[2023]VII-1-01. 별과 우주 1

1. 연주 시차

하나의 물체를 서로 다른 위치에서 바라보면 물체가 보이는 모습이 다르게 보인다(그림 1). 이러한 두 관측 지점 사이의 각도 차이를 시차라고 한다. 사실 시각의 차이를 ‘각도’로 표현한다는 것은 지극히 논리적이고 과학적인 발상이다. 과학에서는 항상 추상적인 내용을 논리적이고 구체적이게 표현할 수 있어야 하는데, 시각의 차이를 각도로 표현한다는 점이 필자는 인상깊었다. 물론 시험과는 크게 관련 없는 내용이니 깊게 생각할 필요는 없다.

 

그림 1은 시차의 발생 과정을 나타낸 그림이다. A지점에서 새를 바라보면 새가 마치 A`에 있는 것처럼 보인다. 그런데 B지점에서 새를 바라보면 새가 마치 B`에 있는 것처럼 보인다. 즉, 같은 위치에 있는 새를 바라보았지만, 마치 새가 다른 위치에 있는 것처럼 보이게 된다. 이러한 차이는 A와 B 사이의 각도의 차이에서 발생하며 이를 시차라고 하는 것이다.

 

시차는 관측 지점과 물체 사이의 거리가 가까울수록 커지며, 멀수록 작아지게 된다. 결론적으로, 시차는 거리와 반비례한다. 시차에 대해서 이야기하는 이유는 시차의 정의가 별까지의 거리를 계산하는 데 중요한 역할을 하기 때문이다. 이에 대해 알아보도록 하자.

 

지구에서 별까지의 거리는 어떻게 측정할 수 있을까? 이에 대해서 많은 과학자들이 고민을 했다. 그러다가 위에서 언급한 ‘시차’의 개념을 이용하여 지구에서 별까지의 거리를 대략적으로 구할 수 있는 방법을 찾게 되었다. 아래 그림을 살펴보자(그림 2).

 

지구는 태양 주위를 공전한다. 다시 말해 1년이 지나면 지구는 태양으로부터 한 바퀴를 공전하여 제자리로 돌아온다(E1). 그렇다면, 6개월이 지난 시점에서 지구는 어디에 있을까? 바로 그 한 바퀴의 중간 지점이 될 것이다(E2). 같은 별을 바라보더라도 처음의 위치와 6개월 후의 위치에서 바라본 별의 위치는 다를 것이다. 즉, 두 위치 차이의 각도, ‘시차’가 발생하게 되며, 이 시차의 반을 연주 시차라고 한다.

 

연주 시차는 지구에서 별을 바라본 시차의 반이므로, 맨 처음 언급한 시차와 많은 부분에서 공통점을 가진다. 연주 시차는 시차와 마찬가지로 별까지의 거리에 반비례한다. 즉, 연주 시차가 큰 별은 상대적으로 가까이 있으며, 연주 시차가 작은 별은 상대적으로 멀리 있다.

 

연주 시차의 단위는 초(``)이다. 1도(°)는 60분(`)과 같고, 이는 3600``(초)와 같다. 연주 시차가 1``인 별까지의 거리를 1 pc(파섹)이라고 하며, 파섹은 연주 시차의 역수이다. 따라서 아래의 식이 성립한다.

 

이를 통해 몇 가지 별의 거리는 측정이 완료되었다. 다음의 표는 몇 가지 별의 연주 시차와 거리이다.

별까지의 거리를 나타내는 단위는 현재 파섹을 많이 사용하게 되겠지만, 아마도 우리들은 일상에서 ‘광년’이라는 표현을 더 많이 들어보았을 것이다. 1광년(LY)이란 빛이 1년 동안 이동하는 거리이다. LY는 light year의 약자이다.

 

빛의 속도는 근사하여 초속 30만 km이므로, 이를 이용하여 pc과 LY 사이의 관계를 근사할 수 있다. 이는 시험문제에 종종 출제되므로 기억해 두기 바란다.

 

연주 시차는 별까지의 거리를 비교적 간단하게 측정할 수 있는 방법이지만, 그 한계가 존재한다. 시각적인 한계를 이유로, 100 pc 이상 떨어진 별들은 연주 시차에 큰 차이가 없다. 결국 별 사이의 거리를 관찰하기 매우 어려워진다.

 

Edited 23.11.09

Edited by 푸른삿포로