태양계는 태양과 태양을 중심으로 공전하는 천체들의 집단이다. 태양은 우주가 탄생한 후 별과 은하가 형성되는 과정에서 만들어진 수많은 별들 중 하나이다. 태양계는 태양을 비롯하여 태양 주위를 돌고 있는 행성 8개, 위성, 왜소행성, 소행성, 혜성, 유성체 등으로 이루어져 있다. 이와 같은 태양계는 어떻게 만들어진 것일까? 예로부터 태양계의 형성에 대해서는 수많은 가설이 존재했다. 대표적인 가설로는 성운설, 와동설, 조석설, 미행성 응집설 등이 있다. 성운설은 성운이 수축되어 태양계가 형성되었다고 설명한다. 그러나 이 가설은 오늘날 태양의 느린 자전을 설명할 수 없다는 문제점이 있다. 한편 와동설과 조석설은 모두 태양에서 떨어져 나온 물질이 태양계를 형성한 것으로 설명한다. 그러나 두 가설 모두 태양에서 떨..
우주에는 가벼운 수소부터 무거운 원소에 이르기까지 여러 종류의 원자들이 존재 하고 있다. 이처럼 다양한 종류의 원자들은 서로 반응하면서 새로운 물질을 생성한다. 우주에 존재하는 물질의 종류에는 어떤 것이 있으며, 어떻게 생성된 것일까? 우주에서 헬륨 원자가 다른 원자와 새로운 화합물을 형성하지 않고 그 자체로 존재한다는 사실은 헬륨 원자가 우주에서 안정하다는 것이다. 그렇다면 수소의 경우 수소 원자로만 존재하지 않고 수소 분자로도 존재하는 이유는 무엇일까? 중성 상태의 수소 원자는 전자를 1개 가지고 있는데, 전자 1개로는 수소 원자가 그리 안정하지 않다. 수소 원자가 안정하기 위해서는 헬륨처럼 전자를 2개 가지면 된다. 이를 위해서 수소는 원자끼리 부딪칠 때 상대방의 전자를 서로 공유하는 방식으로 결합..
은하는 별들이 모여 이루어진 거대한 집단으로 우주의 기본적인 구성단위이다. 우주 공간에는 무수히 많은 은하가 분포되어 있으며 태양계를 포함하는 우리 은하도 이러한 은하 중 하나이다. 처음 은하를 관측했을 때는 관측 장비가 정밀하지 않아 우리 은하의 바깥에 존재하는 외부 은하를 성운으로 인식하기도 하였다. 허블 법칙을 발견하는 과정에서 외부 은하의 거리에 대한 논란이 끝난 후 외부 은하에 관한 연구는 급속도로 발전하였다. 현재까지 관측된 외부 은하는 수십만 개에 이른다. 1926년 허블은 여러 은하를 분류하는 기준을 제시하였으며, 이 기준은 은하를 분류하는 방법으로 가장 널리 이용되고 있다. 허블의 분류 방법은 하늘에서 쉽게 관측이 가능한 밝은 외부 은하에 제한되어 있지만, 외부 은하의 중요한 물리적 특성..
밤하늘에서 오리온자리를 관측해 보면 별의 주변에서 밝게 빛나는 구름과 같은 것을 볼 수 있다. 이것은 우주 공간에 존재하는 기체와 먼지 티끌이 모여 마치 구름처럼 보이는 것으로, 이를 성간운이라고 한다. 우리가 관측하는 별들은 이와 같은 성간운에 있는 물질이 모여 뭉쳐지면서 탄생한 것이다. 성간운에서 처음에 별은 어떻게 탄생하는 것일까? 처음에 별은 성 운이 모이면서 탄생하기 시작한다. 성간운의 일부가 외부 요인 때문에 밀도가 높아지면 중력이 다른 지역보다 커져서 주변의 물질을 끌어 모은다. 이렇게 물질이 모이면서 성간운 중심에는 거대한 가스 구름의 소용돌이가 생기며 이곳에서 새로운 천체가 탄생하게 된다. 이렇게 형 된 천체가 원시 항성이다. 원시 항성이 탄생한 후 성간운을 구성하는 기체와 먼지 티끌은 ..
처음 빅뱅으로 우주의 팽창을 설명하였을 때는 많은 문제점이 있었다. 특히 우주가 일률적으로 팽창한다고 가정하였으므로 구처럼 구부러진 우주의 모습이 관측되어야 할 것으로 여겨졌지만, 과학자들이 관측한 우주는 거의 평탄한 모습이었다. 또한 우주의 서로 다른 반대편에 존재하는 물질은 200억 광년이 넘게 떨어져 있으므로 그 성질이 다를 것으로 여겨졌으나, 거의 같은 물질이 관측으로 확인되는 점도 이해할 수 없었다. 이러한 문제들을 해결한 것이 초기 우주가 탄생하면서 아주 짧은 시간 동안에 급속히 팽창하여 현재의 우주를 만들었다는 인플레이션 이론이다. 초기 우주에서 인플레이션이 일어나자 우주는 10초 사이에 우주의 반지름이 약 10배로 증가하였다. 인플레이션에 의한 급격한 우주의 팽창은 현재 우리가 관측하는 우..
우주의 진화를 설명하는 대표적인 이론에는 ‘우주는 시간과 공간에 관계없이 항상 변하지 않는다.의 정상 우주론과‘우주는 시간이 지나면서 팽창하며 변화한다.’는 팽창 우주론이 있다. 일반 상대성 이론을 완성한 아인슈타인은 우주는 불변한다고 생각하여 정상 우주론에 대한 연구를 진행하였다. 아인슈타인는 일반 상대성 이론으로 유한하고 정적인 우주를 설명하기 위해 다음과 같은 두 가지 전제를 내세웠다. 첫 번째는‘우주는 전체적으로 균질하고 등방성을 가지고 있다.’는 것이다. 즉, 우주는 중력 때문에 부분적으로는 휘어진 공간이 있을지라도 전체적으로는 어느 부분이나 동일하다는 것이다. 이는 만약 어느 한 부분의 밀도가 주변보다 높다면 우주는 그곳을 중심으로 수축될 것이기 때문이다. 두 번째는‘우주는 전체적으로 정지되어..
우주가 탄생하고 3분 뒤 온도가 더욱 낮아지자 우주에서는 양성자와 중성자가 서로 충돌하면서 융합하여 원소의 원자핵이 형성되기 시작하였다. 그림 18과 같이 먼저 양성자와 중성자가 융합하여 양성자와 중성자가 각각 1개인 중수소 원자핵이 형성되었다. 그리고 중수소 원자핵끼리 융합하면서 양성자 1개와 중성자 2개로 이루어진 삼중 수소 원자핵을 형성하고 1개의 양성자를 남겼다. 이러한 과정을 거치면서 우주에는 이전까지 없었던 수소 원자핵과 헬륨 원자핵이 형성되었다. 이때까지도 전자는 매우 빠르게 움직이고 있었기 때문에 전하를 띤 전자가 전하를 띤 원자핵과 결합 할 수 없었다. 따라서 물질의 성질을 가지는 원소는 아직 만들어지지 않았다. 당시의 우주에는 간단한 원자핵과 전자 이외에도 많은 빛이 존재하고 있었다. ..
사람들은 밤하늘의 별을 쳐다보면서 드넓은 우주를 생각할 때가 있다. 옛날 사람들이 생각했던 우주는 신화와 전설에 바탕을 두어 설명하였기 때문에, 과학적으로 우주를 바라보며 설명하는 오늘날의 우주관과는 거리가 있었다. 이후 고대 그리스 철학자들을 중심으로 과학적인 접근법을 통해 다양한 우주관이 거론되기 시작하였다. 고대 과학적인 우주관을 대표하는 인물에는 아리스토텔레스가 있다. 그는 ‘우주는 시간과 공간적으로 시작과 끝이 없으며 영원불변하고 완전무결한 존재’라고 주장하였다. 이와는 반대로 에피쿠르스 학파는 ‘우주는 불완전한 혼돈의 상태에서 점차 완벽하게 질서가 잡혀가는 변화무쌍한 존재’라고 주장하였다. 오늘날에 와서도 이러한 우주관은 큰 변화가 없었다. ‘우주는 항상 변하지 않는다’는 정상우주론과‘우주는 ..