우주론 과 아마추어 천문학

 물리 우주론은 우주의 처음 생성과 진화 과정 등 우주의 근본적인 의문을 가지고 연구하는 분야이다. 물리 우주론의 연구 대상은 약자로 씨 엠비라고 불리는 관측 가능한 우주를 균일하게 가득 채우고 있는 마이크로파 전자기 복사인 우주 마이크로파 배경, 원시 핵 합성인 대폭발이라는 우주의 초기 탄생 과정 동안 수소-1 이외의 원자핵이 생성되는 과정을 말하는 대폭발 핵 합성, 우주의 거대 구조, 우주 물질의 약 85퍼센트를 차지하는 것으로 생각되는 물질의 가상의 형태인 암흑물질, 가장 큰 규모의 우주에 영향을 미치는지 알려지지 않은 에너지 형태의 암흑에너지 등이 있다.

 우주론의 기본이 되는 이론으로는 우주가 약 137억 년 전에 시공간의 한 점에서 시작되어 현재까지 팽창하여 왔다는 대폭발 이론이다. 대폭발 이론은 가장 이른 시기부터 그 이후의 거대 구조 진화까지의 관측할 수 있는 우주의 존재를 설명하는 일반적인 우주론 모형이다. 1965년에 우주 마이크로파 배경이 발견됨으로써 대폭발 이론은 널리 받아들여지게 되었다. 우주는 지속해서 팽창하고 있으며, 팽창하는 동안 많은 중요한 단계를 거치게 된다. 대폭발 직후 초기에는 우주에서 지수함수적 공간 팽창의 이론인 급팽창이라고 불리는 빠른 팽창을 겪었고, 이 급팽창으로 인하여 우주가 현재 관측되는 것처럼 등방적이고 균질하게 되었을 것으로 생각한다. 우주의 급팽창 이후 기본적인 원소인 헬륨과 중수소가 만들어졌다, 그리고 우주를 구성하는 많은 물질이 만들어지는 과정을 대폭발 핵 합성이라고 부른다. 원시 핵 합성이라고도 한다. 중성 원자들이 만들어지고, 이로 생긴 빛이 이온화된 전자들에 의해 방해받지 않고 여행할 수 있게 우주가 투명해진 이유는 우주가 팽창하고 식어감의 반복 때문이다. 이때 발생한 빛이 현재의 우주 마이크로파 배경으로 관측된다. 그러나 아직도 빛을 낼 수 있는 별들이 많이 만들어지지 않았기 때문에 이 이후 시기를 우주의 암흑시대라고 말한다. 우주의 물질들이 밀도가 높은 지역을 모이면서, 커다란 가스 덩어리가 만들어졌고, 처음으로 별들이 만들어진 것이다. 이 별들은 내부의 핵융합으로 무거운 원소들을 만들고, 이때 만들어진 빛이 주위의 가스를 이온화시키고, 일명 재 전리하는 과정을 시작하게 했다. 재 전리는 암흑시대 이후에 우주의 물질들이 전리되는 과정으로 우주 속 가스들의 두 차례 중요한 상전이 중 두 번째 것이다. 중입자의 대부분이 수소로 이루어져 있기 때문에, 재 전리란 일반적으로 수소의 재 전리를 가리킨다. 이 별들이 중력에 의해 모이면서 처음으로 은하들이 만들어졌고, 이 은하들이 다시 중력에 의해 나눠지면서 은하단이나 은하군 같은 더 큰 구조들을 만들고, 이는 우주의 거대 구조를 이루게 되었다. 암흑 물질과 암흑 에너지는 이와 같은 우주론의 기초적인 구성성분으로 되었고, 두 성분을 합하여 우주 전체의 대부분을 차지한다고 여겨지게 되었다. 그러나 아직도 암흑물질과 암흑 에너지는 무엇으로 만들어졌고, 무엇인지 밝혀지지 않았으며, 현대 물리 우주론과 천문학에서 해결해야 할 중요한 문제 중의 하나이다. 연구 대상에 따른 천문학의 세부 분야에는 이처럼 태양 천문학, 행성 천문학, 항성 천문학, 우리 은하 천문학, 외부은하 천문학, 우주론이 있다. 다른 과학 분야와 관련하여 천문학과 천체물리학은 이처럼 학제 간 연구를 활발하게 발전시켜왔다. 과거의 인간들이 천문 현상을 어떻게 이해했고, 그들의 문화에 그 이해가 어떤 영향을 미쳤는지 연구하는 학문인 고천문학은 고고학과 융합된 학문으로 고대 또는 전통적인 천문학을 문화적인 측면에서 연구하는 분야이다. 또한 생물의 탄생과 진화의 과정을 규명하여, 지구 이외의 천체에서 생명체가 존재할 가능성을 밝혀내고, 이를 기본으로 외계 생물의 존재 여부와 이런 생물들의 생명 유지 활동이 일어나는 것에 대하여 예측하는 학문인 천문 생물학은 지구 외에도 생명체가 존재할 수 있다는 가정하에, 우주 생명체의 존재와 등장, 진화에 대하여 연구하는 분야이다. 우주에서 찾아내는 화학물질의 변화, 생성, 소멸 등을 연구하는 천문 화학은 물질들의 분자운, 온도가 낮은 별들, 갈색왜성, 행성들에서 많이 발견된다. 태양계 안에서 발견되는 화학물질들을 연구하고 원소와 동위원소의 상대적인 비율을 다루는 우주화학 등 이 두 분야는 천문학과 화학이 융합된 분야이다. 그 외 비전문가들이 가장 많이 기여를 하는 과학 분야 중 하나가 천문학이다. 비전문 천문가들은 다양하고 많은 천체와 천문 현상들을 관측하고 연구한다. 보통 관측 대상으로 행성, 달, 별, 혜성, 유성우, 은하, 성단, 성운 등이 있다. 가끔 이러한 관측에 자신들이 직접 제작한 장비를 사용하기도 한다. 일부 비전문가들은 천문사진이라고 불리는 밤하늘과 특정 천체의 사진을 찍기도 하고, 이러한 촬영된 사진은 보다 정교하기도 하다. 이러한 취미활동뿐만 아니라 아마추어 천문가들은 지금까지도 천문학 연구에 꾸준한 공헌과 노력을 해왔다.

 천문학은 현재까지도 비전문가들이 많은 기여를 할 수 있는 흔하지 않은 분야 중 하나이기 때문이다. 비전문가들은 혜성을 처음으로 발견하기도 하고, 변광성을 꾸준히 관측하기도 한다. 발전된 디지털 관측기기로 아마추어 천문학자들은 천문 사진 분야에서 큰 발전을 이루기도 한다. 천문학은 우주와 구성원들의 본질을 이해하는데 엄청난 발전을 이루어왔지만, 아직도 중요한 미해결 문제들이 여전히 많이 남아 있다. 새로운 지상 우주 망원경, 획기적인 이론과 실험 등 물리의 발전이 이루어져야 할 이유이다.