14살에 시작하는 처음 천문학

청소년을 위한 별과 우주, 천문학 이야기

곽영직 지음

북멘토 2019년 10월 18일 출간 종이책 : 2019년 07월 04일 출간

작품소개

책소개

복잡한 우주를 더 쉽게 이해하는 별별 천문학 이야기
GPS와 상대성 이론은 무슨 관계일까?
우주가 계속 팽창하면 결국 어떻게 될까?
외계인이 진짜 있을까?

본격적으로 천문학을 공부하기 시작하는 청소년들을 위한 맞춤형 천문학 입문서. 지구 중심설이 태양 중심설로 바뀌는 과정을 시작으로 태양계 밖의 넓은 별 세계를 이해하여 가는 과정, 우리 은하, 수많은 은하로 이루어진 대우주의 구조를 밝히는 과정, 별의 일생과 우주의 시작에 대해 이해하는 과정을 쉽고 재미있으면서도 심도 있게 다루었다.
저자 곽영직은 ‘천체 사이에는 어떤 힘이 작용할까?’, ‘망원경의 발전이 천문학 발전에 어떻게 기여했을까?’, ‘우주에서는 거리를 어떻게 잴까?’, ‘별은 어떻게 태어나서 성장하고 죽어 갈까?’, ‘우주가 팽창하고 있다는 것은 어떻게 알았을까?’, ‘우주는 어떻게 시작되었을까?’, ‘우주의 미래는 어떻게 될까?’와 같은 청소년들이 가장 궁금해하는 10개의 질문을 화두로 던지고, 어디서도 들을 수 없는 쉽고 명쾌한 설명을 들려준다.
우주 이야기에는 새로운 지식을 알아가는 즐거움 이상의 감동이 있다. 특히 새롭게 자신과 우주에 대해 관심을 가지기 시작하는 청소년 독자들에게는 우주의 신비와 우주에 대한 지식이 주는 즐거움과 감동이 남다를 것이다. 이 책을 읽는 청소년들이 우주에 대해 더 많은 것을 알고 싶은 욕심을 가지게 되기를 바란다.
중·고등학교 과학 교과서를 비롯해서 어린이와 청소년, 성인에 이르기까지 다양한 독자들을 위한 수십 권의 과학 교양서를 집필·번역하고, 과학관에서 대중 강연을 하는 등 과학 대중화에 힘써온 수원대 물리학과 곽영직 명예 교수의 책이다.

목차

글쓴이의 말: 우주 이야기가 주는 감동을 함께 느낄 수 있으면 좋겠다 004
1장 ◆ 천체는 어떻게 움직일까?
행성은 타원 운동을 한다! 008
천문학 산책 ◆ 우라니보리 천문대와 브라헤 030
2장 ◆ 천체 사이에는 어떤 힘이 작용할까?
모든 물체 사이에는 중력이 작용한다! 032
천문학 산책 ◆ 지구 중력을 극복하는 데 필요한 비용 053
3장 ◆ 망원경의 발전이 천문학 발전에 어떻게 기여했을까?
망원경 덕분에 태양계와 우주가 크게 넓어졌다! 056
천문학 산책 ◆ 메시에 마라톤 075
4장 ◆ 우주에서는 거리를 어떻게 잴까?
연주 시차 측정으로 우주에서 거리 재기가 시작되었다! 078
천문학 산책 ◆ 별의 밝기와 등급 099
5장 ◆ 별빛을 분석하면 어떤 것을 알 수 있을까?
별빛은 별에 대한 모든 정보를 담고 있다! 102
천문학 산책 ◆ 천문학자와 교통경찰 122
6장 ◆ 시공간의 구조가 어떻게 중력을 만들어 낼까?
시공간이 휘어진 정도가 중력의 세기를 결정한다! 124
천문학 산책 ◆ GPS와 상대성 이론 144
7장 ◆ 별은 어떻게 태어나서 성장하고 죽어 갈까?
별의 일생은 크기에 따라 달라진다! 146
천문학 산책 ◆ 미래에는 별나라 여행이 가능할까? 167
8장 ◆ 우주가 팽창하고 있다는 것은 어떻게 알았을까?
허블 법칙은 우주가 팽창하고 있다는 것을 의미한다! 170
천문학 산책 ◆ 밤하늘은 왜 어두울까? 190
9장 ◆ 우주는 어떻게 시작되었을까?
빅뱅과 함께 모든 것이 시작되었다! 192
천문학 산책 ◆ 빅뱅이라는 명칭의 유래 216
10장 ◆ 우주의 미래는 어떻게 될까?
우주의 운명은 암흑 에너지가 결정한다! 218
천문학 산책 ◆ 외계인이 있을까? 237
사진 및 도판 제공 240

책 속으로

하노버에서 태어나 독일 군악대 대원으로 전쟁에 참여했다가 영국으로 망명하여 작곡가이면서 뛰어난 오보에 연주자 생활을 하고 있는 윌리엄 허셜은 차츰 천문학에 관심을 가지게 되었다. 시간이 지남에 따라 천문학은 단순한 취미에서 점차 가장 중요한 관심사가 되었다. 그래서 천체 관측에 필요한 망원경을 제작하는 방법을 스스로 개발하여 크고 성능이 좋은 망원경을 많이 만들었다. 그때 그의 여동생인 캐롤라인 허셜도 일을 도왔다.
캐롤라인은 허셜의 일을 도울 뿐만 아니라 스스로도 천체를 관측하여 새로운 혜성을 여러 개 찾아내기도 했다. 캐롤라인은 망원경을 만들 때의 허셜의 모습을 다음과 같이 기록해 놓았다.
“오빠는 옷을 갈아입을 사이도 없이 망원경 만드는 일을 계속했다.
오빠의 옷소매는 찢어져 있거나 거울을 연마하는 데 사용하는 송진으로 더럽혀져 있었다. (…) 나는 손이 더러워 음식을 집어먹을 수 없는 오빠에게 음식을 떠먹여 주기도 했다.” _58쪽

천문대 대장이 된 후에는 별의 위치를 정확하게 결정하기 위한 연구에서 커다란 성과를 거뒀다. 정지해 있는 지구에서 별을 관측하는 것이 아니라 빠르게 달리고 있는 지구에서 별을 관측하므로 별의 위치가 계절에 따라 조금씩 다르게 측정된다. 따라서 여러 계절에 측정한 별의 위치를 이용하여 정확한 위치를 결정하기 위해서는 여러 가지 계산이 필요하다. 천문학뿐만 아니라 수학에도 뛰어난 능력을 지닌 베셀은 별의 위치를 결정하는 방법을 개발했다.
베셀이 쾨니히스베르크 천문대 대장으로 있으면서 이룬 가장 중요한 업적은 백조자리 61번별의 연주 시차를 측정하는 데 성공한 것이다. 연주 시차의 측정은 고대 그리스 천문학자들 이래로 수많은 천문학자들이 시도했지만 성공하지 못한 것이었다. 천문학자들은 연주 시차의 측정이 천문학이 해결해야 할 가장 중요한 숙제라는 것을 잘 알고 있었다. 그런데 베셀이 그 일을 해낸 것이다. 베셀의 연주 시차 측정 성공으로 천문학이 오늘날 우주의 시작과 끝을 이야기할 수 있는 천체물리학으로 발전할 수 있는 기틀이 마련되었다. _82쪽

허긴스 부부가 천문학 발전에 기여한 가장 큰 업적은 별에서 오는 빛을 분석하여 별에 대한 정보를 알아내는 방법을 발전시킨 것이다. 별은 아주 멀리 있기 때문에 실제로 별에 가서 자세하게 조사할 수 없다.
따라서 별에서 오는 신호를 분석하여 정보를 얻어야 한다. 멀리 있는 별에서 오는 신호 중에 가장 많은 정보를 담고 있는 것은 빛이다. 천문학자들은 빛을 분석하여 수억 광년이나 떨어져 있는 은하의 구성 성분은 물론 온도나 내부 구조에 대해 자세하게 알아낼 수 있다.
별빛을 분석하여 별의 구성 성분과 별이 멀어지거나 다가오는 속력을 처음으로 알아낸 천문학자가 바로 허긴스 부부였다. 자신들이 세운 천문대에 지름이 20센티미터인 망원경과 빛을 분석하는 장치를 갖춘 허긴스 부부는 1863년, 별빛을 분석하여 별도 지구에 존재하는 것과 같은 원소들로 이루어져 있음을 알아냈다. 그는 오리온자리의 알파별인 베텔게우스가 나트륨·마그네슘·칼슘·철·비스무트와 같은 원소를 포함하고 있다는 것을 알아냈다. _105쪽

작가정보

저자(글) 곽영직

서울대학교 자연과학대학에서 물리학을 공부한 후 미국 켄터키대 학교 대학원에서 박사 학위를 받았다. 수원대학교 물리학과 교수로 재직하면서 자연대학장, 대학원장 등을 역임했으며, 현재는 명예교수로 있다. 『14살에 시작하는 처음 물리학』, 『양자역학으로 이해하는 원자의 세계』, 『세상을 바꾼 과학 이야기』, 『과학자의 철학노트』 등 많은 책을 썼고, 『우주의 기원 빅뱅』, 『힉스 입자 그리고 그 너머』, 『우주의 시작과 끝 : 아리스토텔레스에서 호킹까지』, 『BIG QUESTIONS 118 원소』 등을 번역했다.
중학교 『과학』(금성출판사) 교과서와 고등학교 『물리Ⅰ』(YBM) 교과서를 비롯해서 『전기와 자기』, 『힘, 운동량, 에너지의 삼각관계』, 『쿤 이 들려주는 과학 혁명의 구조 이야기』, 『왜 땅으로 떨어질까』 등 수많은 어린이·청소년 과학책의 필자이기도 하다.