우주의크기 재기(우주 거리 사다리)

무수한 은하들

나와 창밖에 떠있는 저 달까지의 거리는 어느 정도 일까? 가장 가까운 은하인 안드로메다는 지구로부터 250만 광년 거리에 존재하고 있다는데 그건 어떻게 알아낸 걸까? 광활한 우주에서 저 무수히 많은 은하와 우리는 얼마나 떨어져 있는 것일까? 이렇게 점차 멀리 떨어진 거리를 한 단계씩 범위를 넓혀 측정하는 천문학적 방법을 '우주 거리 사다리'라고 합니다.

1. 레이더와 비례식

태양계내의 거리 측정은 레이더를 사용합니다. 화성까지의 거리는 화성으로 발사된 레이더가 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 비교적 정확히 알 수 있습니다. (레이더의 속도는 빛과 동일함으로 반사되어 돌아오는 시간을 측정)
거리측정 범위 : 태양계 내

2. 연주 시차

태양계를 벗어나면 레이더를 이용하기가 어려워집니다. 우리 지구에서 매우 가까운 전체라도 빛의 속도로도 수년 이상이 걸리기 때문입니다. 이때 사용하는 방법이 연주 시차입니다. 연주 시차는 지구가 태양을 공전하면서 생긴 천체와의 각도 차이입니다. 연주시차는 그 특성상 6개월마다 반복하면서 관측을 해야 하지만 지구와 비교적 가까운 전체와의 거리 재기에 유용하게 사용되고 있습니다.
거리측정 범위 : ~ 수천 광년

3.H-R(헤르츠스프릉-러셀)도표

연주 시차도 천체와의 거리가 멀어질수록 계속 작아지게 되어 수천 광년이 넘어가면 의미가 없어지게 됩니다. 그다음 방법은 거리의 제곱에 반비례하게 되는 별의 광도를 이용한 방법입니다. 물론 별의 광도는 모두 다르기 때문에 H-R도표라는 방법을 이용해 거리를 잴 수 있습니다. 헤르츠스프릉-러셀 도표는 절대등급, 광도, 항성분류, 표면온도의 관계를 나타내며 이를 이용해 거리를 계산해냅니다.
거리측정 범위 : ~ 수십만 광년

4. 세페이드 변광성

별의 절대 밝기를 알아내면 그 별과의 거리를 알아낼 수 있습니다. 그래서 찾아낸 방법이 세페이드 변광성을 이용한 거리측정입니다. 세페이드 변광성의 변광주기를 이용해 별의 밝기를 알아내고 이를 통해 거리를 측정합니다.
거리측정 범위 : ~ 1억광년

5.1a형 초신성

세페이드 변광성의 문제는 그 밝기가 매우 희미하다는 것입니다. 따라서 거리가 멀어지게 되면 어려움이 생기게 됩니다. 그래서 그다음 방법인 1a형 초신성을 이용합니다. 1a형 초신성의 폭발 최고 광도는 -19.3등급으로 일정하기에 전체와의 거리를 측정할 수 있습니다.
거리측정 범위 : ~ 100억 광년

6. 허블-르메트르 법칙

1a형 초신성을 이용한 방법을 넘어서는 범위는 허블-르메트르 법칙을 사용하게 됩니다. 멀리 떨어진 천체일수록 우리로부터 더 빠르게 멀어진다는 법칙을 통해서 그 천체의 후퇴 속도만 계산할 수 있다면 V=H*R을 이용하여 별까지의 거리를 측정할 수 있습니다. 여기에서 후퇴 속도는 빛의 파장이 관측자로부터 멀어지게 되면 실제 파장보다 길어지게 되는 현상인 적색편이를 이용하여 알아냅니다.
거리측정 범위 : 100억광년 이상