관측천문학이란?

천문학에서의 모든 정보는 주로 천체로부터의 가시광 영역의 빛, 또는 일반적으로 다른 파장대의 전자기파를 감지하고 분석함으로써 얻어집니다. 관측천문학은 전자기파의 파장대 별로 나눌 수도 있고, 지상에서 관측이 가능한 파장대의 빛도 있지만 어떤 영역대는 높은 고도의 지역에서나 또는 우주에서만 가능합니다. 다양한 관측 천문학들을 살펴봅시다.

관측천문학에는 적외선천문학, 광학천문학, 전파천문학, 자외선천문학, X-선 천문학, 감마선천문학등이 있습니다.

우선 적외선 천문학에 대해서 먼저 알아 보겠습니다.

-적외선천문학

적외선 영역(가시광의 붉은색 빛보다 파장이 긴 대역)의 빛을 감지하고 분석하는 분야입니다. 근적외선을 제외하고는 적외선 영역의 빛은 대기에 의해 거의 흡수되고 지구대기 또한 많은 양의 적외선을 내뿜습니다. 그 결과로 적외선 관측은 높은 고도의 건조한 곳에 위치한 천문대나 우주에서 이루어지고 있습니다. 적외선을 이용하면 행성이나 원시 행성 원반 같이 온도가 매우 낮아서 가시광선을 거의 내지 않는 천체들을 관측할 수 있습니다. 어떤 분자들은 적외선에서 특히 강한 방출선을 내는데 이를 이용하여 성간물질의 화학을 연구할 수 있고 적외선 분광학으로 혜성에 존재하는 물분자를 검출하기도 합니다. 또한 파장이 긴 적외선은 가시광선을 쉽게 가로막는 성간먼지를 투과할 수 있으므로 우리 은하의 중심부와 분자구름 깊은 곳에서 형성되고 있는 젊은 별들을 연구 하는데 유용합니다.

-광학천문학

이 천문학은 가시광선 영역으로 역사적으로 가장 오래된 천문학 분야입니다. 19세기 후반, 20세기에는 사진이나 건판을 주로 이용하였으며 오랫동안 광학 영상은 손으로 그려져 기록되었습니다. 현재는 디지털 검출기, ccd 카메라(빛을 전하로 변화시켜 이미지를 만들어내는 기기)를 사용하고 있습니다. 

-전파천문학

약 1mm 보다 긴 파장대의 전자기파를 연구하는 분야입니다. 관측천문학은 관측된 전파를 개개의 광자로 다루는데 전파천문학은 광자로 다루기보다 파동으로 다룹니다. 그러므로 짧은 파장 영역의 전자기파와 달리, 전파의 세기뿐만 아니라 위상을 측정하는데 훨씬 수월합니다. 어떤 전파는 열적 발산의 형태로 천체에 의해 생성되기도 하지만 지구상에서 관측이 가능한 대부분의 전파는 싱크트론 복사의 형태입니다.

-자외선천문학

10 나노미터에서 320 나노미터 영역대의 자외선 파장을 관측하는 천문학입니다. 이 파장대의 빛은 지구대기에 의해 흡수되기 때문에 지구대기층이 얇은 높은 고도 또는 우주에 자외선천문대가 세워져야 합니다. 이 학문은 파랗고 뜨거운 별들로부터 나오는 방출선들과 열복사를 연구하는데 가장 적합한 분야입니다. 우리은하 밖의 다른 은하에 위치한 푸른 별들은 몇몇 자외선관측의 주요 관측대상이 되어 왔습니다. 다른 관측 대상으로는 행성상 성운, 활동은하핵, 초신성잔해 등이 있습니다. 그러나 자외선은 성간 먼지에 의해 쉽게 흡수되기 때문에 자외선 관측은 소광(extinction)을 정확히 보정해 주어야 합니다.

-X-선 천문학

엑스선 파장대의 빛을 내는 천체를 연구하는 학문으로 전형적으로 X-선은 매우 뜨거운 천체들로부터 싱크로트론 복사, 제동복사 그리고 흑체복사의 형태로 방출됩니다. 그리고 우리 지구에서는 지구대기에 의해 X-선이 흡수되기 때문에 높은 고도로 띄우는 풍선, 로켓, 비행선을 이용하거나 우주망원경 형태로 관측이 이루어지고 있습니다.

-감마선천문학

이 학문은 가장 짧은 전자기 파장대의 천체를 연구하는 천문학 분야입니다. 감마선은 콤프턴 감마선 천문대와 같이 인공위성에 의해 관측되거나 대기 체렌코프 망원경이라 불리는 특화된 망원경을 사용하여 관측됩니다. 체렌코프 망원경은 감마선을 직접적으로 검출하진 않고 감마선이 지구대기에 흡수되었을 때 생성되는 가시광 영역의 반짝임을 감지합니다. 그리고 대부분 감마선을 내뿜는 천체는 감마선 폭발이고 짧은 시간 동안 감마선을 방출하고 금방 어두워집니다. 그 외에 감마선 천체들은 펄사, 중성자별, 활동은하핵이 있습니다.

 

이렇듯 다양한 파장대들을 이용하여 많은 것들을 관찰 할 수 있습니다. 하지만 이런 전자기파 이외에도 다른 방법들을 이용하여 관측을 할수 있는데 중성미자, 중력파 등을 이용하여 우주에서 일어나는 현상들을 관측할 수 있고 탐사선을 이용하여 달이나 혜성 같은 지구 밖의 천체에서 직접 시료를 채취하기도 합니다.

중력파 천문학에 대해 조금 더 설명을 하자면 새롭게 발생한 천문학의 분야로 블랙홀, 중성자별 등으로 구성된 쌍성들이 내는 것 같은 중력파를 검출하는 것을 목적으로 하고 있습니다. 현재까지는 레이저 간섭계 중력파(LIGO) 관측소 같은 관측소가 만들어졌고 2016년 경에는 중력파 검출에 성공함으로써 아인슈타인의 상대성 이론의 강력한 증거가 되었습니다.

중성미자 관측방법은 뉴트리노라고 하는 주로 태양 내부나 초신성 폭발에서 만들어지는 중성입자이고 고에너지 입자인 우주선이 차례로 붕괴되거나 대기의 입자와 반응하면서 만들어지기도 합니다. 이러한 뉴트리노는 중성이라 물질과 거의 반응하지 않으므로 지하시설에 위치한 커다란 용기에 많은 양의 물과 얼음을 채워 놓고 이들이 뉴트리노와 아주 가끔 반응할 때 나오는 미세한 빛을 검출하는 방식으로 관측합니다. 검출기로는 SAGE, GALLEX, Kamioka 같은 특별한 지하 시설이 있습니다.