연구대상에 따른 천문학의 다양한 분야(2)

저번글에서 다양한 천문학 분야에 대해 소개를 해보았습니다.

이번에는 행성천문학, 우리 은하 천문학, 외부은하 천문학에 대해서 이야기해보도록 하겠습니다.

첫 번째로 행성천문학은 행성, 위성, 왜행성, 혜성, 소행성 외계 행성 그리고 태양을 공전하는 다른 천체들이 연구 대상입니다. 태양계는 상대적으로 연구가 많이 이루어졌으며 과거에는 관측 도구로 주로 망원경을 이용했는데 최근에는 우주 탐사선이 많은 역할을 하고 있습니다. 많은 탐사로 태양계의 형성과 진화에 관해 많은 정보를 얻게 되었으며 새로운 사실들이 계속하여 발견되고 있습니다. 다양한 행성들은 원시 태양을 두르고 있던 원시 행성계원반에서 생겨났습니다. 중력에 의한 끌어당김, 충돌, 강착 과정을 통하여 원반에 있던 물질들은 큰 덩어리들로 자랐으며 이후 원시 행서들로 진화했습니다. 태양계는 내행성, 소행성대, 외행성의 세 부분으로 나눌 수 있는데 내행성계로 일컫는 지구형 행성들로는 수성, 금성, 지구, 화성이 있으며 외행성계로는 가스 행성들로 이루어져 있고 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 구성되어 있습니다. 해왕성 너머로는 카이퍼대가 존재하며, 가장 바깥쪽에는 최대 1광년에 이르는 거리까지 오르트 구름이 펼쳐져 있습니다. 그리고 태양풍에 의해 많은 행성들이 소멸되기도 하는데 태양풍에 의한 복사압으로 덩어리로 뭉치지 못한 물질들은 쓸려 나갔고 자기가 가지고 있는 가스 대기를 잃지 않을 정도로 무거운 천체들만 살아남았습니다. 이렇게 살아남은 행성들은 계속 커지거나 잦은 충돌로 인해 자기가 가지고 있던 물질들을 방출하기도 합니다. 이렇게 충돌의 증거들은 달이나 수성 등에 있는 많은 충돌구들을 통해 알 수 있고 원시행성들 중 일부도 충돌 과정을 겪었을 것이라고 말하고 있습니다.

행성이나 위성들의 내부열은 이들을 만들었던 물체들끼리 충돌하여 발생한 열과 조석가속으로 인하여 생겨났습니다. 일부 천체들의 경우 화산이나 지각 운동 등 지질학적 활동이 생겨날 정도의 열을 간직하게 되었고 이들 중 대기를 갖게 되는 천체는 바람이나 물로 인하여 지각의 침식 과정을 겪습니다. 그리고 질량이 작은 천체들은 열이 빠르게 식었고 충돌구 생성을 제외한 지질학적 활동을 멈추었습니다. 

행성이 만들어지고 내부에서는 무거운 물질은 행성 중심부로 가라앉고 가벼운 물질은 위에 남는 행성 분화의 과정을 겪게 됩니다. 이 과정을 통해 행성들의 중심에는 철이나 석질의 중심핵이 생성되고 그 위는 보다 가벼운 물질들로 이루어진 맨틀이 형성됩니다. 핵 부위는 고체 또는 액체 성분을 가지고 있으며 일부 행성들의 중심핵은 고유의 자기장을 형성하기도 합니다. 이러한 자기장은 행성의 대기를 태양풍으로부터 보호하여 벗겨져 나가지 않게 하는 역할을 합니다. 

 

두번째로는 우리 은하 천문학입니다. 

우리의 태양계는 국부 은하군에 속하는 막대나선은하인 우리 은하에 속해 있으며, 우리 은하의 중심을 공전하고 있습니다. 가스, 먼지, 별, 암흑물질 등이 서로의 중력을 통해 묶여 우리 은하를 구성하고 있으며 공통 질량중심을 축으로 회전하고 있습니다. 그리고 태양계는 성간 먼지를 포함하는 바깥쪽 나선팔에 위차해 있기 때문에 먼지가 시야를 가려 지구에서 볼 수 있는 우리 은하의 모습은 제한되어 있습니다. 별들 사이에는 가스와 먼지 등으로 이루어진 희박한 성간 물질이 분포하고 있는데 성간 물질의 밀도가 높은 곳에서는 수소 분자 및 다른 원소들로 구성된 분자 구름이 만들어지고 이곳에서 별들이 태어납니다. 별의 생성은 분자구름이 밀집된 암흑 성운의 형태로 시작되는데 이들은 압축되고 붕괴되어 워니별을 형성하게 됩니다. 우리 은하 중심부로 가면 막대 모양의 팽대부가 있고 은하 중심에는 거대한 블랙홀이 있는 것으로 예상하고 있습니다. 은하중심부는 바깥쪽으로 소용돌이처럼 퍼져나가는 네 개의 나선팔로 둘러싸여 있으며 나선 팔은 금속함량이 많고 젊은 항성종족 별들이 만들어지는 곳입니다. 은하 원반을 구형의 은하 헤일로가 둘러싸고 있는데 여기에는 주로 늙은 항성종족 별들과 별들이 조밀하게 뭉친 구상성단들이 분포하고 있습니다. 우리 은하 및 외부 은하에 대한 운동학적 연구를 통해 보이는 물질보다 더 많은 질량이 존재한다는 사실을 알게 되었고 이렇게 빛을 내지 않지만 질량을 가지는 암흑물질의 정확한 본질은 밝혀지지 않았으나 암흑물질 헤일로가 우주에 있는 물질의 거의 대부분을 차지하는 것으로 보입니다. 추가로 질량이 큰 별들이 태어나는 곳의 주변은 빛을 방출하는 가스와 플라스마로 이루어진 특정한 영역으로 진화합니다. 무거운 별들은 강한 항성풍을 방출하고 초신성 폭발로 소멸하게 되는데 이로 인해 주변의 성간물질이 흩어지게 됩니다. 때때로 여러 별들로 이루어진 산개 성단이 만들어지기도 하는데 산개 성단의 별들은 점차 흩어지게 되면서 우리 은하의 항성 종족에 편입하게 됩니다. 

 

세번째 외부은하 천문학입니다.

외부은하 천문학은 말 그대로 우리 은하 밖의 천체와 현상을 연구하는 분야로 주로 은하의 형성과 진화 외부은하의 형태와 분류, 활동은하, 은하단과 은하군, 그리고 이들로 이루어지는 우주 거대구조를 연구합니다. 은하들의 모양에 따라 타원은하, 나선은하, 불규칙 은하로 분류되고 이름대로 타원은하는 하늘에 투영된 모습이 타원을 띄는 은하입니다. 타원은하들은 주로 은하단의 중심부에 위치하며, 어러 은하들이 합쳐져서 만들어졌다고 예상하고 있습니다. 나선은하는 납자학 원반모양을 가지고 있고 중심부의 팽대부와 나선모양의 팔들로 이루어져 있습니다.