천문학은 여러 가지 종류가 있다. 오늘은 그중 몇 가지에 대해서 알아보고자 한다.
첫 번째 적외선천문학에 대해 알아보자
적외선천문학은 적외선 영역 대(가시광의 붉은색 빛보다 파장이 긴 대역)의 빛을 감지하고 분석하는 분야라도 한다.
적외선을 이용하면 행성이나 원시 행성 원반같이 온도가 매우 낮아서 가시광선을 거의 내지 않는 천체들을 관측할 수 있다.
근적외선(1-3μm)을 제외하고는, 적외선 영역의 빛은 대기에 의해 대부분 흡수되고, 지구대기 또한 많은 양의 적외선을 내뿜는다. 그 결과, 적외선 관측은 높은 고도의 건조한 곳에 있는 천문대, 또는 우주에서 하고 있다.
파장이 긴 적외선은 가시광선을 쉽게 가로막는 성 간 먼지를 투과할 수 있으므로 우리은하의 중심부와 분자구름 깊은 곳에서 형성되고 있는 젊은 별들을 연구하는 데 유용하다. 어떤 분자들은 적외선에서 특히 강한 방출선을 내는데, 이를 이용하여 성간물질의 화학을 연구할 수 있다. 예를 들면, 적외선 분광학으로 혜성에 존재하는 물 분자를 검출하기도 한다.
다음은 광학 천문학에 대해서 알아보자
광학 천문학(가시광선 천문학)은 역사적으로 가장 오래된 천문학 분야이다.
마우나케아 천문대의 스바루 망원경(왼쪽), 켁 망원경(가운데 2개): 가시광선과 근적외선 관측에 쓰인다. 가장 오른쪽에 위치한 나사 적외선 망원경(NASA IRTF)은 근적외선 관측에만 쓰인다.
광학 천문학이 가장 오래된 천문학 분야인 만큼 오랫동안 광학 영상은 손으로 그려져 기록되었고, 19세기 후반과 20세기에는 사진이나 건판을 주로 이용하였다. 현재는 디지털 검출기, 특히 CCD 카메라(빛을 전하로 변화시켜 이미지를 얻어내는 기기)를 사용하고 있다. 가시광 영역은 400나노미터에서 700나노미터로, 근저 외선(400나노미터에 가까운 자외선 영역)과 근적외선(1μm에 가까운 적외선 영역)의 관측에도 같은 기기를 사용하기도 한다.
다음은 X-선 천문학이다.
X-선 천문학은 엑스선 파장대의 빛을 내는 천체를 연구하는 학문이다. 전형적으로 X-선은 매우 뜨거운 천체들로부터 싱크로트론 복사, 제동복사(bremsstrahlung radiation), 그리고 흑체복사(blackbody radiation)의 형태로 방출된다. X-선은 지구대기에 의해 흡수되기 때문에, 높은 고도로 띄우는 풍선, 로켓, 비행선을 이용하거나 우주망원경 형태로 관측이 이루어지고 있다. 잘 알려진 X-선 천체로는 엑스선 이중성, 펄사, 초신성 잔해, 타원은하, 은하단, 활동은하핵 등이 있다. [34]
다음은 자외선 천문학에 대한 이야기이다.
자외선 천문학은 뜨겁고 파란 별들로부터 나오는 열복사와 방출선들을 연구하는데 가장 적합한 분야이다.
자외선 천문학은 10나노미터에서 320나노미터 영역 대의 자외선 파장을 관측하는 천문학이다. 이 파장대의 빛은 지구대기에 의해 흡수되기 때문에 자외선천문대는 지구대기층이 얇은 높은 고도, 또는 우주에 세워져야 한다. 우리 은하 밖의 다른 은하에 위치한 푸른 별들은 몇몇 자외선 관측의 주요 관측 대상이 되어 왔다. 자외선 영역의 또 다른 관측 대상으로는 행성상 성운, 초신성 잔해, 활동은하핵 등이 있다. 그러나, 자외선은 성간 먼지에 의해 쉽게 흡수되기 때문에 자외선 관측은 소광(extinction)을 정확히 보정 해줘야 한다.
다음은 감마선천문학이다.
감마선 천문학이란 가장 짧은 전자기 파장대의 천체를 연구하는 천문학 분야이다. 감마선은 컴프턴 감마선 천문대(Compton Gamma Ray Observatory)와 같이 인공위성에 의해, 또는 대기 체렌코프 망원경(atmospheric Cherenkov telescopes)이라 불리는 특화된 망원경을 사용하여 관측된다. 체렌코프 망원경은 감마선을 직접적으로 검출하진 않는다 하지만 감마선이 지구대기에 의해 흡수되었을 때 생성되는 가시광 영역의 반짝임(체렌코프 복사)을 감지한다. 감마선을 내뿜는 천체는 대부분 감마선 폭발이다. 감마선 폭발은 짧은 시간 동안 강한 감마선을 방출하고 금방 어두워지는 천체다. 그 외에 감마선을 내뿜는 천체로는 펄사, 중성자별, 활동은하핵이 있다.
전자기파 이외의 천문학
전자기파 이외의 천문학 한 탐사선을 이용하여 달이나 혜성 같은 지구 밖의 천체에서 직접 시료를 채취하기도 하고 전자기파(빛) 이외에도 중성미자, 중력파 등을 이용하여 우주에서 일어나는 현상을 관측할 수 있다.
뉴트리노는 주로 태양 내부나 초신성 폭발에서 만들어지고, 고에너지 입자인 우주선(Cosmic ray)이 차례로 붕괴하거나 대기의 입자와 반응하면서 만들어지기도 한다. 이러한 뉴트리노는 물질과 거의 반응하지 않으므로, 지하 시설에 위치한 큰 용기에 많은 양의 물과 얼음을 채워 좋은 다음 이들이 뉴트리노와 가끔 반응할 때 나오는 미세한 빛을 검출하는 방식으로 관측한다. 이러한 뉴트리노 검출기로는 SAGE, GALLEX, Kami oka II/III 같은 특별한 지하 시설이 있다.
중력파 천문학은 새롭게 발생한 천문학의 분야로서, 블랙홀, 중성자별 등으로 구성된 쌍성들이 내는 것 같은 중력파를 검출하는 것을 목적으로 하고 있다.
현재까지 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO) 같은 관측소가 만들어졌고, 2016년 중력파 검출에 성공하며 아인슈타인의 상대성 이론의 강력한 증거가 되었다.
행성 과학자들은 직접 관측을 위해서, 우주탐사선을 행성에 보내거나 시료를 채취해서 돌아오는 방식을 이용하기도 한다. 예를 들어, 탐사선이 행성을 지나쳐 가면서 사진을 찍거나, 행성 표면에 직접 착륙해서 실험을 수행하기도 하고, 표면에 탐사선을 충돌시키고 이때 발생하는 물질들을 원거리에서 관측하기도 한다.