구상 성단의 분포와 우리 은하의 규모

구상 성단의 분포와 우리 은하의 규모

1. 준비물

그래프용지, 자, 연필

다음 표는 우리 은하 내에 속한 구상 성단의 은하 좌표와 태양으로부터의 거리 및 이들 자료를 통해 계산한 공간 좌푯값이다. 각 구상 성단들의 공간상의 위치를 태양을 기준으로 한 평면 좌표에 나타내 보자.

은하 좌표란?

천체의 위치는 어떤 좌표계를 사용하느냐에 따라 좌푯값을 나타내는 방법이 다르다. 지평면을 기준으로 방위각과 고도로 좌푯값을 나타내는 지평 좌표계와 적도면을 기준으로 적경과 적위로 좌푯값을 나타내는 적도 좌표계가 있다. 마찬가지로 은하 내의 천체의 위치를 나타낼 때 은하면을 기준면으로 은위와 은경으로 좌푯값을 나타낸다. 적경 17^b 42.4^m, 적위 -28°55´을 은경 0°, 은위 0°로 하여 은경, 은위의 값을 나타낸다.

우리 은하 내의 구상 성단들의 은하 좌표

x, y, z 좌표값은 은경과 은위, 태양으로부터 거리로 된 구상 성단의 구면 좌표값을 x, y, z의 3차원 직교 좌표계로 투영했을 때의 값을 의미한다.

2. 과정

1. 그래프용지에 태양을 원점에 표시하고, 각 구상 성단의 위치를 다음 x-z 좌표 평면 상에 표시한다.
2. 구상 성단들의 분포를 나타낸 그래프에서 x축 상의 은하의 질량 중심과 z축 상의 은하의 질량 중심을 찾는다. 단, 모든 구상 성단의 질량은 동일하다고 가정한다.
3. 과정 1, 2와 같은 방법으로 그래프용지에 구상 성단들의 위치를 y-z 좌표 평면 상에 표시하고 같은 방법으로 y축 상의 은하 중심을 찾는다.

구상 성단의 분포 : x-z 평면

구상 성단의 분포 : y-z 평면

3. 결과 및 정리

1. x축 상의 은하 질량 중심과 그래프 원점이 일치하는가?

구상 성단의 질량을 모두 동일하다고 가정한다면 x축 상의 구상 성단의 질량 중심과 태양계의 위치에 해당하는 그래프의 원점은 일치하지 않는다.

2. x축 상의 은하 질량 중심과 그래프 원점 사이의 거리는 얼마나 되는가? 그 거리가 의미하는 것은 무엇인지 설명해 보자.

x축 상의 은하 질량 중심은 원점으로부터 약 -3 kpc(약 9800광년) 떨어진 곳에 위치한다. 이는 은하 중심으로부터 태양까지의 거리이다.

3. 구상 성단의 x-z 좌표 분포로부터 우리 은하의 지름을 추정해 보자.

x-z 평면 상에서 가로축의 지름은 약 20 kpc, 세로축의 지름은 약 50 kpc 정도이고, y-z 평면의 가로축 지름은 약 40 kpc 정도이다. 평균 지름을 대략 40 kpc이라고 가정하면 우리 은하의 지름은 13만 광년 정도이다.

4. 탐구 활동에서 구한 은하의 지름과 실제 은하의 지름은 어느 정도 차이가 나는가? 차이가 나는 이유는 무엇인지 설명해 보자.

z축을 기준으로 우리 은하의 지름을 추정하면 약 16만 광년으로 추정되는데, 실제 은하 지름은 약 10만 광년이다. 구상 성단의 겉보기 등급을 추정할 때 성간 물질에 의해 겉보기 등급이 실제보다 어둡게 관측되었다면 실제 거리보다 더 크게 추정될 수 있다.