별들의 거리 측정–검증 가능한가? (별들의 거리)

실제로 별들의 거리를 어떻게 결정할까? 또 결정된 거리는 얼마나 정확한 것일까? 그리고 검증은 가능한가? 여기서 별들의 거리를 결정하는 방법을 소개하려고 한다. 천문학자들은 별들의 거리를 추정하는데 시차(Parallax)방법을 사용한다. 시차라는 것은 소위 겉보기 변위(Shift)를 말하는데 한 물체를 관측할 때 두개의 서로 다른 조준선(Line of Sight)이 교차하면서 배후 면에 만드는 거리이다.

지구가 태양의 궤도를 선회함에 따라서 가까운 거리의 별들은 보다 먼 별들 에 대하여 상대적으로 위치가 더 크게 변하는 것으로 보인다. 그림과 같이 1월 에 하나의 별을 관측하고 6개월 후 7월에 동일한 그 별을 관측하면 원거리 배경 에 있는 별들에 대하여 위치가 변한 것을 알 수 있다. 이 때 그 움직인 정도를 각 도로 표시한 것이 그 별의 ‘연주시차(annual parallax)’이다.[1]

d = 206,265 AU/p
여기서 시차각 (p)의 단위는 아크초(arc seconds ”)이며 1도를 3600으로 나눈 매우 작은 각도(0.0002777°)이다. 이는12.8km (8마일) 떨어진 지점에서 6.2cm 직경의 테니스 볼이 이루는 각과 같다. 거리(d)의 단위 pc(parsec)는 206,265 AU, 즉3.26광년(단위 광년은 빛이 진공에서 일년 동안 달리는 거리)이다. 따라서 파 세크(pc) 단위로 하나의 별의 거리(d)는 다음의 간단한 식으로 결정될 수 있다.

d (pc) = 1/p(“)
먼저 특정한 별에 대하여 연주시차(p)를 관측하여 시차각을 결정하고 위의 수식을 사용하여 그 별의 거리를 계산한다. 이것이 바로 항성연주시차 방법이 다. 여기서 연주시차(p)가 크면 지구로부터 가깝고 작으면 반대로 지구로부터 더 먼 거리임을 나타낸다. 이 방법은 매우 먼 거리의 별들은 시차각이 너무 작아서 적용이 불가하다. 따라서 이 시차측정법은 지구로부터 근거리 별들의 거리를 추정하는데만 이용될 수 있다. 지구에서 가장 가까운 알파 센토리 별(Proxima Alpha Centauri)이 가장 큰 연 주시차를 보여 주는데, 그 값이 0.76” (0.000211° 또는 1.32pc = 4.26광년)이다. 이는 5300m 떨어진 곳에 직경 2cm 구슬이 이루는 각도와 같다. 별들의 거리를 추정하는 또 다른 방법은 별빛의 밝기를 이용하는 방법이다. 이는 보통 600광년 이상의 먼 별들의 거리를 추정하는데 사용된다. 하나의 특정한 별의 밝기(Brightness)를 측정(Magnitude scale)하고 그 밝기를 비교함으로 그 별의 거리를 결정한다.[2] 1989년 유럽우주연맹(ESA)은 HIPPARCOS(High Precision Parallax Collecting Satellite) 위성으로 보다 정확한 시차를 구하고자 하였다. 지표 대기의 영향을 피하여 지구 상공을 선회하는 이 위성으로 1993년까지 과거 어느 때 보다 더욱 많은 별들에 대하여 정확한 시차를 구하였다(Hipparacos Catalogue참조).[3] 하지 만 별들의 거리를 결정하는 원리에 있어서는 조금도 다르지 않다. 이렇게 지상에서 별들의 거리를 추정하는 직접 또는 간접적인 방법 모두가 근본적으로 빛을 대상으로 한다. 전적으로 빛에 의존하는 것이다. 빛은 진공에 서 초속 약 30만km를 진행하지만 오늘날 과학자들은 빛의 속도가 통과하는 영역에 따라 변한다는 것을 실험으로 확인한 바 있다. 그러나 별의 거리를 추정하는 시차방법에서는 빛의 휨이나 에너지의 손실등이 없다고 가정해야하며 또 계산이 적용되는 공간이 삼각함수가 적용될 수 있는 기하공간(Euclid Space)이라고 가정해야 한다. 만일 빛이 통과하는 공간이 삼각함수를 적용할 수 없는 타원우주(Elliptical) 또는 쌍곡우주(Hyperbolic)라면 이야기는 모두 달라진다.[4] 천문학자들은 지금까지 연주시차 방법으로 600광년까지 약 12만개 별들 의 거리를 추정해 왔다. 그들은 오늘날 시차각 측정의 오차 범위를 0.001” (0.00000027778°)로 말하고, 그 정확도에 대하여 약 400개의 근거리 별들의 거 리에 대하여 1%, 그리고 약7000개 별들의 거리는 5%의 오차 범위로 주장한다. 물론 측정장치의 정밀도가 높아지고 계산기의 오차가 줄은 것은 사실이다. 하 지만 아무리 정확성이 높아졌어도 그 거리들이 얼마나 정확한 것인지 검증할 다른 대안이 없다. 가장 가깝다는 알파 센토리 별까지 4.26광년이지만 이를 검 증할 다른 기술이 없는 것이다. 결론적으로 계산된 별들의 거리에 대한 정확성이 어떻든 별들은 지구로부터 매우 먼 거리에 있다. 저절로 우주가 생겼다면… 진화가 사실이라면… 왜 수없 이 많은 별들이 그렇게 멀리 떨어져 있을까? 그럴 필요가 없을 텐데……. 오직 성경만이 “하늘이 하나님의 영광을 선포하고 그가 하신 일을 나타내고 있다(시 19:1)”고 그 이유를 말해 주고 있다.
[1] Palen, S., Theory and Problems of Astronomy, Schaum’s Outline Series, McGrawHill, 2002. [2] Ridpath, I., A Dictionary of Astronomy, Oxford University Press, 1997. [3] Perryman, M.A.C., et al, The HIPPARCOS Catalogue, Astronomy & Astrophysics 323: L49L52, 1999. [4] NASA, Shape of the Universe, WMAP Web: http: //map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html.