Light seconds, light years, light centuries: How to measure extreme distances - Yuan-Sen Ting

우주에서는 거리를 어떻게 측정할까요? - 유엔-썬 팅

번역: Jihyeon J. Kim 검토: Jiwoo Lee

빛은 우리가 아는 가장 빠른 것입니다.

Light is the fastest thing we know.

It's so fast that we measure enormous distances

너무 빨라서 엄청난 거리를 잴 때는

by how long it takes for light to travel them.

빛이 이동한 시간으로 측정합니다.

In one year, light travels about 6,000,000,000,000 miles,

일년에 빛은 약 6조 마일(약9조km)을 이동합니다.

a distance we call one light year.

1 광년이라고 부르는 거리이죠.

To give you an idea of just how far this is,

이게 얼마나 먼 거리인지 알려드리자면,

the Moon, which took the Apollo astronauts four days to reach,

아폴로 우주인이 나흘 걸려 도착한 달에

빛은 1초만에 갑니다.

is only one light-second from Earth.

태양을 제외한 가장 가까운 별은 프록시마 센타우리입니다.

Meanwhile, the nearest star beyond our own Sun is Proxima Centauri,

4.24 light years away.

4.24 광년 떨어져 있죠.

Our Milky Way is on the order of 100,000 light years across.

우리은하는 십만 광년 크기입니다.

가장 가까운 안드로메다 은하는

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

is about 2.5 million light years away

대략 이백 오십만 광년 떨어져 있습니다.

Space is mind-blowingly vast.

우주는 놀랄만큼 거대합니다.

But wait, how do we know how far away stars and galaxies are?

별이나 은하의 거리가 얼마인지 어떻게 알까요?

After all, when we look at the sky, we have a flat, two-dimensional view.

어쨌든 하늘을 보면 이차원의 평면으로 보입니다.

별을 손으로 가리켜도 얼마나 떨어져 있는지 모릅니다.

If you point you finger to one star, you can't tell how far the star is,

so how do astrophysicists figure that out?

천체물리학자는 어떻게 알까요?

For objects that are very close by,

매우 가까이 있는 물체는

we can use a concept called trigonometric parallax.

삼각시차법이라는 것을 씁니다.

The idea is pretty simple.

원리는 매우 간단하죠.

Let's do an experiment.

실험을 해볼까요.

Stick out your thumb and close your left eye.

엄지손가락을 내밀고 왼쪽 눈을 감으세요.

Now, open your left eye and close your right eye.

이제 왼쪽 눈을 뜨고 오른쪽 눈을 감으세요.

It will look like your thumb has moved,

엄지손가락이 움직인 것처럼 보일 겁니다.

while more distant background objects have remained in place.

뒤쪽의 물체는 제자리에 있죠.

The same concept applies when we look at the stars,

같은 원리가 별을 볼때도 적용됩니다.

but distant stars are much, much farther away than the length of your arm,

하지만 별들은 여러분의 팔보다 훨씬 더 멀리 있고

and the Earth isn't very large,

지구는 그다지 크지 않죠.

so even if you had different telescopes across the equator,

적도를 사이에 두고 각각 망원경이 있어도

you'd not see much of a shift in position.

위치의 변화가 별로 없을 겁니다.

Instead, we look at the change in the star's apparent location over six months,

그래서 6개월의 간격을 두고 별의 위치변화를 봅니다.

태양 주위 공전주기의 절반 지점입니다.

the halfway point of the Earth's yearlong orbit around the Sun.

When we measure the relative positions of the stars in summer,

여름과 겨울에 측정한 별의 상대적 위치는

and then again in winter, it's like looking with your other eye.

다른 쪽 눈으로 보는 것과 같습니다.

Nearby stars seem to have moved against the background

근접한 별들이 더 먼 별이나 은하를 배경으로

of the more distant stars and galaxies.

움직인 것처럼 보입니다.

이 방법으로는 몇 천광년 떨어진 별만 측정할 수 있습니다.

But this method only works for objects no more than a few thousand light years away.

우리 은하를 넘어서면 거리가 너무 커서

Beyond our own galaxy, the distances are so great

that the parallax is too small to detect with even our most sensitive instruments.

가장 민감한 장치로도

미세한 위치변화를 감지하지 못합니다.

So at this point we have to rely on a different method

이때에는 다른 방법을 써야 하는데

using indicators we call standard candles.

표준광촉법이라는 지표입니다.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

표준 광촉이란 본래의 밝기 또는 실광도를 가진 물체입니다.

we know really well.

우리가 잘 아는 것이죠.

For example, if you know how bright your light bulb is,

예를 들어, 전구의 밝기를 안다면

and you ask your friend to hold the light bulb and walk away from you,

친구에게 전구를 들고 뒤로 물러서 보라고 합니다.

you know that the amount of light you receive from your friend

친구에게서 나오는 빛의 양이

will decrease by the distance squared.

거리의 제곱배로 감소하는 것을 알겁니다.

받아 들이는 빛의 양과

So by comparing the amount of light you receive

to the intrinsic brightness of the light bulb,

전구의 실광도를 비교하면

you can then tell how far away your friend is.

친구가 떨어져 있는 거리를 알게 됩니다.

In astronomy, our light bulb turns out to be a special type of star

천문학에서는 그 전구가 케페우스형 변광성이라는

called a cepheid variable.

특별한 종류의 별로 밝혀졌습니다.

These stars are internally unstable,

이 별들은 계속 늘었다 줄었다 하는 풍선처럼

like a constantly inflating and deflating balloon.

내부적으로 불안정합니다.

And because the expansion and contraction causes their brightness to vary,

수축과 팽창이 밝기에 변화를 일으키기 때문에

we can calculate their luminosity by measuring the period of this cycle,

보다 천천히 변하는 좀더 밝은 별을 이용해서

with more luminous stars changing more slowly.

변화 주기를 측정함으로 실광도를 계산합니다.

관측한 이 별들의 빛과

By comparing the light we observe from these stars

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

이렇게 계산한 실광도과 비교해서

we can tell how far away they are.

별의 거리를 알아냅니다.

Unfortunately, this is still not the end of the story.

안타깝게도 이게 끝이 아닙니다.

사천만 광년 떨어진 별까지만 관측할 수 있습니다.

We can only observe individual stars up to about 40,000,000 light years away,

after which they become too blurry to resolve.

그 이상은 너무 희미해서 알 수가 없습니다.

But luckily we have another type of standard candle:

다행히도 다른 표준광촉이 있습니다.

the famous type 1a supernova.

그 유명한 유형1A 초신성입니다.

Supernovae, giant stellar explosions are one of the ways that stars die.

거대 별의 폭발인 초신성은 별이 소멸하는 과정입니다.

These explosions are so bright,

이 폭발은 너무나 밝아서

that they outshine the galaxies where they occur.

은하들의 밝기를 넘어섭니다.

So even when we can't see individual stars in a galaxy,

은하의 개개의 별은 볼 수 없지만

we can still see supernovae when they happen.

초신성은 볼 수 있습니다.

And type 1a supernovae turn out to be usable as standard candles

유형1A 초신성은 희미한 것들보다는 실광도가 천천히 사라지기 때문에

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

표준광촉으로 사용하기 좋습니다.

Through our understanding of this relationship

밝기와 감소 비율의

between brightness and decline rate,

관련성을 이해함으로써

수십억 광년 떨어진 곳까지

we can use these supernovae to probe distances

up to several billions of light years away.

초신성으로 조사합니다.

But why is it important to see such distant objects anyway?

하지만 이렇게 먼 곳까지 보는게 왜 중요할까요?

Well, remember how fast light travels.

빛의 속도를 기억하실 겁니다.

For example, the light emitted by the Sun will take eight minutes to reach us,

예를 들어, 태양의 빛은 지구에 오는데 8분이 걸립니다.

which means that the light we see now is a picture of the Sun eight minutes ago.

그러니까 우리는 8분전의 태양을 보고 있는 것이죠.

When you look at the Big Dipper,

북두칠성을 보실 때는

you're seeing what it looked like 80 years ago.

80년 전의 모습을 보고 계신 겁니다.

And those smudgy galaxies?

저 흐릿한 은하들이요?

They're millions of light years away.

수백만 광년 떨어져 있습니다.

It has taken millions of years for that light to reach us.

우리에게 빛이 도달하는데 수 백만년이 걸립니다.

So the universe itself is in some sense an inbuilt time machine.

그러니까 우주 자체가 내장 타임머신인 겁니다.

The further we can look back, the younger the universe we are probing.

더 멀리 볼수록 더 이전의 우주를 보는 겁니다.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

천체물리학자는 우주의 역사를 읽고

and understand how and where we come from.

우리가 어디에서 어떻게 기원했는지 이해하려 합니다.

우주는 빛의 형태로 끊임없이 정보를 보냅니다.

The universe is constantly sending us information in the form of light.

All that remains if for us to decode it.

그것을 해독하는 것은 우리의 몫입니다.