연주 시차(Stellar parallax)

우리는 밤하늘에서 별들을 관찰할 때 하나의 점으로만 보이지만 실제로 그들은 태양보다 훨씬 더 큰 크기를 가지고 있는 것들이 많습니다. 그렇다면 별들은 얼마나 멀리 떨어져 있는데, 우리는 그들을 한 점으로만 관측할 수 있을까요?

 

별들은 실제로 우리가 관찰하는 것보다 훨씬 크고 먼 거리에 위치해 있습니다. 별의 크기는 반지름이나 질량과 같은 천체의 특성에 의해 결정됩니다. 또한, 별의 거리는 여러 가지 방법으로 측정할 수 있습니다. 그 중에서도 가장 기본적인 방법은 연주 시차(삼각 시차)를 이용하는 것입니다.

 

연주 시차를 활용한 거리 측정

연주 시차는 지구가 태양 주변을 공전하면서 별의 위치가 변하는 현상을 의미합니다. 이 변화를 정밀하게 측정하면 삼각함수를 이용하여 별까지의 거리를 구할 수 있는데 연주 시차는 100광년 이내의 가까운 별들에 대해서 주로 적용됩니다.

 

연주 시차를 이용하여 별의 거리를 측정하기 위해서는 먼저 별의 이동을 관찰하기 위해 6개월 간격으로 관측을 진행합니다. 이렇게 얻은 관측 결과에서 별의 위치 변화를 분석하고, 이동한 각도의 절반을 구합니다. 이 각도를 이용하여 삼각함수(특히 사인 함수)를 활용하여 별까지의 거리를 계산합니다.

 

하지만 연주 시차는 주로 가까운 별들에 대해서만 유효한 측정 방법입니다. 100광년 이내의 가까운 별들에 대해서는 상대적으로 정확한 거리 추정이 가능하지만, 이보다 더 먼 거리에 있는 별들의 경우에는 다른 거리 계산 방법을 활용해야 합니다.

 

삼각함수를 이용하여 별까지의 거리를 구하는 방법은 연주 시차를 기반으로 합니다. 거리를 파섹(pc) 단위로 표시하면 다음과 같은 공식을 사용합니다.

 

 

여기서 d는 별까지의 거리를 파섹(pc) 단위로 표시한 것이고, 파섹은 연주 시차가 1초각인 별까지의 거리로 정의되는 단위이며 약 3.26 광년에 해당합니다.

 

연주 시차를 사용한 거리 측정 방법은 기하학적인 원리를 기반으로 하기 때문에 정확도가 높은 장점이 있습니다. 그러나 각도가 너무 작아서 측정이 어렵다는 단점도 있습니다. 일반적으로 광학 관측으로는 0.01초각 이상의 연주 시차만 측정할 수 있으며, 이는 약 100파섹 또는 326광년 이내의 별에만 적용할 수 있습니다.

 

만약 더 멀리 있는 별의 거리를 측정하려면 전파 관측 등 다른 방법을 사용해야 합니다. 연주 시차 측정은 광학 관측에 의존하므로, 더 멀리 있는 별의 연주 시차를 정밀하게 측정하기 어렵습니다. 따라서 전파 관측 등 다른 방법을 활용하여 더 먼 거리의 별까지의 거리를 측정해야 합니다.

 

가장 큰 연주 시차와 가장 작은 연주 시차

연주 시차는 별까지의 거리와 관련하여 중요한 정보를 제공합니다. 가장 큰 연주 시차를 가지는 별은 지구에 가장 가까운 별인 센타우루스자리 프록시마입니다. 프록시마의 연주 시차는 약 0.768초각으로 알려져 있습니다. 이 값은 약 4.24 광년 또는 1.3 파섹에 해당하는 거리입니다. 연주 시차가 1초각인 별까지의 거리를 1 파섹으로 정의하면, 연주 시차가 클수록 별까지의 거리가 작다는 것을 의미합니다. 따라서 프록시마의 큰 연주 시차는 우리로부터 상대적으로 가까운 거리에 있는 것을 나타냅니다.

 

반대로, 연주 시차가 작은 별은 지구로부터 멀리 떨어져 있다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 밤하늘에서 가장 밝게 보이는 별인 시리우스의 연주 시차는 약 0.379초각으로 알려져 있습니다. 이 값은 약 8.6 광년 또는 2.6 파섹에 해당하는 거리를 의미합니다. 시리우스의 작은 연주 시차는 우리로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있는 것을 나타냅니다.

 

이러한 정보를 통해 연주 시차를 이용하여 별의 거리를 추정할 수 있습니다. 연주 시차는 광학 관측으로 측정되며, 이를 바탕으로 파섹 단위로 거리를 계산할 수 있습니다. 그러나 연주 시차가 작을수록 거리 측정의 정확도가 떨어지므로, 더 먼 거리의 별을 측정하기 위해서는 다른 방법과 관측 기술을 활용해야 합니다.

 

연주 시차와 지동설

연주 시차와 관련하여 흥미로운 이야기가 하나 있는데요. 바로 지동설과 관련한 이야기입니다. 지동설은 지구가 우주의 중심에 위치하고 태양과 별들이 지구 주위를 돌고 있다는 이론입니다. 연주 시차는 이 이론을 반박하기 위한 근거로 사용되었던 적이 있습니다.

 

단순히 지동설을 반박하기 위해 별의 연주 시차를 측정하려고 한 첫 시도는 코페르니쿠스에 의해 이루어졌습니다. 그러나 당시의 관측 기술로는 연주 시차를 정확히 측정하는 것은 불가능했습니다. 이후, 티코 브라헤는 연주 시차를 측정하여 지동설을 입증하려고 시도했지만 실패하였고 그 대신 지동설과 천동설을 절충한 과도기적 천문학 관점을 제시했습니다.

 

1838년에 베셀이 백조자리 61번 별의 연주 시차를 최초로 관측하면서 연주 시차의 존재가 확실하게 입증되었습니다. 이 관측 결과는 지동설의 가설과 맞지 않았으며, 지동설은 더 이상 지지할 수 없는 이론으로 여겨지게 되었습니다. 베셀의 연주 시차 관측은 별의 거리를 정확히 측정하는 중요한 발견이었으며 천문학의 기초를 다지는 데 큰 역할을 했습니다. 이후에는 연주 시차를 통해 별의 거리를 추정하는 방법이 계속 발전하고 개선되었습니다.