[천문상식] 성간물질-티끌과 가스

[DNA-bear]

※성간물질※

별들사이의 공간은 지구상에서 만들 수 있는 진공보다 더 큰 진공으로 되어 있지만 거기에도 가스와 티끌이 존재하고 있다. 이 물질들을 성간물질(Interstellar Medium;ISM)이라고 한다. 성간물질들은 은하수에서 보이는 질량의 10-15%를 차지하고 있다.
이중의 약 99%가 "가스(Gas)"이고 나머지는 "티끌(Dust)"이다. 성간물질은 별빛에 영향을 미치고 별과 행성들은 성간물질로부터 생기기 때문에 연구할 가치가 있다. 또한 은하의 구조는 성간물질의 가스를 측정함으로써 얻어진다.

◇티끌

티끌(Dust)은 얼음으로 싸인 얇고 탄소나 규소로 된 납작한 조각이나 바늘들로 이루어졌다. 한 조각의 크기는 푸른빛의 파장정도 이다. 티끌은 아마도 차가운 적색거성의 표면에서 생겨서 적색거성풍이나 행성상성운에 실려서 우주로 퍼졌을 것이다.

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▷소광(Extinction)

티끌층을 지나는 빛은 두가지로 영향을 받을 수 있다. 티끌층이 충분히 두꺼우면 빛은 완전히 차단되고, 안 그러면 빛의 파장이나 티끌층의 두께에 따라 부분적으로 산란된다. 어느 파장이나 티끌층을 지나면 좀 흐려지는데, 이를 소광이라고 한다.
티끌층의 발견은 최근의 일이다. 1930년에 R.J.Trumpler(1886-1956)는 성운의 지름과 성운까지의 거리를 그래프로 그려봤다. 그는 밝기가 거리의 역제곱에 비례한단는 사실로부터 거리를 구했다. 만약 성운들이 대략 비슷한 지름 L을 가지고 있다면 각지름은 L/거리 가 된다.
그러나 그는 지름이 거리가 늘어나면서 조직적으로 증가한다는 것을 발견했다.
이는 틀려보인다. 이에 의하면 태양은 우주에서 가장 작은 성운들이 있는 특별한 곳에 있다는 뜻이다. 좀 더 맞는 설명은 Corpernican principle을 사용한다: 태양은 은하의 평범한 한 곳에 있다. 성운과 우리사이와의 거리가 멀수록 그 사이의 성간물질 때문에 더 흐리게 보인다. Trumpler 는 성간물질의 존재를 확인한 것이다. 소광은 빛이 산란으로 인해 보다 적게우리에게 도달하면서 생긴다.

<img src="http://www.astronote.org/ver2/files/100/dustefct.gif">


▷적색화(Reddening)

모은 파장이 같은정도로 산란되지는 않는다. 우리 하늘이 빨간색보다 파란색을 더 잘 산란시키듯이 소광의 정도는 파장에 의해서 결정된다. 소광은 파장에 반비례 한다. 파란빛이 빨간빛보다 더 많이 산란된다.
산란이 파장에 반비례한다는 사실은 티끌의 크기가 빛의 파장과 비슷해야 한다는 소리다(약 10E-5 centimeters).
보다 적은양의 파란 빛이 우리에게 도달하므로 물체는 빨갛게 보인다. 이 현상이 적색화다. 만약 티끌의 이보다 훨씬 크다면 적색화는 일어나지 않는다. 티끌의 크기가 이보다 훨씬 작으면(분자정도의 크기) 산란은 파장의 네제곱분의 일에 비례한다. Trumpler는 주어진 spectral type의 별은 거리가 멀어지면서 더 붉게 보인다는 것을 보였다. 이 발견은 별들 사이의 티끌이 존재한다는 증거이다. 만약 태양의 위치가 특별하지 않다면 이는 거리가 멀수록 더 많은 티끌이 우리와 그 별 사이에 존재한다는 뜻이다.

붉은 태양이 지평선에 가까이 있을 때 같은 현상을 볼 수 있다. 지평선에 가까이 있으면 머리위에 있을 때보다 더 많은 공기층을 지나서 관찰자에 도달한다. 해가 질때는 파랑, 초록, 노란색은 시선밖으로 산란되어 없어지고 붉은색과 주황색만이 공기층과 먼지층을 뚫고 관찰자의 눈에 도달한다.


◇가스

성간 물질의 약 99%는 가스(Gas)로 되어 있고 이것은 90%는 수소(원자나 분자의 형태)와 10% 의 헬륨, 그리고 아주 조금의 나머지 원소들로 구성되어 있다. 그러나 가시광선의 영역에서 먼지들이 이 가스들보다 훨씬 더 큰 영향을 끼친다. 성간 가스의 존재는 쌍성 계의 선스펙 트럼을 봄으로써 알 수 있다. 두 별이 서로 궤도 운동을 함에 따라 움직이는 넓은 간격의 선들 사이에 우리는 움직이지 않는 좁은 간격의 선들을 볼 수 있다. 이것들은 우리와 쌍성 계 사이에 있는 성간 물질의 다소 차가운 가스 때문에 생기는 것이다.
다양한 형태(이온화 된 것, 중성 원자, 분자의 형태)의 수소가스가 관측된다. 이온화된 수소 는 전자가 양성자와 재결합할 때 가시 영역대의 빛을 방출하고 수소 중성 원자와 분자는 라 디오 영역대의 전자기파를 방출한다.


출처:http://www.astronote.org/ver2/