허블
출생일 | 1889. 11. 20, 미국 미주리 마시필드 |
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사망일 | 1953. 9. 28, 캘리포니아 산마리노 |
국적 | 미국 |
요약 허블은 외부은하연구의 선구자로 알려져 있으며, 우주가 팽창하고 있다는 증거를 처음으로 제시했다. 시카고대학교에서 천문학자인 조지 E. 헤일의 영향을 받아 천문학에 관심을 가지게 되었다. 그러나 졸업 후에는 옥스퍼드대학교에서 법률을 공부한 후 법조계에서 일했다. 곧 법률에 싫증을 느끼고 위스콘신에 있는 시카고대학교의 여키스 천문대로 돌아왔다.
천문학으로 박사학위를 받고(1917), 윌슨 산 천문대에 근무하면서 외부은하에 관련된 것들을 발견하기 시작했다. 윌슨 산 천문대에 있는 동안 모든 성운이 태양이 속한 거대한 항성계인 우리은하에 속해 있는 것은 아니라는 것을 발견했다(1922~24). 1927년에는 은하들이 우리은하로부터 멀어지는 것으로 보이며 우리은하에서 멀리 떨어져 있는 은하일수록 더 빨리 멀어진다는 것을 발견했다. 이는 그동안 정지상태일 것이라고 생각했던 우주가 팽창하고 있음을 의미했다.
외부은하연구의 선구자로 알려져 있으며, 우주가 팽창하고 있다는 증거를 처음으로 제시했다.
시카고대학교에서 천문학자인 조지 E. 헤일의 영향을 받아 천문학에 관심을 가지게 되었다. 여기에서 수학과 천문학으로 학사학위(1910)를 받았고, 훌륭한 권투선수로서 명성을 얻었다. 그러나 졸업 후에는 천문학과 운동을 그만두고 옥스퍼드대학교에서 로드 장학생으로 법률을 공부해 1912년 학사학위를 취득했다. 1913년 켄터키 주의 법조계에서 일했으나 곧 법률에 싫증을 느껴 그만두었다. 다재다능했던 그는 마침내 천문학에만 전념하기로 결심하고 위스콘신에 있는 시카고대학교의 여키스 천문대로 돌아왔다. 천문학으로 박사학위를 받고(1917), 제1차 세계대전에 참가한 뒤 윌슨 산 천문대에 근무하면서 외부은하에 관련된 것들을 발견하기 시작했다.
윌슨 산 천문대에 있는 동안 모든 성운이 태양이 속한 거대한 항성계인 우리은하에 속해 있는 것은 아니라는 것을 발견했다(1922~24)(→ 우주론). 또한 어떤 성운에는 주기와 절대등급 사이에 상관관계가 있다고 알려진 세페이드 변광성이 있다는 것을 발견했다. 거리·겉보기등급·절대등급에 대한 상호관계를 더욱 깊이 살펴본 뒤, 이들 세페이드 변광성은 수십만 광년 떨어진 곳에 있으며, 그 별들이 속한 성운들은 우리은하와 구별되는 다른 은하계라는 사실을 발견했다. 1924년에 발표된 이 발견으로 천문학자들은 우주에 대한 생각을 바꿔야만 했다.
외부은하의 존재를 발견한 뒤, 1926년부터 은하들을 모양에 따라 분류하고 은하를 구성하는 항성의 구성과 은하의 밝기형태를 조사하기 시작했다. 이렇게 은하를 연구하는 동안 허블은 1927년에 2번째 위대한 발견을 했다. 즉 은하들이 우리은하로부터 멀어지는 것으로 보이며 우리은하에서 멀리 떨어져 있는 은하일수록 더 빨리 멀어진다는 것이다.
이 발견이 의미하는 것은 매우 엄청난 것이다. 그동안 정지상태일 것이라고 생각했던 우주가 팽창하고 있으며, 더욱 놀라운 사실은 1929년에 역시 허블이 발견한 것으로서 우주는 은하의 거리와 속도의 비가 현재 허블 상수라고 불리는 일정한 값을 갖고 팽창하고 있다는 것이다. 우주가 팽창하고 있다는 허블의 생각은 옳았으나, 그가 계산한 상수값에 의하면 우리은하가 다른 모든 은하들보다 크며, 우주의 나이가 예상하고 있는 지구의 나이보다도 적다는 것을 의미하므로 틀린 것이었다. 그러나 뒤이어 다른 천문학자들이 허블의 이론을 고수하면서도 결과를 수정하여 우주는 100억~200억 년에 걸쳐 일정한 속도로 팽창해 왔다는 이론을 제기했다.
허블은 천문학에 대한 업적으로 많은 영예와 상을 받았다. 저서로는 〈성운 스펙트럼의 적색편이 Red Shifts in the Spectra of Nebulae〉(1934)가 있으며 그가 죽은 후 1961년에 알랜 샌디지가 편집·출판한 〈허블 은하 도감 The Hubble Atlas of Galaxies〉이 있다. 그는 죽을 때까지 열성적으로 은하를 관측했다.
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허블 법칙
1. 허블은 세페이드 변광성을 이용하여 얻은 은하까지의 거리와 스펙트럼의 적색 편이를 관측하여 얻은 후퇴 속도 사이의 관계를 연구하여 허블 법칙을 발견하였다.
2. 허블 법칙 : 은하까지의 거리(r)가 멀수록 후퇴 속도(v)가 크다.
① 그래프에서 기울기는 (후퇴속도/거리)이며, 이 값이 허블 상수이다.
② 그래프의 기울기가 클수록 허블 상수가 크다.
③ 허블 상수는 은하의 거리가 1 Mpc 멀어질 때마다 후퇴 속도가 몇 km/s 증가하는지를 나타낸 것으로 단위는 km/s/Mpc이다.
④ 허블 상수가 클수록 은하들은 더 빠른 속도로 멀어진다.
3. 허블 상수는 은하까지의 거리를 얼마나 정확하게 측정했는지에 따라 조금씩 변해 왔다. 최근의 측정값은 71±4 km/s/Mpc이다.
4. 허블 법칙은 우주의 방향에 관계없이 동일하게 성립한다.
은하의 후퇴 속도와 거리를 통해 허블 상수 구하기
은하 | 은하까지의 거리 (Mpc) | 후퇴속도 (km/s) |
A | 200 | 14000 |
B | 800 | ( ) |
C | ( ) | 84000 |
1. 허블 상수 구하기
은하 A에서 은하까지의 거리와 후퇴 속도를 알고 있으므로 허블 법칙 v=H·r에 대입하여 허블 상수를 구한다.
2. B은하의 후퇴 속도 구하기
허블 상수를 이용하면 거리를 알고 있는 B 은하의 후퇴 속도를 구할 수 있다.
3. C은하의 거리 구하기
허블 상수를 이용하면 후퇴 속도를 알고 있는 C 은하까지의 거리를 구할 수 있다.
4. 허블 법칙에 의해 우주의 팽창이 사실로 확인되고, 프리드만의 동적인 우주론(팽창 우주론)이 옳다는 것이 인정되었다.
5. 우주의 팽창에는 중심이 없다. 따라서 어떤 은하에 있는 관측자라도 다른 은하가 자신이 속한 은하로부터 멀어지고 있는 것처럼 관찰된다.
허블 법칙 그래프를 통해 알 수 있는 사실
은하까지의 거리 | A<B<C |
은하의 후퇴 속도 | A<B<C |
허블 상수 | A=B=C |
1. 거리가 먼 은하일수록 후퇴 속도가 빠르다.
그래프에서 거리가 100Mpc인 A은하의 후퇴 속도는 7,000km/s, 거리가 200Mpc인 B은하의 후퇴 속도는 14,000km/s이다.
2. 그래프의 기울기는 후퇴속도/은하까지의 거리이므로 허블 상수를 나타낸다.
이 그래프에서 기울기는 (7,000km/s)/(100Mpc)이므로 허블 상수는 70km/s/Mpc이다.
3. 우주의 나이는 1/H이므로 그래프에서 기울기의 역수이다.
허블 상수 비교하기
▶ 허블 상수는 은하까지의 거리와 후퇴 속도를 얼마나 정확하게 측정하느냐에 따라 변해 왔다. 허블 상수가 달라짐에 따라 우주의 크기와 나이가 어떻게 달라지는지 알아보자.
허블 상수 | A<B |
우주의 나이 | A>B |
관측 가능한 우주의 크기 | A>B |
그래프의 기울기가 클수록 허블 상수는 커진다.
우주의 나이는 허블 상수의 역수이므로 허블 상수가 클수록 우주의 나이는 줄어든다.
우주의 크기는 광속/허블상수이므로 허블 상수가 클수록 우주의 크기는 줄어든다.
허블 상수가 클수록 우주는 더 빠르게 팽창한다.
관련문제
ㄴ. A 은하까지의 거리는 60 Mpc이다.
ㄷ. A 은하에서 우리 은하를 바라보면 우리 은하는 6,000 km/s의 속도로 멀어져 갈 것이다.
- 1. ㄱ
- 2. ㄴ
- 3. ㄷ
- 4. ㄴ, ㄷ
- 5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
- 정답
- 4
- 해설
- A 은하는 우리 은하로부터 멀어지고 있으므로 적색 편이를 나타낸다. 허블 상수와 후퇴 속도를 알고 있으므로 A 은하까지의 거리 r=v/H=(6000km/s)/(100km/s/Mpc)=60Mpc이다.
ㄴ. 은하의 적색 편이
ㄷ. 은하까지의 거리
ㄹ. 은하의 크기
- 1. ㄱ, ㄴ
- 2. ㄱ, ㄷ
- 3. ㄴ, ㄷ
- 4. ㄴ, ㄹ
- 5. ㄷ, ㄹ
- 정답
- 3
- 해설
- 허블 법칙에서 허블 상수를 결정하기 위해서는 은하의 후퇴 속도와 은하까지의 거리를 구해야 한다. 은하의 후퇴 속도는 적색 편이를 이용해 구한다.
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