이론천문학

 이론 천문학자들은 천체나 천문현상을 이해하기 위해 "해석적인 모형"이나 컴퓨터를 이용한 "수치 모형"같은 방법을 이용한다. 이 둘의 방법들은 각각의 장점이 있다. 우선 해석적인 모형은 문제를 수식으로 서술하는 방법으로 어떤 현상에 대하여 직접적인 통찰력을 제공한다. 그리고 수치적인 모형은 매우 복잡한 현상을 물리법칙으로 계산함으로써 어떤 현상이 존재할 수 있는지를 알아내는 것이다.

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 이론 천문학자들은 모형을 만들고, 그 모형이 옳다면 어떤 결과를 가져올 것인가를 연구한다. 이를 바탕으로 관측자들은 여러 이론중 어느 것이 옳은 것인지를 가려줄 관측 자료들을 모으거나 실험을 계획하게 된다. 새로운 관측 자료가 얻어지면, 이론 천문학자들은 이 관측 결과를 설명할 수 있도록 모형을 발전시킨다.

 

 이론 천문학의 주제로는 천체 역학, 별의 진화, 은하의 형성과 진화, 우주의 거대 조(Large-Scale Structure), 우주선의 기원, 일반 상대론, 물리 우주론 등이 있다. 이렇게 다양한 현상들을 설명하기 위해 이론 천문학은 다양한 물리법칙과 이론을 적용한다. 예를 들어 천문학에서 상대론은 중력이 중요한 역할을 하는 우주 거대 구조를 연구하는 기본적인 틀을 제공하며, 중력파와 블랙홀 등을 연구하는데 바탕이 된다. 현대 이론 천문학은 급팽창 이론, 암흑물질, 그리고 기본적인 물리법칙들을 바탕으로 ACDM 모형을 정립하였고, 이는 현재 천문학자들의 사이에서 널리 받아들여지고 있다. 한편 암흑물질과 암흑에너지는 현대 천문학에서 가장 주목받고 있는 주제이다.

 

 

연구대상에 따른 천문학의 세부분야 - 1

 

1. 태양천문학

 

 태양은 지구에서 빛의 속도로 8분 거리에 있으며 연구가 가장 자세하게 이루어진 항성이고 전형적인 G형 분광형을 지닌 46억살의 주계열성이다. 태양은 변광성으로 분류되지는 않지만 흑점 주기로 알려져 있는 주기적인 밝기의 변화를 보여준다. 이는 11년 주기에 걸쳐 흑점의 숫자가 변화하는 것과 관련이 있는데, 흑점은 강력한 자기장 활동과 관련되어 있으며, 태양 표면의 다른 곳에 비해 온도가 낮은 지역이다.

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 태양은 나이를 먹으면서 밝기가 천천히 증가하고 있으며, 처음 주계열성으로 생애를 시작했을 때에 비해서 지금은 약 40% 더 밝다. 태양은 탄생 이후 지구의 생태계에 뚜렷한 영향을 줄 정도로 밝기가 변해왔는데, 예를 들어 마운더 극소기로 인해 중세에 작은 빙하시대가 발생했던 것으로 보인다.

 

 우리 눈으로 볼수있는 태양의 바깥 표면을 광구라고 부른다. 광구 위에는 채층이라 불리는 얇은 지대가 존재하고, 채층 위에는 코로나가 형성되어 있고, 온도는 급격하게 올라간다.

 

 태양의 중심부에는 핵이 있으며 핵융합 작용이 일어날 정도로 충분히 뜨겁고 압력도 크다. 중심핵 위에는 복사층이 있는데 여기서 플라스마는 에너지 플럭스를 복사 형태로 전달한다. 복사층 위에는 대류층이 존재하고, 이곳에서 에너지가 물리적인 가스 교환 형태를 통해 전달된다. 이 대류층이 태양의 자기장을 발생시키는 원인이며, 이 자기장으로 인해서 태양 표면에 흑점이 생겨나는 것이다.

 

 플라즈마 입자로 이루어진 태양풍은 태양으로부터 꾸준하게 우주 공간으로 흘러나와서 태양권계면까지 이어진다. 태양풍은 지구의 자기권과 반응하여 밴 앨런대를 형성하고, 지구의 자기력선이 대기로 내려와 만나는 지점에서 오로라를 형성한다.