“해와지구의거리는얼마일까?”
수학과물리학을통해내손으로직접우주의거리를잰다!
고대그리스의천문학부터현대천체물리학까지체계적으로소개하며
‘우주의측량’을천문학·물리학·과학사학적으로한권에담아내다
우주에대한호기심을완벽하게해결해주는책!
우리인간은해와달,별,그리고수많은은하들을발견하고측량하고이해할수있는존재다!
천문학의기본인우주의측량!
해와달,지구,행성,별,우리은하수,그리고외부은하까지
광대한138억년의우주를측량하다
천문학에서우주의측량이중요한이유는우주의크기측량으로부터발견해낼수있는천문학적지식이많기때문이다.가령,지구중심설을믿었던인류는연주시차를발견하여태양중심설이옳다는것을깨달았다.쌍성의공전궤도를잘관찰하면그쌍성을구성하는별들의질량,크기,광도,표면온도와같은여러가지물리량을구할수있고,이러한물리량은항성진화에관한중요한자료를제공한다.또한우리로부터멀리떨어져있는은하일수록우리에게서더빨리멀어진다는‘허블의법칙’은우주의팽창의결정적인근거로해석된다.
책은해와달,지구와같이우리에게익숙한천체부터측량을시작하여별,우리은하수,외부은하에이르기까지우주의거리를넓혀간다.1장‘우주의척도’에서는동서양에서사용되던전통적인단위들과현재전세계적으로사용하는길이·부피·무게의국제표준단위에대해살펴본다.이어서천문학규모에서사용하는킬로미터(km),파섹(pc),천문단위(au),광년(ly)등의거리단위,과학계산에서중요한개념인측정,유효숫자,오차에대해익힌다.
2장‘태양계’에서는고대그리스시대의천문학자들이해와달,지구의크기와거리등을측량한방법,삼각함수의기본원리,내행성과외행성의공전궤도,케플러의행성운동의법칙,뉴턴의만유인력의법칙등을살펴본다.
3장‘별’에서는연주시차를이용하여지구에서가까운별까지의거리를측량하고,쌍성의공전궤도를통해쌍성의질량을구해본다.
4장‘은하’에서는은하수의구조에대해익히고,각크기,각지름거리,케플러의제3법칙등의개념을통해태양계가우리은하수의중심으로부터얼마나떨어져있는지측량하고,초신성1987A까지의거리를측정한다.또한안드로메다은하,대마젤라은하와소마젤란은하에대해알아보고,형태에따른다양한은하의종류,망원경의각분해능,별의밝기와등급,표준촛불로사용되는세페이드변광성과Ia형초신성,도플러효과,적색이동,나선은하의회전속도곡선,암흑물질,암흑에너지,국부은하군등우주를측량하는데필요한중요한개념들을살펴본다.
5장‘우주의팽창’에서는은하들의후퇴속도가거리에비례한다는사실을발견하여우주의팽창을밝힌,20세기의가장중요한과학적발견으로꼽히는허블의법칙에대해알아본다.또한우주팽창을이해하기위해필요한거리개념인동행거리,고유거리,우주축척,허블상수,허블계수,허블시간등에대해익힌다.
6장‘우주론적거리’에서는시공간도와광추곡선을통해고정유클리드시공간과팽창하는유클리드시공간에대해알아본다.앞에서배운각지름거리,고유거리,동행거리는물론,광행거리,광도거리,고유운동거리등천문학에서사용하는우주론적거리개념들을비교하며자세하게살펴본다.
7장‘거시적우주’에서는전세계적인규모에서이루어지고있는여러가지최신우주측량사업들을소개하고,중력렌즈에따른아인슈타인의반지현상과아인슈타인의십자가현상,우주론의원리,우주의나이와회상시간등에대해다룬다.
8장‘우주배경복사’에서는지구에서부터우주거대구조에이르기까지책에서다뤄온긴우주측량의여정을정리한다.또한138억년전우주탄생과정을통해가장최신의천문관측연구라고할수있는우주배경복사의원리과그중요성을배운다.
저자안상현은천문학자이자역사천문학자인만큼천문학적인사실나열에그치지않고,역사적맥락과그발견의주인공인천문학자의면모를드러내는인문적인요소를듬뿍전한다.가령그리스시대에에라토스테네스가지구의크기를최초로측량한방식,세페이드변광성으로부터주기-광도관계를밝힌헨리에타리빗,위성이측정한우주배경복사를연구하여노벨물리학상을받은과학자들의이야기등,그리스시대부터최첨단우주과학에이르기까지인간의호기심이이루어낸우주측량에관한과학적인성과들을흥미롭게책에담았다.그밖에도최첨단연구주제를다루어현대천문학의주요과제를경험할수있다.
『우주의측량』은저자가직접촬영하거나수집한천체의사진과그래프를실어우주측량의원리를시각적으로이해할수있도록했다.또한독자들이활용해볼수있는천문학관련웹사이트를소개하고,곳곳에연습문제를실어배운내용을바탕으로천문학문제를해결해볼수있도록했다.또한독자개개인의수준을고려하여쉽거나어려운지식은부록에따로실음으로써책내용에집중할수있도록했다.프롤로그에서저자가언급했듯우주를측량하기위해“가장중요한준비물은여러분의우주에대한무한한호기심,그리고전자계산기”이다!우주는더이상막연한존재가아니다.이제직접우주를측량해보자!
캄캄한밤하늘의별은더이상막연한존재가아니다
수학과물리학을통해,내손으로직접재는우주의거리!
『우주의측량』은우주를측량하기위해서필요한수학과물리학지식을기초부터차근차근소개해준다.저자안상현은프롤로그에서“일반적으로대중과학서에는되도록수식을쓰지말라고들한다”라며,“그러나원고를고치는중에나는몇가지반성을하게되었다.과학자들끼리는일상적으로수학을사용하여소통하면서일반독자들과는수학을사용하지말고소통하라는것은오히려독자들에게오해를불러일으키는것일아닐까?”라고설명한다.이러한취지에서저자는,과학자들의언어라고할수있는수학적인요소를독자들이제대로이해할수있도록자세히설명함으로써,천문학자들만이알수있는‘우주의측량’에관한전문지식을쉽고친절하게들려준다.기초적인수학개념을까먹거나처음배우는독자들을위해거듭제곱,상용로그,호도법,삼각함수등책을읽는데필요한수학지식을친절하게설명한다.또한우주를측량하는데필요한기초물리학지식인중력이론과일반상대성이론등을소개한다.
이책은기존의연구결과를소개하는데그치지않고독자들이직접계산해볼수있도록곳곳에연습문제를두었다.본문과연습문제의계산과정을상세하게설명하여,일반독자들도천문학자들이사용하는수식을바탕으로천문학지식을이해할수있도록했다.특히모든계산에서현대천문학의관측수치를활용하여,계산결과와최근우주측량관측치가일치하기때문에실제우주를측량한뿌듯함을느낄수있을것이다.책을차근차근따라가다보면어느새어마어마한우주의크기를측량하고있는자신을발견하게될것이다.
일찍이갈릴레오갈릴레이는“우주를읽으려면그언어를배우고그것이적혀진글자에익숙해져야한다.우주는수학이라는언어로적혀있다”라고했다.이처럼이책은천문학을제대로이해하고싶은독자들을위한진정한초석이되어줄것이다.
각지름거리,고유거리,동행거리,광행거리,광도거리,거리지수등
우주론적거리개념을가장명료하게정리한책!
천문학에서말하는거리는일반적으로우리가사용하는거리보다훨씬멀고길다.우리가캄캄한밤하늘을별을보며아득하게느끼는것은아마그별까지의거리를도무지가늠할수없기때문일것이다.이책은우리가일상생활에서사용하는거리단위인센티미터나킬로미터등으로부터시작하여천문학에서사용하는파섹,메가파섹,천문단위,광년등의거리단위를자세하게소개한다.또한각지름거리,고유거리,동행거리,광행거리,광도거리,고유운동거리,거리지수등복잡한우주론적거리개념을명료하게설명하기위해,우주탄생,우주팽창,우주배경복사,허블의법칙등우주측량에관한천문학지식을함께소개한다.
우주론적인거리에서‘고유거리’는우주팽창을고려하여실제로측정한물리적거리인데에비해‘동행거리’는우주공간의팽창에따라함께눈금이늘어나는줄자로잰거리이다.따라서동행거리는우주가팽창해도변하지않는다.이처럼우주를측량하기위해서는천문학에서이야기하는우주론적거리가각각무엇을의미하고,어떻게측정된값이고,어떻게활용될수있는지를제대로이해하는것이중요하다.『우주의측량』의백미는아마도1장부터차근차근살펴본우주측량지식들을바탕으로,6장에서우주론적거리들을이해하고,7장과8장에서우주의탄생과138억년이라는광대한우주의역사,최신천문학연구성과를깨닫는일일것이다.
아주오래전부터인류에게밤하늘의별과달은막연한상상의대상이었다.하지만우리는이제직접달에갈수있게되었고위성을우주에띄워올려우주배경복사를측정하여우주의탄생을깨닫게되었다.또한우주론적거리를측정함으로써은하나우주의생성과정과물리적성질을알수있게되었다.이책을통해밤하늘과함께한인류의긴천문학의여정을떠나보자.
[책속으로추가]
1930년대에츠비키는머리털자리은하단을이루는은하들의운동을연구하여암흑물질의존재를예측하였다.머리털자리은하단을이루고있는은하들은그은하단의중력장에묶여서운동을하고있다.이은하들의평균속력은무려초속1,000킬로미터정도나된다.이렇게빠르게움직이는은하를도망가지못하게붙들어두고있으려면은하단의중력이매우강해야할것이다.그런데머리털자리은하단에들어있는은하의질량을모두더해봐도은하들을붙들어두기에는턱없이모자랐다.그래서츠비키는머리털자리은하단에는우리에겐보이지않지만중력원이되는물질이보이는물질보다훨씬많이있어야한다고주장했다.이러한보이지않는물질을암흑물질이라고불렀다./7장거시적우주(322쪽)
