해시계 블랙홀 은하수 에드윈 허블 은하

시계, 지도, 항법위성이 발명되기 전에는 어떤 방법으로 시간과 위치를 알았을까? 

옛날 사람들은 하루의 길이가 일정하고 별이 규칙적으로 움직이는 등 자연 관측을 통해서 얻은 사실과 지구가 둥글다는 가정을 통해서 일상생활에 필요한 계산을 할 수 있었다. 

고대 그리스인들은 태양이나 별의 고도를 계산함으로써 지구의 모양과 크기를 이해하기 시작했다. 

그들은 이러한 방법으로 자신이 있는 장소의 위도를 알 수 있었다. 

고대 그리스인들은 구 위에 좌표를 표시함으로써 자신이 지구 상에서 어디에 있는지 알 수 있었다. 

또한 해시계를 사용함으로써 하루 중의 시간을 계산할 수 있었다.

 

지구 둘레 측정

기원전 230년경에 에라토스테네스(기원전 276?~기원전195?)가 태양을 이용해서 지구의 크기를 추정했다. 

그는 시에네에서 하짓날 정오에 태양이 관측자의 머리 바로 위에 있는 현상을 발견했다. 

같은 시각에 시에네의 바로 북쪽에 있는 알렉산드리아에서는 태양이 머리위에서 약 7도 기울어져 보였다. 

그는 지구가 구형(중심각이 360도)이므로 두 도시 사이의 거리가 지구 둘레의 360분의 7도여야 한다고 생각한다.

 

고대 해시계

사람들은 오래전부터 태양을 보고 시간을 알 수 있었다. 

그리고 여러 지방으로 돌아다니는 여행자들이나 상인들은 이와 같이 생긴 해시계를 가지고 그 지방의 시각을 알 수 있었다. 그들은 이 배 모양의 해시계의 뱃머리와 뱃고물 부분에 있는 시준 구멍을 통해 태양의 고도를 측정했다. 

또한 배의 돛대 부분에 있는 움직이는 커서(유표)를 그 지방 위도의 눈금에 맞추면 다림추가 그 지방의 시각을 가리켰다.

 

남태평양 항해

일부 사람들은 폴리네시아에 사던 초기 원주민들이 아주 원시적이어서 북태평양과 남쪽의 뉴질랜드 사이의 먼 거리를 항해할 수 없었을 것이라고 본다. 그러나 뉴질랜드의 마오리족을 포함해서 많은 종족들이 별만 보고 수천 km를 항해했다.

 

해시계의 작동 원리

태양이 하늘에서 움직일 때, 그림자의 방향과 길이가 바뀐다. 

해시계는 정오에 태양이 드리우는 그림자가 자오선(남극과 북극을 하늘을 따라 둥글게 연결한 가상의 선)을 따라 정확하게 남북을 가리키도록 표시막대를 고정해서 사용한다. 

영어에서는 하루를 정오의 앞과 뒤로 시간을 나누어 오전을 에이엠(a.m.), 오후를 피엠(p.m.)이라고 한다. 

이 용어는 태양이 남북 자오선을 통과하기 전과 후를 뜻하는 라틴어에서 각각 비롯되었다.

 

메카 방향 찾기

이슬람교 신자는 기도할 때 거룩한 도시 메카를 바라봐야 한다. 

이슬람 사회에서는 메카의 방향을 '키블라'라고 한다. 

키블라 지시계는 메카의 방향을 알기 위해 중세에 발명한 정밀한 기계이다. 

또한 키블라 지시계는 태양을이용해서 기도를 시작하는 시간과 끝내는 시간을 결정했다.

 

십자가 모양 해시계

크리스트교 순례자들은 몸에 장신구를 걸치면 사치스럽게 보일까 봐 걱정했다. 

그들은 해시계와 종교적 상징인 십자가를 결합함으로써 이 문제를 해결했다. 

십자가 모양을 한 이 해시계는 순례자에게 영국과 프랑스 주요 도시들의 시간을 알려 주었다.

이 시계의 구성은 십자가 맨위 끝에 루앙, 칼레, 툴루스, 위도표시기, 위도 눈금, 나침반, 런던, 등으로 구성되어 있다.

 

천구의

천구의는 위도와 경도를 나타내는 선 위에 별자리 그림과 별을 표시해 놓은 기구이다. 

17세기부터 18세가 사이에 네덜란드동인도회사의 배들은 모두 천구의와 지구의 세트를 싣고 다녔다.  

두 개의 다른 구 위에 표시된 좌표를 비교함으로써 필요한 계산을 할 수 있기 때문이다. 

그러나 실제로 항해를 할 때에는 대부분 평평한 해도를 쓴 것으로 보인다.

천구의는 지금의 지구본과 비슷한 모양으로 둥근 구의 형태에 자오선 테가 구를 받치고 있고 

남십자자리, 남쪽삼각형자리, 센타우루스자리, 바다뱀자리, 아르고자리등이 그려져 있다.

 

위대한 항해자

16세기의 탐험가들은 바다로 나갔을 때 무엇을 발견하게 될지 몰랐다. 

그들의 머릿속은 인어와 바다 괴물에 대한 전설로 가득 차 있었다. 

이 판화는 비록 환상적인 장면을 만이 표현하고 있지만, 

포르투갈의 항해자 페르디난드 마젤란(1480?~1521)이 2개의 각도기를 써서 혼천의상에서 각을 재는 모습도 담고 있다. 배 옆에 태양신 아폴로가 밝게 빛나고 있다. 

항해자들은 하늘에 떠 있는 태양의 위치로 알아냈다.

 

백스태프 사용

백스테프를 이용하면 항해자가 직접 태양을 보지 않고도 태양의 고도를 잴 수 있다. 

항해자는 백스태프를 들고 그림자 시준판이 드리우는 그림자가 수평선 시준판 바로 위로 오도록 조절한다. 

그런 다음, 조준 시준판을 움직여 조준 시준판과 그림자 시준판을 통해 수평선을 볼 수 있도록 한다. 

조준 시준판과 글미자 시준판의 각을 더해서 태양의 고도를 구할 수 있고, 

태양의 고도를 알면 배의 정확한 위도를 결정할 수 있다.

 

수학 사용

바다에서 위도를 알아내려면 정오에 테양의 고도를 알아야 한다. 

그러기 위해서 굳이 시간을 알 필요는 없다. 

태양이 하늘에서 최고점에 있는 한, 태양의 고도는 백스태프나 사분의 등의로 잴 수 있기 때문이다. 

그러고 나서는, 태양의 고도와 천구에서 태양의 좌표관계를 

표현한 간단한 방정식을 풀어서 자신이 있는 곳의 위도를 알아낼 수 있다.

 

우리은하

거의 모든 은하는 우주가 태어난 지 약 30억 년이 지나서 생겨났다. 

은하는 자체 중력으로 스스로 수축하면서 각각 다른 모양을 갖게 되었다. 

우리은하는 약 1000억 개의 별을 포함하고 지름이 10만 광년 정도 된다. 

에드윈 허블은 이 멀리 떨어진 항성계를 최초로 체계적으로 연구한 천문학자이다. 

1923년에 그는 안드로메다은하를 관찰하는 동안 그 안에 있는 어떤 별의 밝기를 측정할 수 있었다. 

허블은 여기서 얻은 정보를 가지고 그 별이 225만 광년 떨어져 있다고 추론했다. 

허블은 은하의 서로 다른 적색이동을 연구한 후에 은하가 우리은하에서 떨어진 거리에 비례하는 속도로 멀어지고 있다고 주장했다. 이러한 허블의 법칙은 우주가 팽창호고 있다는 증거가 된다.

우주론

우주론은 천문학의 한 분야로 우주의 기원과 진화를 연구하는 학문이다. 

우주론은 고대에 시작된 문학이지만, 20세기에 들어서 상대성이론, 입자물리학, 이론물리학의 발전과, 팽창하는 우주에 대한 발견으로 더 든든한 과학적 토대와 접근법을 얻게 되었다.

 

알베르트 아인슈타인(1879~1955)

독일계 미국인 과학자 알베르트 아인슈타인은 질량이 일종의 에너지라고 하면서 뉴턴의 시대부터 지배해 온 물리학의 법칙을 다시 정의했다. 

중력이 공간의 형태와 시간의 흐름에 영향을 미친다는 사실은 과학자들이 

마친내 별의 탄생과 죽음, 특히 블랙홀의 현상을 이해할 도구를 얻게 되었다는 뜻이다.

 

블랙홀

밀도가 높은 초신성의 핵은 수축되어서 블랙홀이 될 수 있다. 

블랙홀은 기체가 블랙홀 안으로 빨려 들어갈 때 기체가 가열되면서 

많은 양의 엑스선을 방출하기 때문에 검출될 수 있지만 그렇지 않을 때에는 발견하기가 매우 어렵다. 

가끔 블랙홀은 주변의 별빛을 휘게하는 중력렌즈로 작용한다.

 

우리은하의 모양

옆에서 본 우리 은하는 달걀 모양의 중심을 나선팔을 포함한 매우 옅은 원반이 둘러싼 모습이다. 

우리은하는 지름이 약 10만 광년이고, 중심에서 두께가 약 1만 광년이었다. 

태양은 중심에서 약 3만 광년 떨어져 있다. 

우리은하가 밤하늘에서 긴 띠처럼 보이는 깕은, 관측자인 우리가 그 안에 있기 때문이다. 

즉, 우리은하 원반이 사방으로 우리를 둘러싸고 있기 때문이다. 

위에서 보면 우리은하는 전형적인 나선은하로, 태양이 나선팔 중 하나인 오리온팔에 있다.

 

소용돌이 은하

소용돌이은하는 약 1400만 광년 떨어져 있는 전형적인 나선은하이다. 

소용돌이은하는 큰곰자리의 꼬리 끝에 있는 희미한 별의 무리인 사냥개자리에서 발견된다. 

19세기에 파슨스는 소용돌이은하를 관측해서 그렸다.

 

은하의 분류

허블은 은하를 그 형태에 따라 타원은하와 나선은하로 크게 나누었다. 

그리고 불규칙은하라는 분류를 따로 마련하여, 모양이 제멋대로여서 타원은하나 나선은하로 분류하기 어려운 은하를 

이 부류에 넣도록 했다. 나선은하는 나선팔의 조여진 정도에 따라 정상나선은하와 막대나선은하로 나뉜다.

 

밤하늘의 은하수

은하수는 우리은하의 또 다른 이름이다. 

지구에서 보면 은하수는 궁수자리 근처에서 특히 빽빽하게 보인다. 

이곳이 우리은하의 중심이기 때문이다. 

너무 많은 성간 먼지가 있기 때문에 광학망원경으로는 은하의 중심을 뛔뚫어 볼수 없지만, 

전파망원경과 적외선망원겨으로는 볼 수 있다.

 

에드윈 허블(1889~1953)

1923년에 미국의 천문학자 에드윈 허블은 안드로메다자리에 있는 성운으로 보이는 천체의 바깥 구역을 연구했다. 

허블은 윌슨산에 있는 지름 254cm망원경을 통해서 성운같이 보이는 부분이 별로 이루어져 있고, 

그들 중 몇몇은 세페이드라고 하는 밝은 병관성임을 알 수 있었다.

 허블은 본디 밝은 별이 희미하게 보이는 까닭은 지구에서 엄청나게 멀리 떨어져 있기 때문임을 깨달았다. 

그의 연구 덕택에 천문학자들은 우주의 광대한 크기를 이해하기 시작했다.