진로와 꿈 이달의 진로

[2015년 9월호] 천문학의 세계로 빠져보자!

 

인류문명을 바꾸는 천문학의 세계

세상은 하늘을 보는 사람들에 의해 변화해왔다고 해도 과언이 아니다. 지구가 평평한 게 아니라 둥글다는 것도, 태양이 지구 주위를 도는 게 아니라 지구가 태양 주위를 돈다는 것도 모두 하늘을 보는 사람들을 통해 발견됐다. 이들은 더 나아가 매해 반복되는 계절을 예측했고, 그 순환을 바탕으로 달력까지 발명했다. 하늘을 보는 자, 지금의 천문학자들은 이제 하늘 너머 우주를 보며 새로운 세상을 발견하고 있다.

 

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천문학자가 하는 일은 어떤 방법으로 연구하고, 어떤 대상을 연구하는지에 따라 세세하게 구분된다. 밤하늘의 별을 관측하는 것부터 우주의 근원을 고민하는 것까지 다양한 분야에서 일하는 천문학자에 대해 알아보자.

 연구 방법에 따라

관측천문학 우리가 일반적으로 생각하는 천문학자로, 주로 망원경을 사용해 밤하늘을 관측한다. 눈으로 직접 볼 수 있는 가시광선 외에도 적외선, 자외선, 전파, 고에너지(X-ray, 감마선) 등에 따라 세부적으로 나뉜다.

이론천문학 기존의 관측 자료를 이용해 우주의 물리학적 법칙을 밝혀내는 학문이다. 요즘 천문학자들은 대부분 이론천문학자라고 볼 수 있다. 이들은 기존 자료를 통해 우주의 크기, 별의 무게, 은하계 나이 등을 찾으려 노력한다.

연구 대상에 따라

태양천문학 인류에게 가장 중요한 항성인 태양을 연구한다. 태양은 지구에서 가장 가까운 항성으로 빛의 속도로 8분 거리에 있다. 태양은 현재 46억 살로 밝기가 점점 증가하고 있다. 태양천문학은 이러한 태양의 변화 그리고 그것이 지구에 미치는 영향 등을 연구한다.

행성과학 지구를 포함한 행성, , 행성계가 어떻게 생겨났는지, 어떤 법칙을 가지고 있는지 등을 연구한다. 과거에는 망원경을 이용해 행성을 관측했지만 최근에는 우주탐사선으로 관측한다. 덕분에 태양계의 형성과 진화에 관한 많은 지식을 얻었으며, 그에 따라 새로운 사실을 많이 발견하고 있다.

 항성천문학 별을 지칭하는 항성과 그것의 진화 과정을 연구하는 학문으로, 우주 자체를 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 거대 분자 구름이 중력 때문에 붕괴하며 깨지는데, 이때 생긴 조각들로 원시별을 형성한다. 항성천문학은 이러한 원시별이 핵융합을 통해 태양과 같은 항성으로 진화하는 모습 등을 연구한다.

우리은하 천문학 태양계가 공전하는 우리은하(Galaxy; Milky Way)에 대해 연구한다. 우리은하는 국부은하군에 있는 막대나선 은하로 이를 이루고 있는 가스, 먼지, , 암흑물질 등이 연구 대상이다. 지구에서는 우리은하의 모습을 제대로 보기 힘들다. 태양계에 있는 별과 별 사이의 먼지가 시야를 가리기 때문이다. 따라서 가시광선을 제외한 적외선이나 자외선 등의 다른 전파를 이용해 관찰·연구한다

 외부은하 천문학 우리은하 밖의 천체와 현상을 연구하는 분야다. 은하의 형성과 진화, 외부은하의 형태와 분류, 활동성 은하, 은하단과 은하군, 그리고 이들로 이뤄지는 우주의 거대 구조를 연구한다. 연구에 따라 타원은하, 나선은하, 불규칙은하로 분류한다. 은하들이 모여 은하군을 이루고, 은하군이 은하단을 형성하며 다시 초은하단을 만든다. 이러한 군집이 *은하 필라멘트와 *공동을 이루며 분포하며 우주의 거대 구조를 이루는 것을 연구한다.

 * 은하 필라멘트(Galaxy Filament) 우주를 거시적으로 보면 초은하단이 모여서 신경세포의 다발 구조처럼 보인다. 이러한 선들이 전구의 필라멘트처럼 빛을 발하는 것 같아 은하 필라멘트라고 한다.

* 공동(Void) 우주의 대부분이 비어 있는 곳이다. 은하 필라멘트나 초은하단이 없는 빈 공간을 공동이라고 말한다.

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과거의 천문학자들은 주로 망원경을 통해 하늘을 직접 관찰하는 일을 했다. 하지만 이제는 직접 관찰하지 않아도 된다.
칼 세이건이 최초의 천체물리학자라고 말한 요하네스 케플러(1571~1630) 역시 스승 타코 브라헤(1546~1601)의 관측 자료를 바탕으로 케플러의 행성운동 법칙을 발견했다. 지금은 그때보다 축적된 천문 관측 자료가 많고, 새롭게 발견된 자료는 국제천문연맹이나 유엔우주업무사무소 산하기관을 통해 공유하기 때문에 이론만 연구하는 천문학자가 더 많아졌다.

 

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천문학자가 되려면 천문학에 대한 애정은 기본, 그와 관련된 전문 지식 및 이해 능력도 갖춰야 한다. 천문학자가 되기 위해 꼭 필요한 능력이 무엇인지 알아보자

 수학과 물리학

우주를 정확하게 이해하려면 기본적으로 수학과 물리학에 능해야 한다. 관측한 자료를 바탕으로 새로운 결과를 도출하려면 수학적 계산과 물리학적 이해가 필요하기 때문이다. 예를 들어 행성을 이루는 물질을 파악하거나 행성 간의 거리, 별의 무게 등을 계산할 때 이 능력이 갖춰져 있지 않으면 설명할 수 있는 방법이 없다. , 수학과 물리학은 천문학을 이야기하는 또 다른 언어인 셈이다. 

영어 능력

천문학은 한두 개의 자료만으로는 연구할 수 없다. 수천수만 개의 관측 자료를 비교해서 조사해야 한다. 그렇기 때문에 세계 천문학자들은 대부분의 천문학 자료를 공유한다. 이렇게 공유한 자료는 모두 영어로 작성됐다. 직접 연구한 자료를 국제기구에 공유할 때도 당연히 영어로 작성해야 한다. 최신 자료가 필요한 경우 다른 천문학자들에게 요구하기도 하는데, 이때 사용되는 공용어도 역시 영어다. 천문학자 세계에서 영어는 필수 언어다. 

커뮤니케이션 능력

천문학은 절대 혼자서 연구할 수 없는 학문이다. 전 세계 천문학자들은 매일 새롭게 갱신되는 수많은 자료를 서로 주고받으며 함께 연구한다. 빅 데이터를 다루는 천문학의 특성상 커뮤니케이션 능력은 기본적으로 갖춰야 한다. 오만하고 독선적인 성격은 다른 직업군에서도 독이지만, 천문학에서는 특히 지양해야 한다. 

상상력

데이터가 아무리 많이 주어져도 그것을 그래프나 통계로 만들지 못하면 쓸모없는 법. 데이터를 통해 다양한 결과를 만들어낼 수 있는 상상력은 천문학자의 필수적인 능력 중 하나다. 고대 에라토스테네스의 지구둘레 발견부터 코페르니쿠스의 지동설, 케플러의 3법칙, 그리고 홍대용의 지전설까지 모두 방대한 자료를 바탕으로 과학적 상상력을 동원해 가설을 만든 뒤 실험으로 증명된 것들이다. 이렇듯 천문학자의 다양한 상상력은 새로운 이론을 만들어내고 우주의 신비를 밝히는 데 필요한 필수 조건이다. 

관찰력

직접 하늘을 보거나 다양한 자료를 접할 때 자신이 원하는 게 무엇인지 정확히 알고, 그것을 잘 찾을 수 있어야 한다. 마치 모래알 속에서 바늘을 찾는 것과 같은 작업을 할 때가 많다. 따라서 뛰어난 관찰력을 갖춰야 자신의 이론을 뒷받침할 자료를 찾을 수도 있으며 기존의 잘못된 이론을 비판할 증거를 찾을 수도 있다.

 

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과거 농경시대에는 농작물을 안정적으로 수확하기 위해서 태양과 달을 연구했다. 이후 대항해 시대에는 새로운 대륙을 찾아 나서기 위해 지구를 연구했다. 이처럼 천문학은 인류 문명을 발달시키는 핵심적인 연구 분야였기 때문에 천문학자들은 시대를 막론하고 사회 권력층의 보호를 받으며 그 능력을 성장시켜왔다.
현재의 천문학도 크게 다르지 않다. 최근 천문학자들은 인류가 지구 외에 생존할 수 있는 또 다른 공간, 자원의 공급처, 쓰레기 처리 공간 등을 연구한다. 아무리 시대가 변해도 천문학은 인류의 삶과 매우 밀접한 학문이라는 것이다. 점차 기술이 발전할수록 인류의 삶은 우주와 더욱 밀접해질 것이고, 그에 따라 천문학 연구는 국가적인 차원에서 지속적으로 투자해야 할 가치가 있다. 따라서 현재 천문학은 수요에 비해 공급이 적어 많은 인재를 필요로 하는 분야 중 하나다.

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천문학자가 되기 위해서는 대학을 졸업하고 대학원에서 석·박사 학위를 취득해야 한다. 천문학 과정이 있는 대학은우리나라에 많이 없다. 따라서 대학 입시를 준비할 때 희망 학교에서 어떤 인재를 원하는지 미리 알아둬 그에 맞춘 활동을 해두는 것이 좋다. 천문학은 학교에 따라 물리·천문학, 천문우주학 등의 명칭으로 개설됐다. 그 외에도 사범대학의 지구·과학교육학과에서 천문학을 배울 수 있다.

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천문학과를 졸업한 뒤에는 어떤 진로 과정을 거칠까? 천문학의 길을 계속 가고 싶은 대학생 대부분은 졸업 후 대학원을 진학해 석·박사 학위를 수료한다. 이후 대학이나 연구원에서 천문 관련 연구를 한다. 국내에서는 한국천문연구원과 한국항공우주연구원이 있다. 요즘에는 국립 천문대 외에도 다양한 민간 천문대가 생겨나면서 그곳에서 연구나 교육을 하는 경우가 많다. 우리나라 천문학자가 가장 많이 모여 있는 한국천문연구원과 천문대에 대해 알아보자. 

한국천문연구원

한국천문연구원은 우리나라에서 천문학을 연구하는 국내 유일한 연구원이다. 광학천문본부, 전파천문본부, 우주과학본부를 비롯해 대형망원경사업단, 우주위험감시센터, 이론천문연구센터 등 다양한 프로젝트 사업이 함께 진행되고 있다. 광학천문본부는 주로 망원경으로 천체관측을 하고 소백산천문대와 보현산천문대를 운영한다. 은하의 발생 및 성장과 외계 행성, 매일 밝기가 변화는 변광천체를 연구하는 그룹도 있다. 전파천문본부는 대덕전파천문대를 통해 관측하며, 대형 전파망원경 세 개를 연결한 한국우주전파관측망으로 우주 연구를 한다. 또 유럽·북미·동아시아 국가들이 연합해 칠레에 설치한 ALMA 망원경을 국내에서 원격 활용할 수 있다. 우주과학본부는 태양 및 우주 환경, 우주탐사에 대한 연구와 레이저 관측 기술을 개발·활용하는 연구를 맡는다. 대형망원경사업단에서는 세계 최대의 거대 마젤란 망원경을 경험할 수 있으며, 우주위험감시센터에서는 우주의 위험을 감시하고 분석해 관련 기술 개발을 한다. 이론천문연구센터에서는 고천문과 우주론, 천체물리 연구를 할 수 있다. 

천문대

보통 밤하늘의 별을 보기 좋아하던 사람이 천문학자로서의 꿈을 키운다. 하지만 사실 대부분의 천문학자는 실제로 별을 바라보는 시간이 거의 없다. 천문학을 전공한 뒤, 어릴 때 꿈꿔온 것처럼 하늘의 별을 마음껏 보고 싶다면 한국천문연구원이나 민간 천문대에 취업하면 된다.우리나라에는 국가 및 민간 천문대가 20~30곳 있다. 그중 보현산천문대는 우리나라 최대 크기인 1.8m 반사망원경을 보유하고 있으며 태양을 관측하는 태양망원경도 함께 설치되어 있다. 또 국내에서 유일하게 분광기가 있어 별이나 은하의 스펙트럼을 관측할 수 있다. 즉 관측천문학을 원하는 학생들은 우리나라에서 보현산천문대가 최고의 천문대라고 할 수 있다. 그 외에 국가 천문대로 1976년 설립된 최초의 천문대인 소백산천문대가 있다. 이곳에는 구경 61cm의 반사망원경이 있다. 보현산천문대가 있기 전까지는 우리나라 광학천문학의 중심 역할을 했다. 이 두 국립 천문대는 모두 천문연구원 광학천문본부에 속해 있다.

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