우리가 사는 지구에서 보이는 우주의 의미

우리가 사는 지구에서 보이는 우주의 의미

오늘날 우리는 우주의 많은 은하 중 하나의 은하에 속한 평범한 별 주변을 돌고 있는 작은 행성에 살고 있다는 사실에 대해 당연하게 여기도 있다. 하지만 이러한 사실은 밤하늘을 그저 슬쩍 보아서는 명확히 알 수 없으며, 그리하여 오랜 시간에 걸친 면밀한 관측을 통해 우리는 우주 안에서의 우리의 위치에 대해 알게 되었다. 이 글에서는 밤하늘의 특징을 우리가 어떻게 이해하게 되었는지를 알아보려고 한다.

1. 지구에서는 우주가 어떻게 보일까?
해가 진 후 어둠이 깔릴 때, 하늘은 천천히 별들로 가득 차게 된다. 도시 불빛으로부터 멀리 떨어진 곳의 맑고 달이 없는 하늘에서는 은하수라고 부르는 희미한 빛의 테를 따라 2,000여 개의 별을 맨눈으로 볼 수 있다. 별을 바라볼 때 당신은 마음속으로 별들이 그려낸 그 문양과 닮은 어떤 모습 혹은 물체를 연상할지도 모른다. 당신이 만약 매일 밤 혹은 매년 그렇게 하늘을 바라본다면, 그 문양은 항상 똑같다는 것을 깨닫게 될 것이다. 밤하늘의 문양은 지난 수천 년 동안 거의 변하지 않고 그대로였다.

2. 별자리
거의 모든 인류의 문명은 자신들이 하늘에서 본 그 문양에 이름을 붙였다. 그 문양을 우리는 별자리라고 부른다. 하지만 천문학자들에게는 그 용어가 조금 더 자세한 의미를 갖는다. 별자리란 잘 구획된 경계선을 가진 하늘의 '일정 영역' 혹은 단지 이름을 붙이는 데 도움이 되는 친숙한 문양의 별들이다.
 밝은 별을 이용하면 하늘의 각 영역에 대한 공식적인 이름인 별자리를 보다 쉽게 찾을 수 있다.
 1928년 국제천문연맹에서는 88개의 공식적인 별자리의 이름과 경계선을 확정하였다. 미국대륙 모든 지점이 각기 어떤 하나의 주에 속해 있는 것처럼, 하늘의 그 어떤 지점도 하나의 별자리에 포함되어 있다.
밤하늘을 마치 이웃처럼 친숙하게 여기게 되는 데에는 20~40개 정도의 별자리만 알아도 충분하다. 별자리를 익히는 가장 좋은 방법은 밖으로 나가서 직접 보는 것이다. 이때 천체투영관에서 얻는 정보다 별자리표 혹은 스마트폰과 태블릿 관련 앱을 이용하면 더욱 좋다.

 

오늘날 우리는 지구가 천구의 중심에 있다는 것이 단지 우리가 지구에서 우주를 바라보기 때문이라는 것을 잘 알고 있다. 그런데도 천구는 지구에서 바라보는 하늘의 지도와 같기에 나름 유용한 착시 효과로 볼 수 있다. 참고로 우리는 천구상에서 네 가지 의미 있는 위치와 대원을 다음과 같이 정의한다.●천구의 북극은 지구의 북극에서 수직으로 올라가 천구와 만난 지점●천구의 남극은 지구의 남극에서 수직으로 올라가 천구와 만난 지점●천구의 적도는 지구의 적도가 천구상에 투영된 원●황도는 천구상에 태양이 1년 동안 지나간 길로 역시 원의 형태를 띠며, 천구의 적도와는 23.5도 기울어지게 된다.은하수 중심부를 가로지르는 검은 선들은 별빛을 가로막는 높은 밀도의 성간구름이다. 사실 이 성간구름 때문에 우리는 수천 광년 이상의 크기를 갖는 우리은하면을 제대로 볼 수가 없었다. 하지만 전파와 엑스선을 이용한 새로운 기술들은 성간구름을 꿰뚫고 맨눈으로는 볼 수 없었던 빛의 모습을 볼 수 있게 해주어, 그 결과 수십 년 전까지만 해도 미지의 영역으로 남겨져 있던 우리은하의 많은 부분을 이제는 볼 수 있게 되었다.

3. 은하수
은하수라고 부르는 빛의 테는 20개가 넘는 많은 별자리를 관통하면서 천구 위를 가로질러 거대한 원을 이룬다. 은하수는 우리가 사는 우리은하와 매우 중요한 관련이 있는데, 은하수는 바로 우리은하의 디스크 면이 디스크 안쪽에 있는 우리에게 보이는 것이기 때문이다.
우리은하는 중심이 불룩한 얇은 팬케이크처럼 생겼다. 우리는 이 '팬케이크'의 중심으로부터 절반보다 조금 더 멀리 떨어진 위치에서 우주를 보고 있는 것이다. 우리가 팬케이크 안에서 우주를 바라보기 때문에 모든 방향에서 셀 수 없이 많은 별들과 성간구름으로 이루어진 밤하늘의 은하수를 보게 되는 것이다. 이것이 왜 빛의 테가 하늘을 가로질러 거대한 원을 이루는지에 대한 설명이다. 은하수는 궁수자리 쪽에서 좀 더 넓게 보이는데, 그곳이 우리은하 중심의 불룩한 부분이기 때문이다. 은하 평면으로부터 멀리 떨어진 은하를 보게 되면 상대적으로 적은 수릐 별들과 구름이 있어 우리 시야를 덜 가리게 되므로 좀 더 깨끗하게 볼 수 있다.

 

4. 천구
하나의 별자리에 속한 별들은 서로 가까이에 있는 것처럼 보이지만 사실 굉장히 멀리 떨어져 있다. 왜냐하면 그 별들은 각각 지구로부터 매우 다른 거리에 있기 때문이다. 이러한 착시 현상은 별이 너무 멀리 있기 때문에 우리가 우주를 바라볼 때마다 발생할 수밖에 없는 거리에 대한 인식 부족이 그 원인이다. 고대 그리스인들은 이러한 착시 현상을 잘못 이해하여 별들과 그 별자리가 마치 지구를 둘러싼 거대한 천구 위에 놓여 있는 것으로 상상하였다.
천구상의 모든 별이 나란히 놓여 있는 것 같지만 사실은 지구로부터 각기 다른 거리에 놓여 있다.

 

5. 국부하늘
천구는 지구에서 바라보는 우주의 겉모습을 생각하는 데 유용하게 사용된다. 하지만 밖으로 나가 실제로 바라보는 하늘은 천구가 아니다. 대신 여러분의 국부하늘(여러분이 어디에 있든지 여러분이 서 있는 바로 그곳에서 보이는 하늘)이 반구 혹은 돔의 형태로 보일 것이다. 돔 형태로 보이는 이유는 우리가 어느 지역 어느 순간에 있더라도 천구의 단지 반쪽밖에 볼 수가 없기 때문이다. 나머지 반쪽은 지평선 아래에 숨겨져 보이지 않는다. 하늘과 땅의 경계선을 지평선이라고 정의한다. 관측자의 머리 위와 맞닿은 천구상의 지점은 천정이다. 자오선은 지평선의 북쪽과 천정 그리고 지평선의 남쪽을 잇는 가상의 반원이다.

 

6. 각크기와 각거리
천구상에서는 거리에 대한 개념이 없기 때문에 천체들의 실제 크기와 천체들이 떨어져 있는 거리를 알아내는 것이 매우 어렵다. 대신 우리는 각크기를 사용해서 두 천체가 실제로 얼마나 떨어져 있는지는 모르더라도 얼마나 떨어져서 보이는지는 기술할 수 있다.
천체의 각크기는 우리의 시야에서 천체가 퍼져서 보이는 각도를 의미한다. 예를 들어 태양과 달은 각크기가 각각 약 0.5º 이다. 여기서 각크기는 실제 그 천체의 크기를 의미하지는 않는다는 점에 주의해야 한다. 각크기도 거리에 의존하기 때문이다. 태양은 실제 지름이 달의 400배에 달한다. 하지만 하늘에서는 해와 달의 각크기가 거의 같다. 왜냐하면 태양이 달보다 400배 멀리 있기 때문이다.
천체 간의 각거리는 천구상의 두 천체가 떨어져 있는 각도를 말한다. 예를 들어 북두칠성의 그릇 끝부분에 있는 '북극성 지시별들' 사이의 각거리는 5º이며, 남십자성의 각거리는 약 6º이다. 손을 뻗어서 보면 천구상의 각거리를 대충 가늠할 수도 있다. 자세한 측정을 위해 1º를 60으로 나누어 60각분(')으로 표시하기도 하고, 1각분을 60으로 나누어 60각 초(")로 표시하기도 한다. 35º27'15"는 '35도 27(각)분 15(각)초'로 읽는다.