존재때문에 그런것으로 보고 있지요~ 별들이 공전 속도완 별개ㅗㄹ 자체적으로 가지는 고유한 이동 속도를 자유운동속도로서 가지게 되는데 별이 태어날때의 초기 조건이나 근처에 있는 다른 천체들과의 중력적인 상호작용에 따라 달라지게 됩니다. 태양과 가까운 별들은 별마다 고유의 속도로 움직이기에 별자리가 시간이 지나면서 서ㅓ히 변하게 될것이며 이 ㅅ고도는 일반적으로 수십km에서 수백km까지 이르게 될것입니다. 일반적인별들보다 훨씬 빠르게 움직이는 별을 고속도 이동별이라고 하며 이별들은 수백에서 수천km/s로 움직이ㅕㅁ 은하 중심의 블랙홀과 같이 강력한 중력 근처를 지나가며 속도나 다른 별들과의 상호작용을 하면서 나타나게 되는것이지요~별의 속도는 질량, 위치, 환경에 따라 달라지며 질량이 클수록 중력의 영향이 크므로 더 빠르게 은하 중심부나 외곽부에 위치한 별일수록 이동속도가 달라지게 됩니다~ 우리 태양또한 움직이고 있는데 태양은 은하 중심을 약 220km/s 의 속도로 공전하고 있으며 은하 중심을 한바퀴 도는데 약 2억 5천만년동안 움직인다고 알려져 있으며 고유속도로 828,000km정도의 시속으로 움직이고 있따고 합니다!
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Q. 은하계를 나누는것 같은데 은하계의 구분은 어떻게 하나요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.은하는 형태에 따라서 분류합니다~ 먼저 은하들은 외형적인 특징에 따라 여러가지로 나뉘게 되는데 이러한 방법은 에드윈 허블이 먼저 제안하였으며 4가지로 나뉩니다. 첫째 나선은하입니다. 나선은하는 나선팔이 중심에서 바깥쪽으로 뻐ㄸ어나가는 모양으로 밀집된 팽대부와 나선팔로 구성되어 있으며 타원은하는 공 모양 또는 타원 모양을 가진 은하이며 별들의 분포가 균일하게 되어 나선팔이 없으며 나이가 많으며 별이 많은 은하들입니다. 셋째로 불규칙은하입니다. 불규칙은하는 나선도 타원도 아닌 은하이며 구조가 복잡하고 구체적인 형태가 나타나지 않지요~ 마지막으로 막대나선 은하인데 나선형 은하의 변형상태로 은하 중심에서 나선팔이 곧게 뻗너가나는 막대 모양의 구조가 특징적인 친구이지요~ 또한 질량과 크기에 따라 구분하기도 하며(거대은하와 왜소은하), 내용물에 따라 분류하기도 합니다(활동성을 가진 은하, 불활성 은하),거리와 위치에 따라 은하군(몇개에서 수십개의 ㅇ느하들이 묶인 국브은하군), 은하단(수십개에서 수천개의 은하들이 모여 있는 구조물), 초은하단(여러개의 은하들이 모여 이루어진 은하)으로도 구분하기도 합니다!