우주가 팽창중이라는 것을 어떻게 아나요?

Question

우주가 점점 커지고 있다는 말을 들은적이 있습니다.

그 속도가 엄청나다는 얘기도요.

그런데 지구에 사는 우리가 우주가 팽창한다는 사실은 어떻게 알 수 있는건지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

우주가 팽창 중이라는 것은 1920년대 후반, 에드윈 허블이 관측한 성운의 붉은 이동현상을 통해 알게 되었습니다. 이 붉은 이동 현상은 빛의 파장이 길어지면 붉게 나타나는 현상으로, 이를 통해 먼 거리에 있는 천체들이 우리로부터 멀어지고 있는 것을 확인할 수 있습니다.

허블은 이 붉은 이동 데이터를 분석하여, 우주가 팽창하고 있다는 것을 발견했습니다. 이후 과학자들은 더욱 정교한 실험과 분석을 통해 이러한 팽창의 증거를 제시하였습니다. 예를 들면, 잔여방사선의 분포, 각성우의 연령, 우주 배경복사 등을 통해 우주의 팽창을 확인할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.

우주의 팽창을 증명하는 주요 증거 중 하나는 '레드시프트'입니다. 레드시프트란 원거리 천체에서 오는 빛이 그 천체가 우리로부터 멀어짐에 따라 스펙트럼상에서 붉은 쪽으로 이동하는 현상입니다. 이 현상은 도플러 효과와 유사한 원리로 작동합니다. 도플러 효과란 소스가 관찰자에게 접근할 때 짧아지고 소스가 관찰자로부터 멀어질 때 길어지는 파장 변화를 설명합니다.

Answer 3

안녕하세요. 이찬호 과학전문가입니다.

1930년대, 우주 과학자 허블은 밤하늘의 별들을 관찰하며 우주의 신비에 푹 빠져 있었다. 그러던 어느 날 그는 대부분의 천체들에서 붉은색 스펙트럼이 관찰된다는 것을 깨달았다. 더욱 놀라운 사실은 천체의 거리가 멀면 멀수록 붉은색 스펙트럼이 더욱 붉게 나타난다는 사실이었다.

붉은색 스펙트럼의 발견이 왜 그리 놀라운 것이었을까? 그것은 도플러 효과로 해석할 때 이전까지의 우주 이론과는 다른 해석을 해야 하기 때문이었다. 우주의 천체에서 나온 빛의 스펙트럼이 붉은색 쪽으로 치우쳐 나타나는 현상은 앞에서 설명한 '적색 편이'를 의미하는 것이다. 즉, 스펙트럼이 붉은색 쪽으로 이동하는 현상은 먼 은하에서 나온 빛의 파장이 길어지고 진동수가 감소하기 때문에 나타나는 것이며, 이것은 곧 우주의 은하가 멀어져 가고 있다는 사실을 나타낸다.

또한, 거리가 멀어지는 은하일수록 이러한 적색 편이 현상이 더 크게 나타난다는 것은 모든 천체가 멀어지고 있을 뿐만 아니라, 멀어질수록 더 빠른 속력으로 멀어져 가고 있음을 뜻하는 것이다. 이것은 곧 기존의 이론인 우주의 크기가 정해져 있다는 사실이 잘못됐으며, 우주는 계속 팽창하고 있음을 의미한다.

허블은 이러한 관측 자료를 토대로 은하가 멀어지는 속력은 은하까지 떨어진 거리에 비례한다는 '허블의 법칙'을 발표하면서 우주가 계속 팽창하고 있다는 사실을 주장했다. 그러나 그의 이러한 주장은 당시 물리학계의 최고 거성인 아인슈타인이 주장하던 정상 우주론을 정면으로 반박하는 것이어서 커다란 반향을 일으켰다.

하지만 허블의 확실한 증거 앞에 결국 아인슈타인도 허블의 주장을 인정하게 되었고, 자신의 우주론에 문제가 있음을 고백했다고 한다.

Answer 4

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

천문학적 관측과 이론적 모델링을 통해 우주의 팽창이라는 현상을 알아낼 수 있습니다. 그러나 우주의 팽창이 완전히 이해된 것은 아니며, 아직 많은 미스터리와 미해결 문제들이 남아있습니다.

Answer 5

우주의 팽창은 천문학에서 관측 데이터를 통해 밝혀진 사실입니다. 이론적으로서도 일반상대성이론에 의해 설명되고 있습니다. 아래는 우주의 팽창을 관측적, 이론적으로 어떻게 알아내는지에 대한 설명입니다:

관측적 증거:

1. 할로 제도프 선명한 분광선: 앤드루 할로 제도프라는 천문학자가 1929년에 분광선 분석을 통해 먼 은하들의 스펙트럼을 조사하였습니다. 그 결과, 거리와 적색편이(빛의 파장이 늘어남) 간의 관계를 발견하였습니다. 이를 할로 제도프 선명한 분광선이라고 합니다. 이 결과를 통해 먼 은하들이 지구로부터 멀리 떨어져 있는 것을 알게 되었습니다.

2. 은하의 분산 운동: 은하들의 분산 운동을 분석하면 우주가 팽창하고 있다는 증거를 얻을 수 있습니다. 먼 은하일수록 더 빠르게 우주로부터 멀어지는 경향을 보이는데, 이는 우주의 팽창 속도를 나타내는 것입니다.

이론적 설명:

1. 일반 상대성이론: 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성이론은 중력을 곡률된 공간-시간의 형태로 설명합니다. 우주의 팽창은 이러한 시간-공간의 곡률에 따른 현상으로 이해됩니다. 우주의 모든 지점이 서로 멀어지는 것처럼 느껴지는 것은 공간 자체가 팽창하고 있는 결과라고 볼 수 있습니다.

2. 빅뱅 이론: 빅뱅 이론은 우주의 초기 상태에서 발생한 대폭발을 설명합니다. 이후 우주가 팽창하면서 현재의 모습이 형성되었다고 여겨집니다.

이러한 관측적 증거와 이론적 설명을 조합하여, 우주가 팽창하고 있다는 결론을 도출할 수 있습니다. 이는 현대 천문학의 중요한 발견 중 하나로, 우주의 크기와 구조를 이해하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.