북극에 살지 않는 한 밤은 낮 다음에 옵니다.
그것은 이치에 맞고 대부분의 사람들은 그것에 대해 많이 생각하지 않습니다.
하지만 이 친숙한 어두운 밤하늘은 우주의 깊이에 대해 무언가를 말해줍니다.
별빛의 밝기
해가 진다는 사실도 별에 문제가 있습니다.
우리가 별빛의 밝기에 별로 신경을 쓰지 않는 이유는 희미하기 때문입니다.
별들이 지구에서 아주 멀리 떨어져 있기 때문입니다.
하늘에서 가장 밝은 별인 시리우스를 생각해 보십시오. 시리우스는 원래 태양보다 25배 더 밝지만 우리 눈에는 태양보다 130억 배 더 어둡다.
시리우스는 80조km 떨어져 있고 태양은 1억5000만km 떨어져 있기 때문이다.
태양을 시리우스 근처로 가져오면 훨씬 더 어둡게 보일 것입니다.
빛나는 물체의 겉보기 밝기는 거리에 따라 감소하고 관계는 고정됩니다.
별과의 거리가 2배가 되면 밝기가 1/4로 줄어들고 3배가 되면 밝기가 1/9로 줄어듭니다.
별은 멀리 있을수록 희미하게 보입니다.
그러나 더 멀리 떨어져 있는 별이 더 많기 때문에 숫자의 증가는 거리에 따른 밝기 감소를 상쇄합니다.
우리 은하에만 4000억 개의 별이 있는 것으로 추정되며, 더욱이 현대 망원경으로 보면 수십억 개의 은하가 있다.
그렇다면 왜 우리는 이 모든 소스에서 방출되는 빛을 볼 수 없습니까?
18세기 중반, 알려지지 않은 스위스 천문학자 Jean-Philippe Royce Dessecho가 이 문제와 씨름했습니다.
Dessecho는 Newton이 제안한 것처럼 우주에 경계가 없고 별이 우주 전체에 무한히 흩어져 있다면 밤하늘은 별빛으로 가득 차야 한다고 생각했습니다.
그러나 별들이 제한된 거리에 분포되어 있고 그 너머에는 어두운 공허만이 있을 뿐이라면 역설은 사라질 것입니다.
그러면 별빛의 총량은 그다지 크지 않을 수 있습니다.
그러나 이것이 사실이라 할지라도 우리는 Newton이 고군분투하고 있던 문제에 직면하게 될 것입니다.
별의 수가 유한하다면 왜 무게 중심을 따라 뒤섞여 거대한 덩어리를 형성하지 않을까요?
빛의 속도와 별빛의 총량
빛은 너무 빠르기 때문에 일상적인 용도로는 무한히 빠르다고 해도 무방합니다.
그러나 천문학에서는 유한과 무한의 차이가 엄청나게 중요합니다.
예를 들어 빛이 시리우스에서 지구까지 오는 데 8.6년이 걸리므로 우리가 하늘에서 시리우스를 볼 때 8.6년 전의 모습으로 보고 있는 것입니다.
만약 지금 시리우스가 폭발한다면 우리는 거의 10년 동안 그 사건을 눈치채지 못할 것입니다.
실제로 지난 10여 년 동안 허블 우주 망원경은 어둡고 별이 없는 영역까지 깊숙이 침투했습니다.
130억 광년 이상 떨어져 있는 어두운 지역은 1조 x 1조 개의 별을 포함하는 지구 주변의 공간을 둘러싸고 있습니다.
2020년 말 천문학자들은 뉴호라이즌스 탐사선을 이용해 우주의 별빛 총량을 성공적으로 측정했다고 발표했다.
밤하늘은 태양 밝기의 100억분의 1도 안 되지만 아직 불확실한 이유로 예상보다 두 배 밝은 것으로 밝혀졌습니다.
천문학자들이 이런 식으로 결론을 내리는 데 오랜 시간이 걸렸다는 점은 주목할 만합니다.
17세기 이후 언제라도 그들은 명확한 결론을 도출할 수 있었다.