[AstroTech/Week_1] 천문학에 기여한 과학 기술

AstroTech: The Science and Technology behind Astronomical Discovery
by Andy Lawrence, Catherine Heymans
https://class.coursera.org/astrotech-001

제 1주차 강의: https://class.coursera.org/astrotech-001/wiki/Week-1_page

1부 : 우리가 알고 있는 우주 (4 mins)

오늘날 천문가(전문 연구자 혹은 아마추어 천문가이던)들이 알고 있는 우주의 지식은 지난 20년 사이에 급격히 확대 되었습니다. 천문학 교과서조차 관측위주에서 우주론에 더큰 비중을 두고 있는데 그렇게 된 이유가 뭘까요?

Motivating the course. Astronomers know some amazing things - but how do we know?

2부 : 천문학의 혁명 (11 mins)

우리가 요즘처럼 우주에 대한 지식을 광범위하게 확대할 수 있었던 것은 훌륭한 천문학자들이 기여한 덕이지만 과학과 기술의 발전이 미친 영항도 엄청납니다. 천문학이 혁명적으로 발전하게된 계기를 6가지로 요약해보면,

첫째, 망원경의 발명. 망원경의 발명이 천문관측에 끼친 영향은 두말 할 필요가 없죠. 망원경은 실생활의 여러 방면에 활용됩니다. 뱃사람이 보는 망원경과 천문가가 보는 망원경의 의미는 많이 다릅니다. 미신의 영역에서 과학의 영역으로 발전하게된 계기아닐까요?

둘째, 분광학(spectroscopy)의 발달. 17세기 뉴튼이 빛을 분산 스펙트럼으로 들여다 본 이래 수많은 과학 분야에서 활용되었습니다. 어느 물질이 탈때 내는 빛의 스펙트럼을 분석해 보면 그 물질의 조성을 알 수 있죠. 별빛의 스펙트럼을 보기 시작한 것은 2백년이 지난 19세기 때 입니다. 멀리 떨어진 별의 물리적 화학적 특성을 알게된 것이죠. 이제 관측 위주에서 천체물리학으로 전환되기 시작한 계기가 되었습니다.

셋째, 사진기술. 스케치에 의존한 관측기록은 관측자의 사심이 들어가고 경우에 따라 커다란 논란을 잃으키기도 합니다. 19세기의 위대한 방명품인 사진기술은 천체 관측을 객관적으로 영구히 기록하는데 크게 기여했죠. 노출시간을 조절하여 빛을 모을 수 있어 어두운 대상을 기록할 수 있게되었습니다. 오늘날에는 사진 건판대신 전자 감응 장치들이 사용됩니다. 디지털 카메라죠. 

넷째,  다중-파장(multi-wavelength)천문학. 인간의 빛 감각기관인 눈으로 볼 수 있는 빛의 범위는 매우 좁습니다. 우주로부터 전달되는 천체의 다양한 정보는 가시광선 뿐만 아니라 전파, 적외선, 자외선, 엑스선, 감마선등 엄청나게 넓은 범위의 빛이 쏟아져 들어옵니다. 그동안 가시광선에 의존하던 것에 벗어나 20세기 과학기술 발전의 덕분에 넓어진 범위의 빛을 감지할 수 있게되었습니다. 

다섯째, 우주(인공위성) 천문학. 로켓 기술의 발달로 관측장비를 지구밖으로 올려보낼 수 있게 되었죠. 지구의 대기권은 우주로 부터 쏟아지는 빛 중 많은 양을 차단합니다. X선 의 경우 대기권을 통과하며 거의 차단되어 지상에서는 관측하기 힘들죠. 지구 밖으로 올려보낸 엑스선 관측장비를 통해 우주 생성의 기원을 조금이나마 밝히게 되었습니다. 또한 대기로 인해 별빛이 왜곡되고 관측 상이 아주 흐려지게됩니다. 지상의 거대 망원경이라도 허블 우주 망원경에 비할 수 없다는 것을 이미 알고 있죠.

여섯번째, 컴퓨터 기술. 관측한 영상을 데이터화 하여 컴퓨터에 저장하고 분석할때 컴퓨터의 역활은 지대합니다. 수많은 데이터를 수집하고 이를 근거로 이론과 맞춰봅니다. 시뮬레이션을 통해 여러가지 이론을 통합할 수 있으며 관측한 데이터를 활용하여 다시 이론을 수정해 나갑니다.

이 강좌는 6주간에 걸처 천문학의 혁명에 동원된 과학 기술에 대해 살펴볼 것입니다.

2부 천문학의 혁명 한글자막: https://drive.google.com/file/d/0B0_em-XCeoaTNXkwS0hGei0zb2c/edit?usp=sharing

3부 : 천문학의 어려움 (11 mins)

천문학은 멀리 떨어진 천체를 연구합니다. 멀어도 너무 멀고, 진행되는 시간도 너무 느리죠. 빛의 속도가 엄청나게 빠릅니다만 이 빛이 일년간 달려간 거리 쯤은 천문학에서 떨어져 있다고 치지도 않죠. 별의 일생을 100억년이라 하는데 백만년 천만년 정도는 눈깜짝할 새라고 해야 할 겁니다. 이러한 우주의 단위와 규모에서 급격히 발생하는 현상도 있죠. 초신성은 수일내에 갑자기 폭발했다 수개월 만에 사라집니다. 이정도면 눈깜짝할 새도 아니고 뭐라고 할까요. 이것이 천문학을 아주 어렵게 만드는 요인입니다.

Part 4 : The Horse and the Cart (3 mins)
A brief discussion of whether Technology drives Science, or the other way round

QST 지 100년간의 역사

QST 지 100년간의 역사

미국의 아마추어 무선연맹 ARRL의 설립 100주년을 맞이하여 이 단체의 기관지인 QST의 역사를 두권에 묶어 발행되었습니다.

History of QST

1권은 "아마추어 무선통신기술", 2권은 QST에 게제 되었던 "광고" 입니다. 실제로 아마추어 무선이 통신 기술을 이끌었던 초창기의 발전상을 읽을 수 있습니다. 이들의 역사는 정말 통신기술의 역사입니다 만 그들 덕에 "재미"를 누리고 있으니 감사할 따름입니다.

두권 합쳐 구입했습니다. 표지가 페이퍼-백이라 아쉽지만 내용은 영인본으로 양장지에 인쇄되어 있네요. 소장할 가치가 있겠습니다.

SkyWeek 4월 28일에서 5월 4일까지, 화성

SkyWeek 4월 28일에서 5월 4일까지, 화성

이번주 스카이 위크는 화성에 대해 이야기 합니다. 최근 화성은 지구에 아주 근접해 있어서 관측하기 아주 좋다고 합니다만 망원경으로 봐도 그저 황색 점으로 보이고 말죠. 기회가 된다면 대형 망원경이 있는 천문대를 찾아가 보는 것도 흥미있을 겁니다. 화성이 붉게 황적색으로 보이는 것은 화성의 지표색 때문입니다.

태양계에는 여러개의 행성이 있습니다. 그중 지표면을 관측할 수 있는 행성은 수성과 화성 그리고 지구입니다. 물론 지구를 보려면 우주로 멀리 나가야 겠지요. 그외 금성과 토성, 목성, 천왕성, 해왕성은 구름의 모습을 보여줄 뿐이죠.

수성의 표면은 달처럼 거대한 분화구 투성이로 대기가 존재하지 않습니다. 태양이랑 너무 가까워서 기체나 액체따위는 모두 증발해 버리죠. 화성의 지름은 지구의 절반으로 작습니다. 엷지만 대기도 있고 구르도 있고 모래바람이 불며 극지에 이산화 탄소 얼음(드라이 아이스)이 있습니다. 지구와 비슷하죠. 화성에 물의 존재는 그동안 수많은 관심을 불러 일으켰습니다. 물의 존재는 지구 기준으로 생명의 가능성을 엿볼 수 있으니까요. 화성에 물이 있었을 것이란 데는 크게 이견이 없지만 실제로 물이 발견된 적은 없다는 군요. 하지만 최근에도 물이 흘럿을 것이라는 흔적은 탐사선의 사진속에서도 관측되고 있답니다. 화성에 흘러 넘쳤던 그 물은 어디로 갔을까요?

되찾은 무전실.... ^^

되찾은 무전실.... ^^

되찾았다고 했지만 언재 뺏겼던 것은 아닙니다. ㅎㅎㅎ

무려 6개월 만에 아마추어 무선실(HAM Shack)을 꾸몄습니다. 지난번 세들어간 아파트가 너무 도심 길가에 위치해서 롱-와이어 조차 내릴 수가 없었습니다. 그외 집에 문제가 있어 급기야 몇달 만에 다시 이사했습니다. 옥상 층을 구하려 했으나 여의치 않아 이번에도 세들어간 곳은 12층 아파트의 5층입니다. 다행히 건물 뒷면이 나무로 가득 심어져 있어서 몰래(?) 롱와이어 안테나를 설치했습니다.

안테나는 롱-와이어 입니다. 특별히 파장 계산을 한 것도 아니고 행여 눈에 띌까 트랩을 달 새도 없이 그냥 길이 되는 대로 20여 미터 스텐 연선을 늘어 펼쳤군요. 접지를 따로 하지도 못하고 급전부에서 전선을 내려 뜨렸습니다. 모양은 좀 이상 합니다 만 안테나 튜너를 동원해서 80m~10m 까지 전밴드 매칭이 가능하니 다행입니다.

더 손을 보고 제프 안테나도 시도해 보고 싶지만 언감생심. 그저 누군가의 눈에 띄지 않길 바랄 뿐 입니다. 일단 현재 대로 해놓고 신호를 들어보니 유럽신호도 그럭저럭 들어오네요. 아침에는 21Mhz에서 ARRL 100주년 기념국 W1AW/2와 교신도 했군요.

무선국의 구성은 이전과 별 차이가 없군요. 다만 한 켠에 캠핑 도구가 눈에 띕니다. 어디 맘에 드는 시골집 하나 구해 보려고 이리저리 다녀보고 궁리해 봤지만 쉽지 않군요. 느긋하게 맘먹기로 하고 어짜피 이렇게 된 것 이제부턴 떠나는 겁니다. 캠핑과 별보기 그리고 QRP ㅎㅎㅎ

안테나 급전선에 접지선을 내려 뜨렸는데 실제로 접지봉을 밖은 것은 아닙니다. 전선을 길게 해놓고 둘둘 말아 놓긴 했는데 바닥에 넓게 펼칠까요? 아니면 접지봉을 밖는게 좋을까요? 여러가지 실험을 해보면 좋으련만 눈에 띌까 싶어 단번에 해치워야 합니다. 사실 래디얼도 아니고 좀 애매 합니다.

SkyWeek 4월21일부터 27일까지, 사자자리와 레귤러스

SkyWeek 4월21일부터 27일까지, 사자자리와 레귤러스

이제 완연한 봄입니다. 나가놀기 좋은때죠. 기왕 나가는 것 고기 굽다가 심심하면 밤하늘을 보죠.

이번주 스카이 위크는 봄의 별자리 "사자(Leo)자리"와 그에 속한 밝은 별 "레귤러스(Regulus)"를 소개합니다.



지구로부터 79광년 가량 떨어져 있는 레귤러스는 파란 빛을 내는  젊은 별입니다. 별은 우주먼지가 뭉쳐 어느 정도 규모가 되면 중심부가 압력을 받아 수소 원자의 핵반응을 일으켜 탄생합니다. 오리온 자리의 M42 대성운은 엄청난 우주먼지가 모여 있는 곳으로 별들의 탄생지이죠.

SkyWeek Feb.,24-Mar.,2,2014 오리온 대성운과 별의 탄생
http://goodkook.blogspot.kr/2014/02/skyweek-feb24-mar22014.html

허블 우주망원경 덕에 별이 탄생하는 모습을 구경할 수 있습니다. 이런 모습은 지상의 망원경으로 관측하긴 어렵습니다.

별이라고 불리려면 자체적으로  빛을 발해야 하는데 그 에너지 원은 수소 핵융합입니다. 엄청난 규모의 우주 먼지들이 뭉쳐 중심부의 온도가 1만도 까지 오르면 서서히 별이될 가능성이 보이기 시작하죠. 그렇게 서서히 뭉치는데 말이 "서서히"지 약 수천만년에 걸쳐 진행됩니다. 대략 별의 일생은 백억년에 이르니 이정도는 눈깜짝할 새입니다. 마침내 수소 핵반응이 시작되면 별 내부는 1천만도까지 오르며 압력이 거세지지는데 워낙 크고 무겁기 때문에 안으로 뭉치는 중력과 균형을 이루며 1백억년을 살죠. 현재 태양은 45억년 가량 살았습니다. 우주는 138억년 전에 생겼구요.

이런 우주와 별의 시간 규모를 밝힌다고 인간은 부단한 노력을 하는데 그 중 하나가 우주 망원경이죠. 허블 우주 망원경의 활약을 보여주는 "허블캐스트/HubbleCast"

http://www.spacetelescope.org/videos/archive/category/hubblecast/

망원경의 지름은 무조건 크면 좋습니다. 많은 별빛을 모아야 하니까요. 아지만 지상에 커다란 망원경을 설치하려니 중력의 방해로 큰 광학장치를 설치하기 어렵죠. 그래서 여러개의 소형 망원경을 설치해 빛을 한곳에 모아 큰 망원경으로 관측한 효과를 내는데 그 중 윌슨산 천문대의 "차라 CHARA" 관측소가 있습니다. 여러개의 망원경을 배열한 것인데 지름 300미터급에 맞먹는 해상도라고 합니다.

윌슨산 천문대

http://en.wikipedia.org/wiki/Mount_Wilson_Observatory

Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) array

"차라"로 레귤러스를 관측하니 별 모양이 약간 타원이라고 합니다. 이 별은 젊은데 자전속도가 엄청 빠르다고 합니다. 태양의 자전주기가 1달인데 레귤러스는 16시간인 것으로 관측되었습니다.

사실은 태양의 자전속도가 이상하게(?) 느린 것입니다. 별 일생의 반을 살아오는 동안 태양의 자전 속도가 느려 졌는데 그 이유를 모른다고 합니다. 태양풍(Solar Wind)의 영향이라는 가설이 있습니다. 태양풍은 태양에서 방출되는 하전 입자인데 태양의 자기장을 수십억 마일 밖까지 확장 시킵니다. 이 태양의 자기장 영향권과 우주의 자기장이 마찰을 잃으켜 태양의 자전을 느리게 했다고 합니다.

1977년 9월에 탐사선 보이져 1호가 발사되었는데 그 임무중 하나가 태양풍으로 방출된 하전입자를 검출하는 것입니다.

http://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_1
http://voyager.jpl.nasa.gov/mission/interstellar.html

그후 35년간 비행한 보이저 1호는 태양계 넘어 110억 마일 밖까지 나가 태양의 입자를 검출하는데 이것이 과연 태양계의 수수께기를 풀수 있을지 논란은 여전 하다네요.

http://www.usatoday.com/story/tech/sciencefair/2013/03/20/voyager-one-heliosheath/2002679/


HELIOPAUSE
The area in which the outgoing solar wind and the incoming plasma from interstellar space meet. It is the boundary of our solar system.