¶ 지식 정보
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¶ 은하
수많은 별과 가스, 먼지 등이 모여 형성된 거대한 천체 무리이다.
지구는 ‘우리 은하’라 불리는 은하에 속해 있다.
¶ 허블 법칙
어느 관찰자가 관측한 은하의 후퇴 속도를 , 관찰자로부터 은하까지의 거리를 , 허블 상수를 라 할 때, 이다.
허블 상수의 단위는 주로 를 사용한다.
허블 상수는 관측 자료와 시기에 따라 다를 수 있다.
‘허블’이라는 학자가 외부 은하의 적색 편이를 관측하여 은하의 후퇴 속도가 거리와 비례한다는 허블 법칙을 밝혀냈다.
¶ 허블 법칙 예시
그림은 우리은하와 허블 법칙을 만족하는 외부 은하 를 나타낸 것이다.
우리은하에서 관측한 의 후퇴 속도가 일 때, 허블 상수를 구해보자.
어느 관찰자가 관측한 은하의 후퇴 속도를 , 관찰자로부터 은하까지의 거리를 , 허블 상수를 라 할 때, 이다.
우리은하에서 관측한 의 후퇴 속도가 이고, 우리은하로부터 까지의 거리는 이므로
이다.
¶ 허블 법칙으로 알아낸 사실
풍선(우주) 표면에 작은 스티커(은하)를 여러 개 붙여두고 풍선을 불면, 풍선이 커질수록 스티커 사이의 간격이 모두 늘어난다.
이때 멀리 떨어져 있는 스티커일수록 그 사이의 고무(공간)가 더 많기 때문에,
풍선이 커질 때 늘어나는 양도 더 커져 더 빨리 멀어지는 것처럼 보인다.
이와 같이 지구로부터 더 멀리 떨어져 있을수록 은하의 후퇴 속도가 더 크다는 허블 법칙을 통해 우주가 팽창하고 있음을 알 수 있었다.
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $5$
ㄱ. 어느 관찰자가 관측한 은하의 후퇴 속도를 , 관찰자로부터 은하까지의 거리를 , 허블 상수를 라 할 때, 이다.
따라서 우리은하에서 관측한 , 의 후퇴 속도는 각각
이다.
빛의 속도를 , 적색 편이량을 라 할 때, 이므로 우리은하에서 관측한 , 의 적색 편이량을 각각 , 라 하면,
이고,
이다.
그러므로 우리은하에서 관측한 적색 편이량은 가 의 배이다. (O)
ㄴ. 우리은하에서 관측한 의 후퇴 속도는 이므로
이다. (O)
ㄷ. 와 사이의 거리는 이므로 에서 관측한 의 후퇴 속도는
이다. (O)
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
정답: $2$
후퇴 속도를 , 빛의 속도를 , 어느 스펙트럼선의 고유 파장을 , 관측 파장을 라 할 때,
이므로,
이다.
관찰자(우리은하)에서 까지의 거리를 , 허블 상수를 라 할 때, 이므로
이다.
따라서 정답은 번이다.