광년

광년은 천문학에서 사용하는 거리의 단위로서 빛의 속도로 1년(율리우스년=365.25일=8766 시간=525960 분)이 걸리는 거리이다. 빛의 속도는 초속 2.99792458×10⁵ km이고, 1년은 3.1557600×10⁷ 초이므로, 1 광년은 9.460730472×10¹² km, 대략 10 조 km이다. 1 광년은 또 63241.1 천문단위(AU)와 0.306601 파섹 (pc)에 해당한다. 광년은 별까지의 거리를 재는데 유용한 단위이다. 천문학자가 별까지의 거리를 재는데 많이 쓰는 또 다른 단위는 pc(파섹)이다. 1 광년은 0.3066 pc이다. 가장 가까운 별로 알려진 센타우루스자리프록시마별까지의 거리는 4.25 광년이고 1.30 pc이다.

광년만큼 널리 쓰이지는 않지만 좀더 가까운 거리를 잴 때는 광초(light second), 광분(light minute), 광일(light day) 등도 거리의 단위로 사용할 수 있다. 지구에서 태양까지의 평균 거리를 나타내는 1 천문단위(AU)는 149,597,870 km이므로 광속으로 가는데, 약 499초가 걸린다. 그러므로 1 AU는 약 500 광초 또는 약 8.3 광분이 된다. 지구에서 달까지의 평균 거리는 약 38만 km이므로, 약 1.3 광초가 된다 (그림 1 참조).

목차

거리를 측정한 역사는 길지만, 광년이나 파섹이란 거리 단위의 역사는 200년보다 짧다. 1838년 베셀 (Friedrich Bessel)이 연주시차를 처음 측정했을 무렵 천문학자들이 사용하던 가장 긴 거리 단위는 천문단위 (AU)였다. 베셀이 측정한 백조자리61별의 연주시차를 거리로 환산하면 660,000 AU였는데 당시 사람들이 상상할 수 있는 거리치고는 엄청난 거리였다. 베셀은 이 거리를 빛이 10.3년 여행해야 갈 수 있는 거리라고 설명했지만, 빛의 속도가 정확하지 않았고, 아직 물리 상수로서 자리 잡지 못하던 시기였기 때문에, 베셀은 광년이라는 단위를 거리의 단위로서 사용하기를 꺼렸다. 게다가 광년이라는 단위를 사용하면 자신이 수고해서 얻은 관측 결과의 정밀도가 훼손된다고 생각했다.

1851년 독일의 대중 천문 잡지에서 '한시간동안 걸을 수 있는 거리'라는 독일의 거리 단위와 비교하면서 '년'이라는 시간 단위로 끝나는 거리의 단위를 설명했다. 1868년에는 영국에서 독일 사람들이 사용하는 단위라고 광년을 표현하면서 이상하다는 듯이 여겼다고 한다. 특히 에딩턴 (Arthur Eddington)은 편리하지도 않고 중요하지 않은 단위라고 비난했다.

우리가 알고 있는 우주가 너무나 크기 때문에 천문단위보다 큰 단위가 필요해서 광년이나 파섹을 사용하지만, 지금도 천문학자들은 광년보다는 파섹을 선호하는 것 같다. 가령 킬로파섹 (kpc)이나 메가파섹 (Mpc)이라는 단위는 흔히 사용되지만 킬로광년 (kly)이나 메가광년 (Mly)이라는 단위는 거의 사용되지 않고 있다.

그림 1. 달에서 출발한 빛이 지구까지 진행하는데 걸리는 시간인 1.255초를 실제시간으로 맞춰본 동영상. ()

지구에서 내가 '오늘' 보는 것들은 모두 '오늘' 모습이다. 하지만, 우주에서는 그렇지 않다. 빛의 진행 속도가 유한하기 때문에 1 광년 떨어져 있는 은하를 오늘 보았다면 그것은 그 은하에서 1년 전에 출발한 빛을 오늘에서야 보았다는 뜻이다. 즉, 지금 보는 달은 1.255초 전의 모습이고(그림 1참조), 지금 보는 태양은 약 499초 전의 모습이다. 이런 방식으로 지구에서 멀리 떨어진 천체는 더 오래 전 모습을 우리에게 보여주고 있다. 우리가 먼 우주를 본다는 것은 우주의 먼 과거를 보고 있다는 의미이다.

적색이동이 가장 큰 은하 중 하나인 UDFy-38135539라는 은하에서 지구에 빛이 도달하는데 131억년이 걸린다고 하니까 지금 관측한 이 은하는 131억년 전 모습을 우리에게 보여주는 셈이다. 이 때는 대폭발이 있은지 6억년이 지났을 때이니, 이런 멀리 있는 은하를 연구하면 우주가 아주 젊었을 때 환경이 어떠했는지 알 수 있게 된다.