(화면 자막)

본 동영상은 행정안전부와 한국정보화진흥원의 지식정보자원관리사업으로 제작되었습니다. 

우주의 형성과 진화 

미지의 세계 우주가 어떻게 형성 되었을까 라는 의문은 누구나 한 번쯤 해봤을 겁니다. 우주 형성에 대해 알아보기 전에 먼저 우리 은하 주위에 있는 별 은하에 대해 알아보겠습니다. 우리가 살고 있는 지구에서 가장 가까운 별은 바로 태양입니다. 천문학 단위로 1 au 로 계산했을 때 지구에서 태양은 대략 1억5천만 km 에 거리에 위치해 있죠. 그렇다면 태양 을 포함한 태양계의 크기는 얼마나 될까요? 우리가 태양계 끝에 가려면 해성들이 떠도는 오르트 구름을 지나야 하는데요. 지구에서 태양계의 가장 바깥 오르트 구름 거리는 무려 5,000au로 지구와 태양 거리의 5만배나 멀리에 있는 것이죠. 해양 외 지구와 가까이에 있는 별에는 무엇이 있을까요? 바로 프록시마 센타우리라는 별인데요. 지구와 약 1.3c거리에 있습니다. 이 거리는 4광년으로 빛으로 4년 정도 가면 되는 거리에 있습니다. 가장 가까이에 있는 태양 말고 다른 별까지의 거리도 빛으로 4년 정도 가야 한다니 상당히 먼거리죠? 

  우리의 태양계가 있는 우리 은하에 크기는 약 10만 광년의 크기를 가집니다. 또한 우리 은하 내에는 대량 2천억 개의 많은 별들이 존재합니다. 이런 사실로 보아 우리의 태양계는 거대한 우주의 한 점에 지나지 않는 것이죠. 우리 은하와 가장 가까운 곳에 위치한 은하에는 무엇이 있을까요? 우리 은하와 가장 가까운 안드로메다 은하까지는 약 230만 광년 떨어져 있습니다. 우리 은하와 안드로메다 은하를 포함하고 있는 은하군을 우리는 북부 은하군이라고 부릅니다. 국부은하군은 지름이 약 600만 광년이 나 된다고 하네요. 이것이 우주에서 가장 먼 거리라고요? 그렇지 않습니다 국부은하군은 우리 우주에서 지극히 작은 부분에 일부 이기 때문이죠. 좀 더 먼 우주로 나가면 머리털 자리라는 은하단이 있습니다. 머리털 자리 은하단은 우리 은하에서 부터 무려 3억 2천 6백만 광년이나 떨어져 있죠. 

1. 우주팽창의 증거 

이제 우주의 구조에 대해 알아볼까요? 우선 우주의 거대 모습을 보겠습니다. 우주라는 거대한 구조를 멀리서 전체적으로 보게 된다면 우리는 우주의 중간중간에 비어 있는 공간인 보이드와 선처럼 연결된 필라멘트 구조를 볼 수가 있는데요. 특히 필라멘트는 은하가 많이 모여있기 때문에 생기는 구조라고 합니다. 그런데 말이죠 우리 은하에서 먼 곳의 은하들을 관측해 보면 그 은하들이 우리 은하로 부터 점점 멀어지고 있다는 것을 알 수 있습니다. 주변은 은하들은 왜 점점 멀어지는 것일까요? 이것은 도플러 효과로 설명할 수 있습니다. 외부 은하들의 스펙트럼을 조사해보면 흡수 선이 원래 위치에 비해 화장이 긴 적색 쪽으로 치우쳐 나타나는 것을 알 수가 있는데요. 보이는 것처럼 이렇게 흡수 선에 파장이 긴 적색 쪽으로 치우쳐 지는 현상을 적색편이라고 합니다. 이처럼 도플러 효과의 의하면 이는 외부 은하들이 모두 우리 은하로 부터 멀어지고 있다는 것을 의미하는 것입니다. 일찍이 허블은 모든 방향에서 보이는 외부 은하들의 적색편이량을 측정하였습니다. 그 결과 외부 은하의 후퇴 속도가 거리와 비례 한다는 사실을 밝혀내는데요.이것은 다시 말해서 거리가 먼 은하일수록 후퇴 속도가 더 빨라 진다는 것을 의미합니다.허블이 발견했다해서 현재 이 법칙을 허블의 법칙이라고 부르고 있죠. 우주가 팽창 한다는 사실을 알려준 것이 허블의 법칙입니다. 이러한 사실을 증거로 해서 빅뱅 이론이 나오게 된 것이죠. 현재 천문학자들은 빅뱅 이론이 우주의 기원을 설명하는 데 가장 적합한 이론이라고 생각하고 있습니다. 

2. 빅뱅이론 

빅뱅이론은 우주의 모든 물질과 에너지가 한 점에 모여 있다가 어느 순간 우주가 팽창하기 시작하여 지금의 우주가 형성되었다고 보는 이론입니다. 빅뱅 이론은 우주 배경 복사의 관측으로 더욱 확실시 되었는데요. 초기에 아주 뜨거운 우주가 점점 팽창 한다면 어느 정도의 온도가 될까? 라는 의문에서 계산해 본 온도가 실제 지금 현재의 우주의 온도로 우주배경복사로 관측에 됩니다. 얼룩덜룩 온도 차이가 나는 것으로 보이나 그 온도차는 정밀하게 측정 하지 않으면 잘 알 수 없을 만큼 작기 때문에 우주배경복사는 우주 모든 방향에서 같은 빛이 온다고 할 수 있습니다. 빅뱅 이후 10의 마이너스 43초, 즉 상상하기도 어려울 정도의 짧은 시간 동안에는 시공간의 혼동이 있었을 것으로 예상하고 있습니다. 이 시기는 물리적인 법칙으로는 아직 설명하기 힘든 시기입니다. 짧은 시간 시공간의 혼돈 후 공간이 급속도로 팽창하는 인플레이션이 일어나게 됩니다. 얼마 후 인플레이션으로 인해서 시공간이 평평해 지게 된 것이죠. 실제로 지금 우리가 있는 우주는 평평한 모습을 하고 있습니다. 그 후 3분 정도 까지 양성자 중성자 등과 같은 입자들이 만들어지고 핵융합 반응이 종료 되게 되고 우주의 대부분을 차지하고 있는 수소나 헬륨 등이 이 시기의 다 만들어 졌습니다. 인플레이션이 일어나고 우주가 차지하고 있는 여러 물질들의 생겨난 후 20만 년까지 는 물질과 빛이 함께 섞여있는 기간이었습니다. 그리고 48만년이 지난 뒤 빛과 물질이 분리 되기 시작했는데요. 이 시기를 우리는 재결합 시기 라고 부릅니다. 우리가 현재 관측하고 있는 우주배경복사는 이 시기에 물질로부터 분리되어 빠져 온 빛입니다. 다시 이야기 하자면 우리는 우주배경복사를 통해 48만년 당시의 초기 우수 를 볼 수 있는 것이죠. 그렇다면 빅뱅 후 별을 비롯해 은하들은 언제 처음 생겼을 까요? 빅뱅이 일어나고 2억년 후에 최초의 별, 즉 최초의 은하가 형성되었고요. 우리의 태양계는 빅뱅 이후 약 87억 년 뒤에 태어났다고 합니다. 우리는 밤하늘을 가득 채운 별처럼 많은 별을 보며 더 큰 꿈을 꿉니다. 미지의 세계의 우주를 향한 근원적 호기심이야 말로 보이지 않는 희망과 미래를 향한 힘이 되어주는 것은 아닐까요?