본 차시에서는 허블-르메트르 법칙에서 그래프의 Y축에 해당하는 후퇴속도가 측정되는 연구 방법을 이해하기 위해 적색편이가 측정되는 과정을 살펴 볼 것이며, 적색편이와 확장 속도간의 관계를 이해할 것입니다. 또한 데이터를 수집하고 처리하는 과정을 통해 데이터 소양 능력을 기르고자 합니다.

본 차시에서는 분광 관측의 이해를 위해 시뮬레이션된 CLEA 원격 관찰 인터페이스를 사용합니다.

1. 분광계를 사용하여 은하의 분광과 겉보기등급을 획득하고,

2. 은하 흡수 선의 적색 변속을 찾아 시선 속도를 계산하고,

3. 함께 구한 우리들의 데이터로 허블상수를 계산해 봅니다.

이 실습에서는 각 은하계의 스펙트럼(가시 영역)을 얻을 수 있습니다.

스펙트럼 흡수선

연속스펙트럼을 가진 빛이 물질을 통과할 때 물질 특유의 파장이 흡수되어 암흑선을 갖는 스펙트럼. 독일 물리학자 J. 프라운호퍼는 분광기로 태양스펙트럼을 관측하여 576개나 되는 암흑선을 발견한다. 흡수 스펙트럼은 물질의 화학구조, 즉 분자내 진동, 회전 등에 대응하는 에너지 흡수의 결과로 생기는데 유기화합물의 구조결정, 분석 등에 널리 이용된다. 이용되는 파장역은 관측할 분자의 에너지준위에 따라 자외선 영역에서부터 가시광선 영역, 적외선 영역 및 마이크로파 영역까지 이른다. 마이크로파를 사용하는 성간물질 탐색은 전파천문학의 주요한 주제이다. (출처 : 사이언스올)

도플러 효과

파원과 관측자 중 한쪽 또는 양쪽 모두가 운동하고 있을 때 관측자에게 관측되는 파원의 진동수(파장)가 변하는 현상이다. 1842년 오스트리아의 물리학자 J. C. 도플러가 이중성의 빛에 관하여 별의 운동 방향과 색의 변화를 연구하던 중 처음 발견했다. 도플러효과는 음파뿐 아니라 모든 파동 현상에서 일어난다. 다만 빛의 경우에는 빛의 속도가 매우 빨라 도플러효과의 영향이 미미하다. 그래서 광원과 관측자의 상대속도가 광속에 비교할 수 있을 정도로 충분히 빠를 때만 관측된다. 이 중 적색편이(Red Shift)는 빛의 스펙트럼선을 통해 파장을 확인하였을 때, 기존에 알고 있는 파장보다 긴 파장이 확인되는 현상을 뜻한다. (출처 : 사이언스올)

5. 그래프의 빨간 선이 의미하는 것은 무엇인가?

6. 빨간 선이 좌우로 이동할 때 변하는 것은 무엇이고, 어떤 의미를 갖는가?

7. Z의 의미는 무엇이며, 측정값은 어떻게 되는가?

8. Z를 통해 무엇을 알 수 있으며, z=1일 경우 은하의 거리는 어떻게 될까?

조원들과 데이터를 공유하여 외부은하의 거리-후퇴속도 그래프를 표현해보자.