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별은 언제나 인류에게 매력적인 물체였고 연구의 대상이었습니다. 천문학자들은 수백 년 동안 별이 하늘에 고정되어 있다고 생각하여 거리를 측정하는데 어려움을 겪었습니다. 19세기부터 별의 거리를 정확하게 측정할 수 있게 되었습니다. 그래서 별의 거리를 측정하는 이유와 측정 방법에 대하여 자세히 다뤄보겠습니다.
1. 별의 거리 측정하는 이유
옛날부터 많은 천문학자들이 별의 거리를 측정하기 위해 다양한 방법들을 시도하고 연구해 왔습니다. 별의 거리를 모른다면 별의 대한 무수히 많은 정보를 알지 못하 기 때문입니다. 예를 들어 별의 밝기, 질량, 궤도, 반지름 등 우리가 기본적으로 알고 있는 별의 정보는 별의 거리 정확히 측정했을 때만 알 수 있습니다. 그래서 별의 거기를 측정하는 것에 많은 노력을 기울이는 것입니다. 별의 거리 측정 방법은 대표적으로 삼각측량법과 연주시차가 있는데 두 방법에 대해서 밑에 소주제에서 알아보겠습니다.
2. 삼각측량법
피타고라스 정리는 수학의 기본 개념으로 직각삼각형에서 사변 길이의 제곱(가장 긴 변)은 다른 제곱 길이의 제곱의 합과 같다고 말하고 있습니다. 공식은 다음과 같습니다. a^2 + b^2 = c^2 여기서 a와 b는 직각삼각형의 두 다리 길이이며 c는 사변의 길이입니다. 삼각측량법은 한 점의 좌표를 삼각형의 변과 각을 이용하여 알아내는 방법입니다. 주로 사인, 코사인, 탄젠트의 세 가지로 이루어져 있습니다. 직각삼각형에서 사변의 길이와 각도는 반대쪽 길이와 각도를 알아낼 수 있는 정의입니다. 쉽게 설명하면 삼각형의 밑변의 길이와 각도를 알면 마주 보고 있는 꼭짓점까지의 거리를 측정할 수 있습니다. 삼각측량법의 원리는 시차로 알 수 있습니다. 이런 수학적 원리를 이용하여 천체 간의 거리를 측정하였고 지구와 달의 거리는 384,000km라는 사실이 밝혀졌습니다. 가까운 거리는 삼각측량법으로 가능하지만 먼 거리는 시차를 이용하여 측정하는 것이 더 정확합니다.
3. 연주시차
시차란 관측자가 동일한 물체를 다른 시간대에서 바라보았을 때, 관측하는 지점과 물체가 이루는 각입니다. 손가락을 뻗어서 목표물을 가리켰을 때 왼쪽 눈을 가리고 보았을 때와 오른쪽 눈을 가리고 보았을 때 손가락의 위치가 달라지는 것을 알 수 있는데 이것이 시차입니다. 한 개의 별을 관측하기 위해서 두 개의 관측소의 기준을 두고 관측을 하며 가까운 별은 위치 이동을 하는 것처럼 보일 수 있습니다. 그렇다면 연주시차에 대해 설명하겠습니다. 시차량은 두 관측점 사이의 거리에 따라 결정됩니다. 이 경우 지구는 태양 주위 궤도상의 두 가지 다른 점 사이의 거리입니다. 천문학자들은 천문단위 AU(Astronomical Unit)라고 불리는 지구와 태양 사이의 평균 거리를 기준점 중 하나로 활용합니다. 쉽게 말하면 지구의 공전 궤도 양 끝과 별이 이루는 각을 6개월 단위로 관측을 하고 관측한 별의 시차 중 1/2를 별의 연주시차라고 정의를 합니다. 별의 거리를 나타내는 단위는 1km, 1AU,1LY,1pc으로 나뉘어 나눌 수 있습니다. 1AU는 태양과 지구의 평균거리이며 1LY는 광년이라고 부르고 빛이 1년 동안 이동한 거리를 뜻합니다. 1pc는 파섹이라고 읽으며 연주시차카 1초인 별까지 거리를 뜻합니다. 즉 1pc은 3.25광년, 206265 AU, 3X10km과 동일합니다.
4. 연주시차의 역사
시차라는 개념은 이미 수세기 전에 알려져 있었지만 천문학에서 적용이 된 것은 19세기때입니다. 천문학자 히파르코스(Hipparchos)는 기원전 2세기에 최초로 시차를 이용해하여 지구에서 달의 거리를 파악했습니다. 방법으로는 두 개의 관측소를 세워놓고 달을 관측한 후 두 관측소 사이 각도를 계산하여 거리를 파악했습니다. 그 후 타이코 브라헤(Tycho Brahe)가 연주운동 검증을 생각했지만 별이 너무 멀리 있어 연주시차가 작아서 검증을 실패했습니다. 1838년에 독일의 천문학자 프리드리히 베셀(Friedrich Wilhelm Bessel)이 연추시차를 이용하여 최초로 측정에 성공하였습니다. 그의 성공 이후에 20C 초반에는 장초점 굴절망원경이 0.01"까지 개선이 되었고 1990년대에는 유럽우주국(ESA)이 히파르코스 위성을 이용하여 0.001"까지 개선하여 측정하였습니다.