탐구 보고서
-은하의 지름이 약 10만 광년이라는 것을 어떻게 알 수 있는가?-


1)탐구동기
-과학 교과서의 내용 중에서 은하의 지름이 약 10만 광년이라는 것을 보고 어떻게 10만 광년인지 알 수 있었는지 궁금해졌다. 10만 광년이라는 것은, 빛이 10만년 동안 간 거리라는 것인데, 설마 빛을 쏘아서 10만년 동안 기다려 얻은 것도 아닐 텐데, 어떻게 10만 광년이라는 숫자가 나왔을까? 그래서 나는 이것을 주제로 탐구를 하여 보고서로 작성하기로 하였다.   

2)탐구내용
1.도플러 효과를 사용
 1-도플러 효과는?
 인터넷에 검색하여 어떻게 알아냈는지 찾아보기로 하였다. 가장 먼저 찾은 것은, 우주에서 얻는 거의 모든 정보는 별빛으로 알아낸다는 것과, ‘도플러 효과’ 라는 것으로 별이 얼마나 떨어져있는지 알 수 있고, 심지어는 태양계가 은하 중심으로부터 약 3만 광년 떨어져 있으며, 내가 찾고자 했던 은하의 지름이 약 10만 광년이라는 것도 알아낼 수 있다는 것이다.
 그래서 나는 도플러 효과에 대해서 찾아보았다. 엠파스 백과에서는 ‘소리나 빛이 발원체에서 나와 발원체와 상대적 운동을 하는 관측자에게 도달했을 때 진동수에 차이가 나는 현상.’ 으로 정의 하고, 피리소리가 사람에게 가까워지면 소리가 점점 더 커지고 멀어지면 점점 작아진다는 것으로 예를 들었다.
 또한, 가장 중요한 지구에서 멀어져가는 별에서 나오는 빛은 스펙트럼의 적색 쪽으로 이동하고 지구로 다가오는 별일 경우 스펙트럼에서 보라색 쪽으로 치우쳐 나타난다는 것을 알아내었다. 부가적으로, 이것은 우주이론에 아주 중요한 것이라고 설명되어있었다.

 2-빛의 스펙트럼과 파장
 이것만으로는 이해가 잘 되지 않아 좀 더 찾아보았지만 대부분 복잡한 식과 설명으로 되어있었다. 그래서 직접 질문을 올렸더니 이해가 되었다. 마치 자동차 경적소리가 나에게서 멀어질수록 작아지듯이, 별빛도 멀어지면 멀어질수록 긴 파장을 낸다. 즉, 가까워지는 별은 빛의 스펙트럼 중 보라색에 가까운 색을 낼 것이고, 멀어져가는 별은 적색에 가까운 색을 낼 것이다.   
(※적색 빛은 파장이 길고 진동수가 작지만, 보라색 빛은 파장이 짧고 진동수가 높다.)
 하지만 이것으로 나의 궁금증이 해결되지 않았다. 왜냐하면, 지구로 다가 오는 것과 멀어지는 것만으로 어떻게 거리를 측정 할 수 있는지 이해가 되지 않았기 때문이다.
 이것에 대해서 알아본 결과 빅뱅이론에 기초해서 멀리 있는 천체일수록 더 빠른 속도로 태양계에서 멀어진다는 것이다. 그렇다면 앞서 말했던 ‘가까워지는 별은 빛의 스펙트럼 중 보라색에 가까운 색을 낸다’ 는 것은 수정되야 할 것이다. 빅뱅이론에 따르면 별들 사이의 거리가 점점 커지지, 더 작아지지는 않을 테니까 말이다. 즉, ‘비교적 가까이 있는 별은 태양계로부터 멀리 있는 별 보다 서서히 멀어지므로 빛의 스펙트럼 중 보라색에 가까운 색을 낸다.’ 가 될 것이다. 
 즉, 이런 식으로 우리은하의 가장 마지막 부분이라고 생각하는 부분을 도플러 효과를 사용, 빛을 측정한다면 그 거리를 알아 낼 수 있을 것이다. 

2.연주시차를 사용
 그런데 도플러 효과에 대해 찾던 도중 아주 중요한 것을 발견하게 되었다. 도플러 효과 말고도 거리를 측정할 수 있는 또 다른 방법이 있었기 때문이다. 그중 대표적인 것이 연주시차를 사용한다는 것인데, 100파섹(약 300광년 정도 된다고 한다.) 이내의 별에 사용한다고 한다.
 연필을 들고 멀리 있는 산을 고개를 좌우로 흔들면서 볼 때 연필을 가까이 두고 흔드는 것 이 멀리 두고 흔드는 것보다 배경이 움직이는 폭이 훨씬 크다.
 이 때, 연필을 측정하고자 하는 별 따위의 천체라고 두고, 움직이는 머리를 공전하는 지구로 보면 별의 뒷 배경의 차이를 보고 별의 거리를 측정 할 수 있다. 이 때, 지구의 공전 궤도는 원형인지라 좌우 끝에서 다시 끝으로 가려면 1년이 걸리기 때문에 연주시차라고 부른 다고한다. 이렇게 연주시차를 이용해서도 우리은하의 지름을 측정하는 것이 가능 할 것이다.(우리은하의 지름이 100파섹 미만이기 때문)

결론

우리은하의 지름을 측정하는 방법은 여러 가지가 있을 것이다. 도플러 효과나, 연주시차를 이용한다거나, 언급하지 않은 많은 방법들로 말이다.

3)느낀점
 이번 탐구조사를 통해 가장 크게 느낀점은 그저 조사하는 것도 얼마나 힘든 것인지 깨달았다는 점이다. 도플러 효과 하나를, 그것도 상세히 아는 것이 아니라 거의 수박 겉핥기 수준의 자료만 조사하는데도 배경지식이 부족하니까 상당히 힘들었다. 빛의 스펙트럼이니, 파동이니 하면서 정리하는 것도 꽤나 힘들었다.
 그래도 이렇게 조사하고 생각을 정리하다보니 하나를 알았다는 기쁨도 꽤나 크게 느껴졌다. 사실 연주시차에 관한 내용은 과학 문제집에서도 나왔는데 그냥 보는 정도로 지나쳤는데, 이렇게 조사해 보니 보다 확실히 깨달았다. 이렇게 하나하나 찾아 봐 가면서 알아가는 것도 참 좋은 것이라는 생각도 들었다.

-끝-

과학 탐구 보고서를 작성하는데 위에 있는 글이 맞는 지좀 확인해 주세요. 탐구내용과 결론 부분만 보셔도 됩니다. 힘들게 조사는 했지만 맞는지도 모르겠네요. 현재 중2인데, 보충할 것도 있으면 가르쳐 주세요ㅠㅠ;;