그림 6는 미국 프린스턴 대학의 J.R. Gott 교수가 제작한 지구 근처, 태양계, 우리은하, 은하군, 먼 우주 영역에 퍼져 있는 각종 천체들의 분포를 나타낸 그림들이며, 일명 Logarithmic Maps of the Universe라고 불린다. 각 그림의 가로축은 적경을, 세로축은 지구 중심으로부터 거리를 나타낸다. 왼쪽 세로축의 단위는 거리 규모에 따라 매 그림마다 킬로미터(km), 천문단위(AU), 파섹(parsec), 킬로파섹(kiloparsec), 메가파섹(megaparsec)으로 단계적으로 변한다. 오른쪽 세로축은 지구 중심으로부터 거리를 지구의 반경 단위로 보여준다. 거리가 10의 거듭제곱 꼴로 증가함에 유의하자. 지도는 2003년 8월 12일 기준으로 제작되었다.

각 그림에는 흥미로운 천체와 사건들이 표시되어 있다. 그림 6-1에는 지구의 내부구조(내핵, 외핵, 맨틀, 지각), 정지위성, 천문관측위성(WMAP, Chandra, SOHO) 등이 표시돼 있다. 그림 6-2, 3에는 태양, 주요 행성들, 카이퍼(Kuiper) 대, 보이저 1, 2호, 장주기 혜성들의 고향인 오오트(Oort) 구름 등이 나타나 있다. 그림 6-4에는 우리에게 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리, 직녀성(Vega), 지구에서 보낸 최초의 전파가 도달한 거리 등이, 그림 6-5에는 우리은하 중심(Milky Way center), 게성운(Crab nebula), 대·소 마젤란운(LMC, SMC), 안드로메다 은하(M31) 등이 보인다. 마지막으로 그림 6-6에는 소용돌이 은하(Whirlpool galaxy), CfA 거대장성(Great Wall), 수많은 SDSS 은하와 퀘이사들, 우주가 가속 팽창하기 시작한 경계 시점(적색이동 z=0.76), 지금 우리가 보낸 전파가 무한한 미래에 도달할 수 있는 거리 한계(z=1.69), 우주배경복사(cosmic microwave background)의 여행 시작 지점, 대폭발(big bang), 우리가 무한한 미래에 볼 수 있는 거리 한계(comoving future visibility limit) 등이 표시되어 있다.

(1) 가위와 투명테이프를 사용하여 지구 근처 영역이 아래에, 우주거대구조 영역이 위로 가도록 그림들을 이어 붙여 우주의 지도를 완성해보자. 다음 웹사이트에서 고화질 그림들을 내려 받을 수 있다.

Logarithmic Maps of the Universe

http://www.astro.princeton.edu/universe/

(2) 표 1은 태양계 주요 천체 및 탐사선의 위치 정보를 나타낸 것이다(2020년 1-2월 기준). 적경과 적위는 천체의 천구 상 위치를 지구의 경도와 위도로 표현한 좌표이다. 단, 적경은 기준점으로부터의 각도를 시간(hour)으로 표시한다(1 hour는 15°에 해당). 천체(탐사선)의 적경과 거리에 해당하는 위치를 그림 6-1과 6-2에 표시하시오. 빛이 천체로부터 지구까지 여행하여 도달하는 데 걸리는 시간을 구하여 표에 기입하시오.

(3) 표 2는 밝은 별들의 위치와 밝기 정보를 나타낸 것이다. 포그슨 방정식(식 7)을 사용하여 별까지의 거리를 파섹과 광년 단위로 구하여 빈 칸을 채우시오. 별의 위치를 그림 6-4에 표시하시오.

(4) 표 3은 먼 천체(또는 사건)의 거리와 룩백타임을 기록하기 위한 표이다. 천체(사건)의 거리를 그림 6-5, 6-6으로부터 읽어 표에 킬로파섹, 메가파섹, 광년, 억광년 단위로 기입하시오. 먼 천체(사건)로부터 출발한 빛이 우리에게 도달하는 데 걸리는 시간(룩백타임)을 그림 3과 4에서 읽어 표를 완성하시오.

 ※ 광년으로 나타낸 거리와 룩백타임을 비교해보면, 먼 천체일수록 거리가 룩백타임에 비하여 큰 것을 알 수 있다. 먼 천체에서 빛이 출발하여 우리에게 도착하는 동안 우주는 팽창하였기 때문에 천체의 거리는 (빛 속도)×(여행시간)보다 크다.

천문 교육 활동 교재   [ 박찬경, 손정주, 송인옥, 심현진 공저 ]