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우주 창조 – 창조 첫날 부터 넷째 날 까지

“태초에 하나님이 천지를 창조하시니라” (창1:1) 구약성경의 창세기 1장 첫 절이다. 창조 첫째 날 하나님이 아무 것도 없는 무(empty) 로부터 시간과 공간 그리고 물질(earth)을 창조하셨다(창1:1)고 선포하고 있다. 이어 다음 구절에서 물질은 아직 그 형태가 결정되지 않았고 공간도 비어있는 상태임을 말해 주고 있다. 또한 고에너지로 생각되는 깊음이 있었고 하나님의 영이 수면 위에 운행하고 계셨다(창1:2)고 기록하고 있다. 그리고 셋째 절에서 하나님은 빛이 있으라 하셔서 빛을 만드셨다(창1:3). 여기서 빛은 가시-불가시 전 영역의 빛으로 빛 자체를 의미하며 물질세계에 존재하는 근본 에 너지로 이해된다. 그 빛으로 말미암아 물질세계를 구성하는 시간과 공간 그리고 물질 모두 활성화되고 그 형태가 결정되었을 것이다. 이어서 하나님은 가시 영역의 빛을 모으셔서 빛과 어둠을 구분(분리)하시고 빛을 낮 (day)이라 칭하시고 어둠을 밤(night)이라 부르셨다(창1:4). 그리고 지구를 자전하도록 돌려서 저녁이 되고 아침이 되도록 하여 첫날을 이루셨다(창1:5)

창조 둘째 날은 하나님이 물 가운데 궁창이 있도록 물과 물을 나누시었다(창 1:6), 이 때 하나님은 궁창을 서서히 넓혀서(당겨서) 빽빽한 물이 윗물과 아랫 물로 나뉘게 하셨다. 하나님은 궁창을 계속 당기시므로 물 가운데 궁창이 넓 어지고 있었고 궁창 위의 물은 계속 밖으로 밀려나 우주 밖으로 향하게 되었고 궁창 아랫물은 지표수가 되었을 것이다(창1:7). 여기서 주목할 점은 궁창을 넓 힌다는 동사는 현재 시제이며 이는 계속되는 과정을 의미한다. 하나님은 궁창을 하늘이라고 칭하셨고 지구가 계속 돌고 있으므로 저녁이 되고 아침이 되어 둘째 날이 되었다(창1:8).

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별들의 거리 측정–검증 가능한가?

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.

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.

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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.

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별의 진화–어디까지 사실일까?

별은 핵융합 반응으로 스스로 빛을 방출하는 항성이다. 별은 중심에서 수 소가 헬륨으로 변환되는 핵융합과정으로 고온의 에너지가 생성되는데, 이때 밖 으로 향하는 방출압력과 항성 내부로 당겨지는 중력이 균형을 이뤄 구형의 가스체를 유지하는 것으로 본다. 이러한 이해를 기초하여 별의 수명은 핵융합의 연료인 수소 가스를 모두 소모하게 되는 기간으로 추산한다. 오늘날 항성의 진 화 분야에서는 별의 생성에서부터 종말까지를 다루며, 진화천문학자들은 모든 항성이 그림과 같이 탄생으로부터 성장과 죽음의 과정을 거치는 것으로 여긴다.

태양 크기의 별들은 중심에서 수소의 연소가 어느 정도 끝나가면서 외부로 뿜어내는 방출압력이 약해지고 그결과로 중력과의 균형이 깨지게 된다. 이 과 정에서 예상되는 물리적인 현상이 간단하지 않지만 결국 내부 물질들은 자체 붕괴를 일으킬 것이다. 중력의 수축으로 별의 중심 온도가 다시 올라가면 헬륨 의 핵융합 반응을 점화시키고, 방출압력이 다시 상승하면서 급팽창을 일으켜 서 거성(Giant)이 된다는 설명이다. 그 후 연료의 고갈로 더욱 불안정한 상태에 이르게 되면, 바깥 부분은 팽창해버리고, 중심은 붕괴하여 백색왜성이라는 종 말 단계를 맞는다는 것이다.

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별빛이 수십억 년을 말해주나?

지금까지 측정된 빛의 평균속도는 진공에서 초당 299,792 km로 약 초속 30만 km 이다. 문헌에 따르면 1676년 이후 164회 이상 광속을 측정한 것으로 보고하고 있다. 하지만 이 광속 측정 값들의 정확도에 대해서는 검증이 어렵고 변화가 거의 없거나 미량이므로 첨단 장치로도 광속의 증감을 알아낸다는 것은 매우 힘든 일이다. 여하간 광속이 일정하다고 할 때 빛의 속도는 1초에 지구둘레를 일곱 바퀴 그리고 반 바퀴를 더 도는 거리를 진행한다. 이 빛의 속도로 달리면 지구에서 달까지 약1초 걸리고 태양까지는 약 8분이 소요된다. 말하자면 우리가 현재 바 라 보는 태양은 8분전 과거의 태양을 보는 것이며 이 순간 태양이 사라진다면 우리 눈에는 8분 후에야 하늘이 깜깜해질 것이다. 같은 원리로 태양에서 만들어진 빛이 진공에서 측정된 광속을 유지하고 달리면 태양계의 끝 행성인 해왕성까지 약 5시간 30분 소요되고, 지구에서 가장 가까운 별인 센토리(α Centauri)까지는 4년 6개월이 걸린다. 이처럼 빛이 일정한 속도로 먼 천체로부터 지구를 찾아 온다고 생각할 때 그 별빛을 보는 것은 그 별의 과거를 보는 것이 된다.

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별을 보셨나요?

별을 정말 보셨나요? 천문우주 강의시 묻는 질문이다. 이 질문을 하면 어떤 분들은 “예” 또 다른 분들은 “아니오”라는 엇갈린 반응을 보인다. 잠시 후 “정직하게 말해서 무엇을 본 것이지요?”라고 하면 곧 질문의 의도를 알아차리고 “빛이요”라고 답한다. 그렇다! 우리는 밤하늘에 반짝이는 빛들을 바라보면 서 그 빛을 별빛이라고 생각한다.

청명한 밤하늘이라면 육안으로도 수많은 빛을 볼 수 있다. 우리가 실제로 보고 있는 이 빛 중에는 그동안 지상에서 보낸 인공위성들이 반사하는 빛들도 있고, 태양계를 구성하는 행성들과 각 행성을 돌고 있는 위성들, 또 화성과 목성 사이에 띠(벨트)로 존재하는 수많은 소행성이나 운석들이 반사하는 빛들, 또 태양계를 돌고 있는 혜성들이 반사하는 빛도 있다. 하여튼 우리는 밤하늘 에 많은 빛을 보면서 별들을 보고 있다고 말한다.

별에 대하여 언급하기 전에 먼저 맑은 물이 들어있는 유리컵에 동전을 넣고 관찰해보자. 물속에 들어 있는 동그란 동전을 어느 각도에서 보더라도 바르게 보기가 쉽지 않다. 공기와 유리 그리고 물속의 빛의 굴절이 다르기 때문이다. 일상의 경험을 통해서 가까운 거리에 있는 물체일지라도 우리의 시력은 사실 그대로 보기 어려운 경우가 많다.