사실 우리가 과학 교과서 보면 우리 은하가 이렇게 생겼습니다라고 해 가지고 아름다운 은하 사진이 딱 나와

있어요 우리 은하의 셀카를 찍으려면 이 거대한 숲의 모습을 실제로 찍는 건 불가능해요 우리가 대체 우리 은하의

모습을 어떻게 셀카도 없이 알 수 있냐라고 한다면 반갑습니다 은하들의 충돌과 진화를 연구하는 천문학자 우주먼지

지웅배입니다 우리는 태양 같은 별들이 뭐 수천억 수 조개가 납작한 원반의 모양으로 모여 있는 은하의

안에 살고 있습니다 그리고 우리는 은하의 안에 갇힌 채 원반 모양의 은하 단면만 하늘에서 보게 되는 거죠

그니까 원반을 얇게 자른 기다란 단면만 보게 되는 거예요 우리가 지구에서 봤을 때 마치 별들이 긴

띠로 흘러가는 것처럼 보이는 걸 우리가 옛날부터 이제 은하수, 우리말에서는 동양 문화권에서는

은빛으로 강이 흘러간다라고 해서 은하수라는 불렀던 겁니다. 계절마다 우리가 바라보게 되는 지구에서 보게

되는 방향이 좀 달라지기는 해요. 여름에 보는지 겨울에 보는지에 따라서 지구가 여름쯤 되면 은하수 중심부

쪽을 향하면서 이동을 하게 되고요. 그래서 여름 밤하늘에는 굉장히 두꺼운 아주 많은 별들이 빽빽하게 모여 있는

은하 중심부 쪽을 보게 됩니다. 특히 많은 천체 사진 찍는 거 좋아하시는 분들도 여름마다 은하수 찍으려고 많이

돌아다니세요. 반면에 이제 겨울이 되면 정 반대쪽 우주를 보다 보니까 별의 개수가 훨씬 적은 굉장히 흐릿한

은하수가 보이게 돼요 겨울은 날이 굉장히 차가워서 열을 보기에 좋은 날씨이긴 하지만 은하수는 여름에

비해선 조금 볼품이 없긴 합니다 사실 옛날부터 사람들은 은하수를 뭐라고 생각했냐면 그냥 지구 대기권 상에서

벌어지는 구름 같은 대기 현상이지 않을까라고 생각했습니다 당시에는 그렇게나 많은 별들이 태양계

바깥에도 있을 거다라는 건 생각도 못 했던 거죠 그러다가 17세기 되면서 천문학자 갈릴레오가 등장을 합니다

그리고 갈릴레오는 처음으로 망원경을 통해 하늘을 보기 시작하죠 그때 처음 봤던 광경 중에 하나가 바로 은하수

입니다 그런데 여기서 갈릴레오는 굉장히 충격적인 사실을 발견하게 돼요 망원경으로 은하수를 보니까 그저

뿌옇게 보이던 그 은하수가 정말 하나하나 수많은 작은 점들로 채워진 세계였다라는 걸 발견하게 됩니다. 이런

놀라운 발견을 당시 1610년 쯤에 시데레우스 눈 추스 책으로 출간을 해서 소개를 하게 되거든요. 그때

당시에 갈릴레오가 했던 표현을 잠깐 빌리자면 할 수 없이 많은 별들이 있다. 망원경으로 어느 방향을 보건

정말 엄청나게 많은 별들이 꽉 차 있더라. 이것은 우리 태양 같은 또 다른 별들이 것이다. 이런 굉장히

놀라운 통찰을 던지기도 합니다. 지구가 여름 계절에 놓이게 되면 지구에서 볼 수 있는 그 방향이 은하 중심부를

향하게 돼요. 우리 은하는 납작한 원반 은하인데, 중심부로 갈수록 별들이 동그랗게 높은 밀도로 모여 있는 어

벌지 하는 부분이 있습니다. 은하 중심부 쪽을 보면 유독 더 많은 양의 별들이 모여 있다 보니까 더 밝게

뚱뚱하게 보이는 거죠. 은하수라는 표현은 우리가 살고 있는 우리 은하를 은하 안에 갇힌 채 단면을 보게

되면서 생기는 그 단면의 모습입니다. 은하수라는 말 자체가 우리 은하 자체의 모습인 거죠. 외부 은하, 뭐 우리 은하 안에 있는 별도의 천체

이런 게 아니라 우리 은하 자체의 모습을 안에 갇힌 채 단면으로 보고 있기 때문에 생기는 모습입니다. 영어로

표현할 때 이게 조금 헷갈리는 것 중에 하나가 은하수를 밀키 웨이, 우유기이라고 부르잖아요. 왜냐면 옛날

사람들은 은하수가 마치 어떤 신이 흘려놓은 젖, 즉 흘러가는 길이다 이런 식으로 생각을 했던 거예요. 참고로

하나 tmi 말씀을 드리면 우리가 지금은 은하를 갤럭시라고 부르는데 이 갤럭시라는 말의 어원 자체가 우유에서

기원했습니다 우유를 옛날에 뭐라고 불렀냐 갈락토스 이런 식으로 불렀어요 그래서 지금도 우유에 들어가 있는

당류 성분 중에 하나가 갈락토스 아는 것도 있거든요 그래서 이 갈락토스 쭉 변해서 지금의 갤럭시란 말이

되었다라는 이야기도 있습니다 사실 우리가 지금 이야기할 수 있는 우주 안의 은하 개수는 어느 정도는 추정치기는 해요 당연히 다 하나하나 세서

개수를 알고 있는 건 아닙니다 다만 우리가 이제 우주 1부를 쭉 훑어 보면서 이 방향 안에 평균적으로 은하가

몇 개 정도 있는지를 파악을 하고 있죠 그러면 사방의 우주를 다 보진 못한다 하더라도 이 정도 범위 안에 은하가 이 정도 개수가 있다면 같은

밀도로 있다고 가정했을 때 이 동그란 관측 가능한 우주 안에 은하가 총 몇 개 있을까 이런 얘기는 할 수 있을

겁니다. 우리가 지금 추정하고 있는 관측 가능한 우주 속 은하의 총 개수는 수조 단위가 넘습니다. 그리고 그 각각의 은하 안에도 별의 개수가

수천억에서 수 조개가 있는 거예요. 그러면 단순 계산만 해 봐도 관측 가능한 우주 안에 살고 있는 별의 총

개수는 수조 곱하기 수조개, 5도는 되는 거죠. 20세기 중후반이 되면서 우리 은하가 우주의 전부가 아니었다는 것을

우리 은하 바깥에도 굉장히 많은 은하가 있다 이런 것들을 발견을 하게 되거든요. 처음 은하라는 걸 발견했을

때 우리가 가장 먼저 할 수 있는 분석은 사실 하나밖에 없습니다. 은하가 어떤 모양으로 생겨 있는지 은하의

생김새만 가지고 일단 분류를 하는 거죠. 이때 당시 이제 그 천문학자 에드윈 허블이 은하를 분류하는 체계를

만들게 되거든요. 그래서 그가 어떻게 이제 은하를 구분했냐면 재밌게도 은하를 보니까 별들이 그냥 주먹

밥같이 동그랗게 모여 있는 은하들이 있고요. 또 어떤 은하들은 우리 은하 같이 또는 안드로메다 같이 별들이

납작한 원반으로 소용돌이 치고 있는 그런 독특한 은하들이 있었습니다. 크게는 은하를 동그란 타원 은하,

납작한 원반 은하 또는 나선팔 그리고 있으니까 나선 은하 이렇게 두 가지로 분류를 했고요. 이 두 가지 어느

쪽에도 속하지 않는 굉장히 이상하게 생긴 복잡한 은하들은 그냥 불규칙 은하 이런 식으로 따로 떼어 놓고 분류를

했어요 하나 참고로 제가 재밌는 이야기를 조금 드리면 허블 때까지만 해도 천문학자들은 은하가 타원 은하

쪽에서 나선 은하 쪽으로 진화한다고 생각했습니다 동글동글하게 그냥 단순하게 뭉쳐 있던 그 별 무리

덩어리가 마치 그 올챙이 다리 쭉쭉 나오는 것처럼 나선 팔이 쑥쑥쑥 자라나서 나선 은하 적으로 변하는게

아닐까 이렇게 생각을 했어요 그래서 당시에는 이 은하들을 뭐라고 부르기도 했냐면 타원 은하는 초기의 단계를

보여주는 조기형 은하 얼리 타입 은하다 불렀고요 시간이 지나서 나선 팔이 자라난 후기에 만들어지는 나선

은하를 후기 만기형 은하 레이트 타입 은하라 불렀습니다 근데 이게 참 난감해지는게 뭐냐면 최근에 와서

우리가 이제 제대로 이해를 해 보니까 타원 은하가 나선 은하로 변하는 게 아니라 오히려 반대로 작은 나선

은하들이 부딪히고 충돌하면서 반죽이 된 결과가 타원 은하인 거예요 허블 때 당시에 생각했던 은하의 진화

트랙과 정 반대로 사실은 은하가 변하고 있었던 거죠 실제로 이게 되게 재밌는 게 천문학자 중에 드레슬러 되게

유명한 천문학자가 있는데 70년대 80년대 쯤에 뭘 발견하게 되냐면 은하들이 바글바글 모여 있는 또

은하들의 무리가 있어요 은하단이라고 하죠 은하단의 중심부로 가면 덩치 큰 타원 은하들 밖에 없어요 반면에

은하단 외곽으로 가면 아직 반죽이 안 된 작은 나선 은하들이 되게 많이 발견됩니다 밀도가 높은 지역에서는

덩치 큰 타원 은하가 있고 밀도가 작은 은하단 외곽에는 아직 반죽되어 나선 은하만 있고 이것을 발견하게

되면서 은하들은 충돌을 통해 덩치 큰 타원 은하로 합체해 나가고 있다 이런 식으로 진화를 해 나가고 있다 이런

걸 이제 밝혀내게 되는 거죠 우리 은하는 지금 추정되기 꽤 덩치 큰 나선 은하라서 한 100억 년 정도 된

걸로 추정을 하고 있습니다 원래 당연히 우리 은하도 지금처럼 덩치 큰 은하는 아니었을 거예요 원래는 다

이곳 저곳에 흩어져 있던 작은 은하들이 서로 뭉치고 반죽이 되면서 일단 지금은 나선 형태까지 진화를 한

거죠 하지만 궁극적으론 우리 은하와 안드로메다까지 다 합체를 하게 되고 결국엔 둘 모두가 뒤섞인 타원 은하가

돼 버릴 겁니다 아 정말 정확한 질문인데요 사실 우리가 과학 교과서 보면 우리 은하가 이렇게

생겼습니다라고 해 가지고 막 아름답게 소용돌이 치는 아름다운 은하 사진이 딱 나와 있어요 근데 우리 은하의

셀카를 찍으려면 우리 은하를 멀리서 조망할 수 있을 정도로 먼 거리로 가야 될 거 아니에 근데 당연히

인류의 탐사선이 그런 먼 수만 광년지 간 적은 없습니다 따라서 오히려 우리 은하 바깥에 훨씬 먼 거리에 떨어진

남의 은하들은 지구에서 편하게 찍을 수 있죠 사진 하지만 정작 우리가 우리 은하라 하는 거대한 숲에 갇혀

있기 때문에 이 거대한 숲의 모습을 실제로 찍는 건 불가능해요 만 그러면 우리가 대체 우리 은하의 모습을

어떻게 셀카도 없이 알 수 있냐라고 한다면 약간 간접적인 방법은 가능할 겁니다. 자, 아까 제가 지금 숲으로

예를 들었으니까 똑같이 숲으로 한번 이야기를 해 볼게요. 제가 너무나 거대한 숲에 갇혀 있습니다. 헬기를

타고 올라가서 숲을 내려다 보면 숲의 지도를 바로 알 수 있겠지만 그럴 수 없다고 생각을 해 볼게요. 그러면 제가

해 볼 수 있는 방법 중에 하나는 나무 하나에 딱 앉아 가지고 새들이 우는 소리를 잘 들어 보는 거예요.

새들이 어느 방향에서 울고 있는지, 새가 지적이는 소리가 크게 들리는지 희미하게 들리는지 이걸 가지고 어느

쪽 방향에 새가 어느 정도 거리에 놓여 있다. 그러면 그 새가 살고 있는 나무는 더 먼 거리에 있겠다. 이런

식으로 하나하나 나무의 위치를 파악해 볼 수 있겠죠 그러면 지도를 펼쳐 놓고 제가 지금 서 있는 나무를 딱

중심에 찍은 다음에 어 이쪽 방향에서 새가 이 정도 거리에서 우는 거 같아 그러면 그 지도에 그쪽 방향에 그

정도 거리에 점을 하나 찍습니다 그다음에 또 약간 고개를 돌려서 어 이쪽 방향을 또 새 소리 들어 보니까

이번엔 좀 가까운 거리에 새가 있네 그럼 여기쯤에 나무가 있겠지 이런 식으로 점을 하나하나 찍어 가는

거예요 우리가 우리 은하의 지도를 그릴 때에도 비록 우리는 우리 은하 안에 갇혀 있지만 사방에 여러 방향에

분포하는 별들의 방향과 거리를 최대한 정확하게 파악할 수 있다면 그 별들의 3D 입체 지도를 그릴 수 있겠죠

그럼 그 분포 지도를 가지고 우리가 살고 있는 우리 은하가 어떤 모습이다 이런 거를 간접적으로 이야기할 수

있는 거죠 방금까지 정말 그 방법론 자체만 제가 간단하게 개념적으로 말씀을 드린 거고요 그러면은 실제로

어떻게 그런 정밀한 지도를 그리는게 가능한지 중요한 발견을 몇 개 좀 소개를 드릴게요 이제 1940년대

쯤에 당시 네덜란드 출신의 대학원생이었던 헨드릭 컬스라 천문학자가 있었습니다 이 사람이 어떤

아이디어를 딱 내게 되냐면 우리 은하도 결국에 대부분 우주의 가장 흔한 수소 원자로 이루어져 있을

것이다 우리 은하 원반에 수소 원자로 가득한 가스 구름들이 있을 것이다 만약에 내가 은하 원반에 걸쳐

분포하는 수소 가스 구름이 어디에 얼만큼 분포하는지 지도만 그릴 수 있다면 우리 은하의 지도를 알 수

있겠다라고 생각을 한 거예요 자 그러면 수소 원자가 어느 정도 거리에 있는지 내가 어떻게 알 수 있을까

수소 원자는 기본적으로 양성자 그리고 그다음에 전자 이렇게 딱 두 개가 있습니다 약간 어려운 이야기긴 한데

전자와 양성자 같은 작은 입자들은 스핀이라고 해서 얘네가 약간 비유하자면 어느쪽 방향으로 돌고 있는지라

물리량이 있습니다 양성자가 이쪽으로 돌고 전자가 이쪽으로 돌 수도 있고요 전자가 반대로 뒤집어져서 거꾸로

돌 수도 있어요 근데 이 스핀이 왔다 갔다 할 때마다 딱 수소 원자는 특정한 파장의 빛을 방출합니다 파장이

어느 정도냐면 211cm 정도 돼요 빛이 건 굉장히 긴 파장이 전파에 해당합니다 근데 파장이 길다는 건

어떤 장점이 있냐면 사실 우리가 우리 은하 자체를 관측할 때 되게 난감한 것 중에 하나가 은하 원반에 너무나

많은 우주 먼지 별 먼지가 가득 차 있어요 그리고 이 먼지 구름은 그 너머에서 빛나고 있는 별빛을 다 가려

버립니다 그래서 우리 은하수 사진 보시면 은하 중심부를 봐도 그 한 가운데가 까맣게 다 가려져 있어요

태양계를 벗어난 적 없는 우리가 어떻게 우리 은하 모습을 아는 걸까?

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교과서에 나오는 아름다운 은하 사진은 실제로 촬영이 불가능하다.

우리는 은하 안에 갇혀 원반 모양의 단면만 볼 수 있다.

은하수는 우리 은하의 단면으로, 계절에 따라 보이는 모습이 다르다.

여름에는 은하 중심부가, 겨울에는 별이 적은 부분이 보인다.

과거에는 은하수를 대기 현상으로 생각했다.

갈릴레오는 망원경으로 은하수가 수많은 별들로 이루어진 것을 발견했다.

1610년경, '시데레우스 눈추스'에서 이를 발표했다.

갈릴레오는 태양계 바깥에도 많은 별이 있다는 놀라운 통찰을 제시했다.

우주의 은하 개수와 은하의 분류

관측 가능한 우주에는 수조 개 이상의 은하가 있다.

20세기 중반, 우리 은하가 우주의 전부가 아니라는 것이 밝혀졌다.

허블은 은하를 타원 은하와 나선 은하로 분류했다.

과거에는 타원 은하가 나선 은하로 진화한다고 생각했지만, 실제로는 반대였다.

은하들은 충돌을 통해 타원 은하로 합체한다.

우리 은하 안에 있으므로 간접적인 방법으로 지도를 제작한다.

별들의 방향과 거리를 파악하여 3D 지도를 만든다.

1940년대, 헨드릭 컬스는 수소 원자를 이용한 지도 제작을 제안했다.

수소 원자는 21cm 파장의 전파를 방출하며, 이는 우주 먼지의 영향을 덜 받는다.

수소 원자 가스 구름 지도를 통해 우리 은하의 나선팔 구조를 밝혔다.

나선팔의 구조와 별들의 움직임

스피처 망원경 관측 결과, 나선팔은 두 개에서 세 개로 보인다.

관측 파장에 따라 보이는 별의 종류가 달라 나선팔 개수가 다르게 보인다.

과거에는 별들이 나선팔에 고정되어 움직인다고 생각했지만, 실제로는 별들이 나선팔을 통과한다.

나선팔은 별들의 밀도가 높은 지역으로, 고속도로의 정체 구간과 비슷하다.

가스 구름끼리의 충돌은 빈번하며, 나선팔에서 새로운 별들이 태어난다.

태양계를 벗어난 적 없는 우리가 어떻게 우리 은하 모습을 아는 걸까?

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