우리가 통칭하여 부르는 천문학은 그 범위와 연구 대상에 따라 여러 분야로 나뉠 수 있습니다. 이번 글과 다음 글에서는
천문학 연구를 구성하는 여러 분야에 대해 알아보도록 하겠습니다.
천체 물리학(Astrophysics)
천체 물리학은 천체를 우주에서의 위치나 움직임보다는 천체의 본질을 확인하기 위해 물리학의 기본 원리에 초첨을 맞춘 천문학의 한 분야입니다. 즉 기본적인 물리학의 법칙과 이론을 적용하여 태양, 별, 은하, 외계 행성(extrasolar planets), 성간 매체(interstellar medium) 및 우주 마이크로파(cosmic microwave background)의 본질을 이해하려고 합니다.
천체 물리학은 매우 광범위한 주제이기 때문에 천체 물리학자들은 일반적으로 역학, 전자기학, 통계 역학, 열역학, 양자 역학, 상대성 이론, 핵 및 입자 물리학, 원자 및 분자 물리학을 비롯한 다양한 물리학 분야를 적용합니다. 주요 연구 분야로는 암흑 물질(dark matter), 암흑 에너지(dark energy) 및 블랙홀(black holes)의 특성을 파악하는 것, 그리고 시간 여행이 가능한지, 웜홀(wornholes)이 형성될 수 있는지, 다중 우주(multiverse)가 존재하는지 여부 그리고 우주의 기원과 운명 등이 포함됩니다.
천체 물리학자들은 전자기 스펙트럼을 통해 작동하는 망원경, 우주 현상의 컴퓨터 시뮬레이션, 우주에서 발견되는 조건을 재현하기 위한 실험실 실험 등 다양한 관찰 및 이론 기술을 사용하여, 우주에서 우리의 위치와 존재 자체의 본질에 관한 가장 심오한 질문 중 일부를 밝혀줍니다.
천문 화학 (Astrochemistry)
천문 화학은 우주에 존재하는 분자의 풍부함과 반응, 그리고 방사선과의 상호 작용을 연구하는 학문으로서, 복잡한 분자의 생성, 우주의 화학 원소 분포, 별, 행성 및 기타 천체 형성에 관여한 화학 원소의 역할을 이해하도록 돕는 학문입니다.
천문 화학에서 특별히 관심을 끄는 연구 분야는 분자 가스 구름(molecular gas clouds)의 형성, 원자 및 화학적 구성 및 진화와 운명입니다. 이는 우주의 화학적 복잡성을 풀어냄으로써 생명의 기원, 행성과 별의 형성, 지구의 기원과 지질학(Earth's origin and geology), 자연 발생(abiogenesis) 및 기후와 해양의 기원을 이해하는 데 기여합니다.
우주 생물학 (Astrobiology)
우주 생물학은 우주 생명체의 기원, 진화 및 분포를 연구하는 학문으로서, 천체의 화학적 환경을 연구하여 생명체가 우주의 다른 곳에서 출현하고 번성하는 데 필요한 조건을 이해하는 데 기여합니다.
우주 생물학은 분자 생물학, 생물 물리학, 생화학, 화학, 천문학, 물리적 우주론, 외행성학 및 지질학을 활용하여 다른 세계에서의 생명체 가능성을 조사하고 지구와 다를 수 있는 생물권을 인식하려고 합니다. 이 분야는 행성계의 기원, 우주에서의 유기 화합물의 기원, 암석-물-탄소 간의 상호 작용, 지구 상의 생물 발생, 행성 거주 가능성, 생명 탐지를 위한 생체 특징에 대한 연구 및 생명체가 환경에 적응할 가능성에 대한 연구를 포함합니다.
물리적 우주론(Physical Cosmology)
물리적 우주론은 물리학의 원리와 기술을 이용하여 우주의 기원, 역학 및 이들의 운명을 탐구하면서 우주 전체의 구조와 진화를 연구하는 우주론의 한 분야입니다.
물리적 우주론은 우주가 약 138억 년 전에 극도로 뜨겁고 밀도가 높은 상태로 시작되었다고 가정하는 빅뱅(big bang) 이론을 기반으로 우주의 기원과 초기 역사를 탐구합니다. 우주론자들은 우주 마이크로파 배경 복사, 즉 빅뱅의 잔존 연구열을 연구함으로써 우주의 초기 단계를 조사하고 초기 우주의 상태를 추론할 수 있습니다.
또한 물리적 우주론은 우주의 질량-에너지 성분의 96%를 차지하는 암흑 물질과 암흑 에너지를 포함한 우주의 구성과 특성을 탐구합니다. 암흑 물질은 우주 구조에 중력 영향을 미치는 보이지 않는 물질 형태를 말하며, 암흑 에너지는 우주의 가속 팽창을 이끄는 신비한 힘을 말합니다. 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질을 이해하는 것은 우주론 연구의 핵심 내용입니다.
우주 마이크로파 배경(cosmic microwave background radiation, CMB) 복사는 물리적 우주론의 핵심 관측 도구로, 우주의 초기 상태가 빅뱅 후 약 380,000년 후 광자(photons)로 인해 투명해졌을 때의 스냅 샷을 보여줍니다. 이러한 우주 마이크로파 배경 복사의 온도 변동과 편광 패턴을 분석하면, 우주의 기하학, 구성 및 진화에 대한 귀중한 정보를 제공받을 수 있습니다.
전반적으로 물리적 우주론은 우주의 구조, 역사 및 기본 특성을 이해하기 위한 포괄적인 수단을 제공하는데, 천문학의 관찰, 물리학의 이론적 통찰력과 계산 기술을 통합함으로써 우주론자는 우주의 신비를 풀고 우주의 기원과 진화에 대한 이해를 높이는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.
다음 글에서는 은하 천문학, 은하 외 천문학, 항성 천문학, 태양 천문학 및 행성 과학에 대해 알아보도록 하겠습니다.
