우주와 은하계

18세기 말에 영국의 W.허셜은 를 망원경으로 관측한 결과, 이것이 수많은 항성의 무더기이며, 또 그때까지 하나의 항성으로 생각되었던 안드로메다성운도 별의 집단인, 은하인 것을 알게 되었다. 또 항성의 위치도 결코 불변한 것이 아니라 오랜 세월을 두고 관측하면 조금씩 움직인다는 사실도 발견했다. 은하수는 대략 천구의 대원(大圓)에 따라 퍼져 있다. 다시 말하면 이것은 하나의 평면 위에 자리하고 있는 셈이다. 허셜은 이로부터 은하수의 평면에 집중한 항성의 집단을 생각하여, 태양도 이 집단에 들어 있다는 학설에 도달하게 되었다.

이 집단이 (銀河系)로, 이와 같은 규모의 다른 은하계가 안드로메다은하인 것이다. 여기서 태양은 우리 은하계의 수많은 항성과 같은 존재임을 알게 될 것이다. 우리 은하계도 외부에서 볼 수 있다면, 안드로메다은하와 비슷한 볼록렌즈형의 형태를 하고 있음을 짐작할 수 있는데, 중심부에 비교적 별들이 많이 집중된 핵(核)이 있다. 우리 은하계의 지름은 약 10만 광년, 중심부에서 두께는 약 1만 5000광년으로, 태양은 이 중심부에서 약 3만 광년 떨어진 변두리에 자리한다. 태양도 다른 항성들처럼 은하계의 중심 둘레를 회전하고 있다.

이렇게 움직이고 있는 태양계로부터 다른 항성을 바라보면, 그 위치가 조금씩 달라지는 것은 당연한 이치인데, 이런 항성의 운동으로부터 거꾸로 태양의 속도는 초속 250 km이고, 은하계의 중심은 은하수 가운데 한결 빛나는 궁수(弓手)자리의 방향에 있음을 알 수 있다. 태양은 약 2억년 걸려서 은하계 속을 한바퀴 도는 셈이다.

은하계를 이루는 천체는, 항성만이 아니고 항성에 섞여 성간물질(星間物質)이라고 하는 희박한 물질이 은하면 위에 모여 있다. 이 물질에 가려져 은하계의 중심부나 그 너머를 잘 볼 수 없다. 이 성간물질의 주성분은 수소 기체로, 수소원자는 파장 21cm의 전파를 방출하는데 이 전파는 성간물질에 차단되지 않아 지구로 도달된다.

이 전파의 도플러 효과의 측정으로부터 은하계의 건너 쪽에서 물질이 어떻게 회전하고 있는지에 관해서 알 수 있다. 이 조사에서 우리 은하계에도 안드로메다은하와 비슷한 나선구조(螺線構造)가 있고, 또 회전의 상태로 보아서 우리 은하계의 총질량은 태양의 약 2,000억 배이고 태양은 이 나선 가지(팔)에 해당하는 부분에 자리하고 있음을 알게 되었다.

우리 은하계에는 볼록렌즈형의 부분만이 아니라 은하 코로나(은하 corona) 또는 은하 무리(halo)로 불리는 구형의 영역이 있고, 여기에는 100개 정도의 (球狀星團)이 흩어져 있다. 구상성단은 수만 내지 수십만에 이르는 항성들이 공처럼 밀집한 것인데, 그 거리는 앞서 말한 먼 별의 거리를 측정하는 방법을 응용할 수 있지만, 더 정확한 방법은 그 속에 있는 RR형 변광성(變光星)의 밝기를 측정하는 것이다. 이 종류의 변광성은 0.567일의 주기로 밝기가 변하는 맥동(脈動) 변광성인데, 그 실제 밝기는 태양의 약 100배나 밝다.

그래서 구상성단 안의 이런 변광성의 겉보기 밝기를 측정하면 그 거리를 계산할 수 있다. 구상성단이 분포하고 있는 은하 코로나에도 보통의 성간물질보다 100배 이상 희박한 기체가 있다는 사실이 전파관측으로부터 알려져 있다. 이처럼 우리 은하계에는 볼록렌즈형의 부분과 공처럼 된 부분이 공존하고 있는데, 전자는 제1종족(種族)의 천체, 후자는 제2종족의 천체로 이루어져 있고, 이 두 종족의 성질은 서로 상당히 다르다.