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측성학(Astrometry)은 천구상의 천체들의 상대적인 위치를 정확하게 측정하거나, 천체들의 운동을 연구하는 천문학의 한 분야이다. 측성학은 고대부터 별들의 움직임을 측정하여 계절과 시간의 흐름을 측정하는 데 이용되어 왔으며, 천문학 분야 중 가장 오래된 분야이다. 측성학에서 얻어진 천체의 정확한 위치 정보는 태양계우리 은하내의 천체들의 운동과 물리적 근원을 밝히는 데 중요한 열쇠가 되어왔으며, 이는 근대적 우주관의 형성과 천체역학의 탄생에 중요한 역할을 하였다. 현대천문학에서 측성학의 주요 연구 분야는 의 정밀한 삼각시차고유운동을 측정하여 우주의 거리척도를 확립하거나, 가시광선과 전파를 방출하는 천체를 총괄하는 정밀한 관성좌표계를 확립하는 것이 있다.

2006/08/08

역사[편집]

측성학의 역사는 별의 목록 제작의 역사와 깊은 관계를 가지고 있다. 천문학자들은 천체들의 위치와 그 운동을 기록하기 위한 기준이 되는 별의 목록을 제작해 왔다. 가장 오래된 별 목록은 기원전 190년전의 히파르쿠스(Hipparchus)까지 거슬러 올라간다. 히파르쿠스는 TimocharisAristillus의 별 목록을 바탕으로 약850여개의 별 목록을 작성하였고,[1] 이를 이용하여 처음으로 지구의 세차운동을 발견하였다. 이러한 작업을 하는 중에 그는 별의 밝기를 나타내는 척도인 등급을 고안하였는데, 이는 지금도 쓰이고 있다. 히파르쿠스의 뒤를 이은 프톨레미는 총 1022개의 별들의 위치와 밝기를 수록한 알마게스트(Almagest)를 발간하였다.[1]

10세기에는 아랍의 천문학자 알 수피(Abd al-Rahman al-Sufi)가 별들의 위치, 밝기, 색깔, 그리고 별자리 등을 수록한 《Book of Fixed Stars》를 출판하였다. Ibn Yunus는 여러 해 동안 태양의 위치를 기록한 표와 그 계산 방법을 연구하였다. 15세기에는 티무르 제국의 군주이자 천문학자인 울루그 베그(Ulugh Beg)가 《Zij-i-Sultani》이라는 책에서 1,019개의 별목록을 작성했다. 히파르쿠스나 프톨레미와 마찬가지로 그의 별목록의 정확도는 약 20분 정도였을 것으로 추정된다.[2]

16세기에 들어와서 티코 브라헤는 보다 발전된 관측기구를[주 1] 이용하여 별들의 위치를 약 15–35의 정확도로 측정하였다.[3] 한편 비슷한 시기에 이스탄불 천문대의 타끼 앗딘(Taqi al-Din)은 자신이 발명한 "천문시계"를 이용하여 별들의 위치를 측정하였다.[4] 티코 브라헤의 태양계 행성들의 위치 측정 결과를 바탕으로 케플러는 행성의 운동을 태양을 초점으로 한 타원궤도로 설명할 수 있었으며, 이는 뉴턴만유인력법칙 발견과 천체역학의 발전으로 이어지게 된다.

제임스 브래들리(James Bradley)는 1729년에 별의 시차를 측정하려고 노력하였으나 실패하였다. 그 와중에 그는 지구의 공전 때문에 별빛이 기울어져 보이는 광행차 현상(aberration of light)과 지구 자전축의 각도가 변하는 장동현상(nutation)을 발견하였다. 최초로 시차 측정에 성공한 사람은 독일의 프리드리히 베셀로서, 1838년에 백조자리 61번 별의 시차를 약 0.3초로 측정하였고, 별까지의 거리가 약 10.6광년이라는 것을 알아내었다. 이 측정은 현대의 측정치인 11.2광년과 매우 근사한 측정치이다. 별들의 시차는 매우 작아서 측정이 매우 어려웠으므로, 19세기에는 약 60여개의 별들에 대해서만 시차값이 알려져 있었으나, 20세기에 들어서 천문사진술의 발전으로 보다 많은 별들의 시차가 관측되게 되었다. 1980년대에 들어와서 발명된 전하결합소자(CCD)는 기존의 사진 건판을 대체하였으며 측정 오차를 획기적으로 줄이는데 기여하였다.

1989년에 유럽우주국(European Space Agency)은 지구의 중력과 대기의 영향을 받지 않는 상태에서 천체들의 위치를 보다 정확하게 측정하기 위해 히파르코스 위성을 발사하였다. 1989년부터 1993년까지 히파르코스 위성은 기존에는 불가능했던 정확도로 별들의 위치를 측정할 수 있었다. 약 4년에 걸친 운영기간 동안 히파르코스 위성은 118,218개의 별의 위치, 시차와 고유운동를 유래가 없는 정확도로 측정할 수 있었다. 이러한 관측들로부터 총 1,058,332개의 별들의 위치를 약 20-30밀리초의 정확도로 측정한 티코 목록을 출판하였고, 또한 추가로 23,882개의 이중성 및 다중성 목록과 11,597개의 변광성 목록도 만들어졌다.[5]

현재 가장 널리 쓰이고 있는 별목록은 미 해군 천문대에서 발간된 USNO-B1.0 목록이다. 이 전천 목록은 하늘의 모든 영역에 걸쳐 약 10억개에 달하는 천체들의 위치, 고유운동, 등급과 같은 특성들을 수록하고 있다. 이 USNO-B1.0 목록을 만들기 위해 과거 50년 동안 7,435개의 슈미트 카메라 건판이 이용되었으며, 이 목록은 약 0.2초의 정확도를 가지고 있다.[6]

측성학의 응용[편집]

큰 질량의 별 주위를 공전하고 있는 외계행성 같이 작은 물체가 어떻게 별의 위치와 속도변화를 일으킬 수 있는지 보여주는 그림. 무거운 별과 가벼운 행성 모두 공통 질량중심(붉은색 십자가)를 중심으로 공전하고 있다.
태양계 전체의 질량중심의 시간에 따른 이동 모습.

Apart from the fundamental function of providing astronomers with a reference frame to report their observations in, astrometry is also fundamental for fields like celestial mechanics, stellar dynamics and galactic astronomy. 측성학은 천문학에서 기본이 되는 하늘 좌표계를 만드는 근본적인 역할 뿐 아니라, 천체 역학, 항성 동역학, 우리은하 천문학 같은 현대 천문학에서 중요한 역할을 하고 있다. In observational astronomy, astrometric techniques help identify stellar objects by their unique motions. 관측천문학에서는 천체들의 고유운동을 측정하여 그 천체를 확인할 수 있다.??? It is instrumental for keeping time, in that UTC is basically the atomic time synchronized to Earth's rotation by means of exact observations. 역사적으로 측성학은 매우 중요. 지구의 자전주기가 기본적으로 현재 쓰이고 있는 원자시계을 정의하는데 이용되었으므로 Astrometry is an important step in the cosmic distance ladder because it establishes parallax distance estimates for stars in the Milky Way. 측성학은 또한 우주 거리 사다리의 가장 중요한 첫 번째 스텝 단계 계단이다. 우리은하 내의 별들까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있으므로


Astrometry has also been used to support claims of extrasolar planet detection by measuring the displacement the proposed planets cause in their parent star's apparent position on the sky, due to their mutual orbit around the center of mass of the system. Although, as of 2009, none of the extrasolar planets detected by ground-based astrometry has been verified in subsequent studies, astrometry is expected to be more accurate in space missions that are not affected by the distorting effects of the Earth's atmosphere.[7] NASA's planned Space Interferometry Mission (SIM PlanetQuest) (now cancelled) was to utilize astrometric techniques to detect terrestrial planets orbiting 200 or so of the nearest solar-type stars, and the European Space Agency's GAIA mission (due to launch in 2013), which will be applying astrometric techniques in its stellar census.[8]

측성학의 위치정보는 천문학자들로 하여금 천체역학/천체물리에서 여러 모형들을 구분할 수 있는 중요한 물리량의 하나이다. Astrometric measurements are used by astrophysicists to constrain certain models in celestial mechanics. By measuring the velocities of pulsars, it is possible to put a limit on the asymmetry of supernova explosions. Also, astrometric results are used to determine the distribution of dark matter in the galaxy. 예를 들어, 펄사의 속도를 측정함으로써 또한 은하내의 항성들의 위치와 속도 정보들은 은하내의 물질 분포를 결정할 수 있게 도와준다.(???)

지구근접천제 near-Earth objects 연구는 측성학이 응용되는 중요한 분야중 하나이다. Astronomers use astrometric techniques for the tracking of near-Earth objects. Astrometry is responsible for the detection of many record-breaking solar system objects. 이러한(지구에 위협이 될 수 있는) 천체들을 찾아내기 위해서 천문학자들은 하늘의 넓은 지역의 정해진 주기마다 사진을 찍는다. 이렇게 얻어진 사진들에서 움직이지 않는 배경 별에 대해 상대적으로 움직이는 천체를 찾아내는 방법을 쓴다. 이렇게 시간에 따른 천체의 위치를 여러 시간에 대해 측정하여, 새로 발견된 천체의 궤도요소등을 결정할 수 있고, 이는 앞으로 이 천체가 어떻게 태양계내에서 어떻게 움직일지를 예측할 수 있다.

[주 2]

To find such objects astrometrically, astronomers use telescopes to survey the sky and large-area cameras to take pictures at various determined intervals. By studying these images, they can detect solar system objects by their movements relative to the background stars, which remain fixed. Once a movement per unit time is observed, astronomers compensate for the parallax caused by the earth’s motion during this time and the heliocentric distance to this object is calculated. Using this distance and other photographs, more information about the object, including its orbital elements, can be obtained.[9]

50000 Quaoar90377 Sedna는 이러한 방법으로 발견된 태양계 천체이다. 이 두 천체들은 캘리포니아 공과대학의 Michael E. Brown에 의해 팔로마 망원경을 이용하여 발견되었다.

50000 Quaoar and 90377 Sedna are two solar system objects discovered in this way by Michael E. Brown and others at Caltech using the Palomar Observatory’s Samuel Oschin telescope of 48 인치 (1.2 m) and the Palomar-Quest large-area CCD camera. The ability of astronomers to track the positions and movements of such celestial bodies is crucial to the understanding of our Solar System and its interrelated past, present, and future with others in our Universe.[10][11]

대중 문화에서의 측성학[편집]

같이 보기[편집]

참고 문헌[편집]

  1. Kanas, Nick (2007). 《Star maps : a history, artistry, and cartograph》. Berlin ; New York: Springer. ISBN 978-0-387-71668-8. 
  2. Lankford, John (1997). 《History of astronomy : an encyclopedia》. New York: Garland Pub. 49 (astrometry)쪽. ISBN 0-8153-0322-X. 
  3. Kovalevsky, Jean.; Seidelmann, P. Kenneth. (2004). 《Fundamentals of astrometry》. Cambridge, U.K. ; New York: Cambridge University Press. 2–3쪽. ISBN 0-521-64216-7. 
  4. Selin, Helaine (1997). 《Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-western Culture》. Dordrecht ; Boston: Kluwer Academic. ISBN 0-7923-4066-3. 
  5. “The Hipparcos Space Astrometry Mission”. European Space Agency. 2007년 6월 1일. 2007년 12월 6일에 확인함. 
  6. Kovalevsky, Jean. (2002). 《Modern astrometry》. Berlin ; New York: Springer. ISBN 3-540-42380-X. 
  7. Nature 462, 705 (2009) 8 December 2009 doi 10.1038/462705a
  8. [1] ESA - Space Science - Gaia overview
  9. Trujillo, Chadwick; Rabinowitz, David (2007년 6월 1일). “Discovery of a candidate inner Oort cloud planetoid” (PDF). European Space Agency. 2007년 10월 26일에 보존된 문서 (PDF). 2007년 12월 6일에 확인함. 
  10. Britt, Robert Roy (2002년 10월 7일). “Discovery: Largest Solar System Object Since Pluto”. SPACE.com. 2007년 12월 6일에 확인함. 
  11. Clavin, Whitney (2004년 5월 15일). “Planet-Like Body Discovered at Fringes of Our Solar System”. NASA. 2007년 11월 30일에 보존된 문서. 2007년 12월 6일에 확인함. 

주석[편집]

  1. 벽에 달려있어서 각도를 측정하는 기기로서 mural instrument라고 한다.
  2. 일반적으로 지구와 태양계의 운동을 보정하는 과정을 거친다.

기타 참고 서적[편집]

  • Kovalevsky, Jean (1995). 《Modern Astrometry》. Berlin; New York: Springer. ISBN 3-540-42380-X. 
  • Kovalevsky, Jean; Seidelman, P. Kenneth (2004). 《Fundamentals of Astrometry》. Cambridge University Press. ISBN 0-521-64216-7. 
  • Walter, Hans G. (2000). 《Astrometry of fundamental catalogues: the evolution from optical to radio reference frames》. New York: Springer. ISBN 3-540-67436-5. 

바깥 고리[편집]