우리 은하(Milky way galaxy)Ⅰ: 우리 은하의 탄생과 태양계(太陽系,Solar System)이야기

 

 

 

 

1. 우리 은하(Milky way galaxy)의 탄생

 

우리 은하는 태양계가 속해 있는 은하로 영어로는 Milky way galaxy, The Milky way, The Galaxy, Home Galaxy 등의 표현을 쓴다.
우리 은하의 '우리'는 Our Galaxy 말 그대로  우리의 은하를 지칭한다. 우리가 살고 있는 지구를 비롯한 태양계가 바로 이 은하에 속해 있기 때문에 우리 집, 우리나라 처럼 그냥 '우리 은하'라고 부르게 되었다.

※우리 은하 표기법은 '우리'와 '은하' 사이에 띄어쓰기를 꼭 하여 우리 은하로 명칭할 것.

 

 

밤하늘에 보이는 은하수가 바로 우리 은하의 단면이다. 태양계는 별들이 빼곡하게 모인 원반 내에 위치해 있기 때문에 우리 은하가 하늘을 한바퀴 감싸는 강의 형태로 보이게 된 것이다. 이 은하수를 중심으로 늘어선 별들 대부분은 우리 은하에 속한 별로, 사실 우리는 우리 은하 밖의 별을 거의 보지 못한다.

 

 

우리 은하가 'Milky way'인 이유는, 지구에서는 은하계의 단면만 보이는데 (여름철 밤하늘을 보면 관측되는 길다란 성운의 집합) 그 단면에 별이 마치 우유를 하늘에 흩뿌린 것 같아서 '밀키웨이'라고 하며 항성이나 행성 이름이 그렇듯 그리스 로마 신화에서 따온 명칭으로 그리스 신화에서는 헤라클레스가 헤라의 젖을 너무 세게 빨아서 퍼져나간 것이 은하수가 되었다고 한다.

신화자체가 뭐 재밌는 허무맹랑한이야기지만 이건 뭐임....ㅋㅋㅋ 갱장히 터무니없오보이는 급조한 헤라클레스쮸왑쭈왑 밀키웨이신화줍줍 스토리

 

우리 은하에 소속된 항성은 5,000억~6,000억 개 정도로 추산된다. 국부 은하군에서 가장 큰 안드로메다 은하는 소속 항성이 1조 개를 넘는다.

 

 

 

2. 우리 은하(Milky way galaxy)의 특징

 

우리 은하는 우주에서 상당히 큰 은하에 속한다. 나선 은하 중에서는 안드로메다 은하와 우리 은하만큼 거대한 은하를 찿기 힘들지만 국부 은하군 바깥으로 나가면 정상나선 은하인 바람개비 은하가 안드로메다 은하, 우리 은하 두 개를 합친 것만하다.

 

우리 은하의 지름은 약 10만 광년 정도이며, 중심핵의 직경은 약 1만 광년, 두께는 1만 5천 광 년 정도이다.

나선팔 부분, 항성이 집중된 영역의 두께는 1천~2천 광년 정도의 크기인 것으로 추산되며, 그 외의 가스층까지 포함하면 디스크의 두께는 1만 광년이 넘는다.

태양계는 은하 중심에서 2만 6천 광년 떨어진 오리온자리 팔에 있으며, 약 2억 3,000만 년의 주기로 우리 은하를 공전하고 있다.

 

 

 

 

태양은 오리온 팔에서 은하 중심 방향으로 약간 벗어난 가장자리에 위치해 있다. 이 때문에 은하 중심이 위치한 궁수자리의 반대방향에 있는 별자리인 오리온자리의 이름이 붙은 것.

실제로 오리온자리를 이루는 별들의 대부분을 포함하여 오리온 대성운, 플레이아데스 성단, 히아데스 성단, 프레세페 성단 등이 오리온자리 팔에 속해 있으며, 태양 주변에 있는 별들의 분포를 조사해보면 우리 은하 중심에서 반대 방향으로 갈수록 별들의 밀도가 높아지는 것으로 나타난다.

 

 

태양계가 은하의 구석진 변두리라는 인식이 있지만 이 정도 거리는 변두리는 아니고 중간 지점 쯤 된다. 이는 관측적 사실로도 알 수 있는데 은하수를 하늘에서 거의 1년 내내 볼 수 있다. 정말로 태양계가 은하의 변두리에 있었다면 1년 중 절반 정도는 은하수가 거의 보이지 않을 것이다. 또한 은하수는 천구를 거의 정확하게 절반으로 나누며 지나가는데 이는 우리 태양계가 은하의 공전면에 아주 가깝게 붙어 있음을 알 수 있다.

 

 

 

3. 우리 은하(Milky way galaxy)의 나이

우리 은하의 정확한 나이는 알 수 없지만 현재 관측된 우리 은하 내 가장 늙은 별의 나이가 135억 살 정도로 측정된다.

빅뱅 우주론에 따르면 우주의 나이는 137억 7천만 년 정도이며 우주 탄생 이후 불과 3억 년 만에 탄생한 별이 우리 은하에도 있는 셈. 다만 별의 나이는 부정확한 면이 많기 때문에 최근 연구 결과값으로는 128억~132억 년 사이로 관측되며 얼마든지 변경 될 수 있다.

 

사실 우리 은하가 처음부터 현재와 같은 모습을 하고 있지는 않았을 것이기 때문에 언제부터를 우리 은하의 '형성'으로 봐야 할 것인지에 따라 나이는 천차만별로 달라질 수 밖에 없다. 다만 이러한 극도로 늙은 별들의 존재를 통해 우리 은하도 132억 광년 이상 거리에 발견되는 가장 초창기의 은하들이 병합을 거듭하면서 성장해온 은하라고 볼 수 있다.

 

 

21세기 들어 정립된 통설에 따르면 우리 은하는 안드로메다 은하, 삼각형자리 은하, 마젤란 은하 등과 수십 개의 소규모 은하들로 이루어진 국부 은하군(Local group)에 속하는 은하 중 하나이다. 본래 20세기 중반까지 관측 혹은 예측된 자료에 따르면 국부 은하군에서는 안드로메다 은하가 최대, 우리 은하가 국부 은하군의 둘째 천년만년 2인자라도 지구를 가진 우리 은하는 소듕소듕 생각되었지만, 1990년대부터 2000년까지 우리 은하를 체계적으로 관측하면서 새로운 사실들이 알려서 천문학계를 여러번 뒤집을 만큼 극적인 변화를 가져다 주었다.

 

겉보기는 안드로메다 은하가 크지만, 우리 은하가 안드로메다 은하보다 암흑 물질을 더 갖고 있어서 질량은 더 크다는 것이다. 2010년대 들어서는 다시 안드로메다 은하가 더 무겁고 우리 은하는 안드로메다의 80% 정도의 질량이라는 연구결과가 나와서 기존 학설들을 뒤집고 있으며, 최근 2018년에는 호주의 천문학자인 프라웰 케이플 연구팀이 최신의 관측 자료를 분석한 결과 안드로메다 은하와 우리 은하의 질량과 크기가 비슷한 것으로 밝혀냈다.

 

[전문가의 세계 - 이명현의 별별 천문학] (18) 안드로메다, 우리은하와 체급 비슷…40억년 뒤 ‘흡�

 

 

 

 

4. 우리 은하(Milky way galaxy)의 형태

 

결과적으로 현재의 기술로써는 우리 은하를 위에서 촬영한 사진은 존재하지 않는다.

워프와 같이, 물질 혹은 정보를 빛의 이동 속도보다 빠르게 이동 시킬 수 있는 초광속 기술이 개발되지 않는 이상 아마 인류(최소한 현 세대)는 전체 모습을 볼 수 없을 것으로 추정된다.

우리 은하의 지름이 대략 10만 광년이기 때문에, 이 광경을 찍으려면 못해도 몇 만 광년 너머에서 찍어야 하고, 설사 여차저차해서 찍을 수 있더라도, 정보 전달 속도 역시 빛의 속도를 초과할 수는 없으므로, 사진 정보를 수신하는 데에만 몇만 년이 걸릴 것이기 때문.

 

하지만 우리 은하가 원반 형태를 하고 있다는 건 18세기 허셜 때부터 이미 널리 알려져 있었으나, 가시광선 영역에서는 원반에 분포한 두꺼운 먼지층에 의해 건너편의 정보가 가로막혀 우리 은하의 전체 구조를 파악하기가 힘들었다.

여기에 영향을 덜 받는 전파나 적외선 영역의 관측 기술이 발달하면서 우리 은하의 항성들 및 분자운의 분포가 나선 구조를 따른다는 점이 분명해졌고, 우리 은하의 종류가 외부 은하 중에서도 자주 발견되는 형태인 나선 은하에 해당한다는 것이 밝혀졌다.

 

과거에는 안드로메다 은하와 모습이 완전히 닮은 정상나선은하로 간주하여, 우리 은하는 중심의 은하핵과 4개의 나선팔을 가진 형태로 그려지는 경우가 많았다. 그런데 1990년대부터 천문학자들이 우리 은하에 막대구조가 있는 듯하다는 의견을 내놓았다. 그리고 2005년 스피처 망원경으로 관측해, 우리 은하 중심부의 막대구조를 공식 확인했다. 

우리 은하의 팔도 막대구조 끝에서 뻗어나온 2개의 나선팔이 있고, 여기서 가지치기한 2개의 나선팔이 더 있는 전형적인 막대나선은하(허블 분류에 따르면 SBbc형)형태임이 드러났다. 덕분에 2005년 이후로는 우리 은하를 그릴 때 막대 나선은하로 그린다.

 

 

 

 

 

4. 태양계(太陽系, Solar System)의 탄생

 

태양계는 라니아케아 초은하단, 처녀자리 초운하단, 국부은하군 우리 은하의 오리온자리의 나선 팔 부근에 위치한 행성계로 단일 항성이다 G형 주계열성인 태양과 4개의 지구형 행성, 4개의 목성형 행성, 왜・소행성, 혜성 및 기타 천체로 이루어져 있다. 사람을 포함한 생명체의 터전인 지구의 모(母)행성계이기도 하다.

 

 

 

 

지금으로부터 약 46억 년 전, 우리 은하 중심으로부터 약 2만 7천 광년 거리에서 우주먼지, 가스, 얼음결정으로 가득한 구름이 중력붕괴하여 태양이 형성되었다. 이후 태양을 중심으로 우주먼지와 가스, 바위, 얼음결정 등이 뭉쳐 작은 미행성을 이루었으며 이들은 서로 부딪쳐 점점 커졌다. 그리고 그 중 가장 큰 덩어리인 목성이 만들어졌다. 목성은 질량이 커짐에 따라 태양의 중력을 받아서 태양과의 거리가 가까워지게 되는데, 이를 맞바람을 거슬러 올라가는 항해법에서 이름을 따서 그랜드 택(Grand Tack)이라고 한다. 

그랜드 택으로 목성은 지금의 화성궤도까지 가까워진다. 목성의 중력으로 내행성계의 작은 바위들은 궤도이탈하여 내행성계가 깨끗해졌으며, 몇몇의 큰 암석 행성들만 남게 되었다. 이렇게 남은 암석 행성들 마저도 목성의 중력에 의하여 궤도가 찌그러져 극단적인 타원궤도를 만들게 되는데, 이러한 극단적 타원궤도 때문에 내행성 계에서는 거대한 암석 행성끼리 서로 부딪치게 되고, 지구와 테이아도 이런 과정을 통해 부딪친다. 지구는 테이아와의 충돌 직후 기울어진 축을 따라 빠른 속도로 회전했다. 이때의 달은 지구와 매우 가까웠으나 이후 점점 멀어지면서 지구의 기울어진 자전축을 안정시켰다. 지금도 달은 지구와 멀어지고 있으며 지구의 자전축도 조금씩 세워지고 있다. 

 

내행성계에서 빠져나간 우주물질들은 토성에 포집되어 일부는 위성이 되어 띠를 이루고 대부분은 합쳐져서 덩치가 커졌으며 이러한 토성의 중력은 목성이 다시 태양에서 멀어지는데 영향을 준다. 이에 따라 수성, 금성, 지구, 화성의 궤도는 안정이 되고, 천왕성과 해왕성 등의 위치도 목성에 밀려 멀어지게 되어 지금의 암석 행성인 내행성계와 가스 행성인 외행성계의 태양계 구조가 완성되었다.

 

 

 

 

 

다음 편에서는 태양계 항성과 행성에 대해서 자세히 알아보기로 하자.

다음시간에 또 만나효오올 :)*

 

우리 은하(Milky way galaxy)Ⅰ: 우리 은하의 탄생과 태양계(太陽系,Solar System)이야기