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밤 하늘은 왜 어두운거죠?

밤하늘은 왜 어두운가? 밤하늘이 왜 어두우냐고 묻는다면 누구나 “그건 태양이 하늘 에 떠 있지 않기 때문”이라고 쉽게 대답할 것이다. 그러나 그 것은 은하가 없는 우주에서나 맞는 대답일 뿐이다. 밝은 별들로 이루어진 수많은 은하가 우주 공간에 꽉 차있다면 하늘의 어느 방향을 올려다보아도 그 곳에는 은하가 있어야 한 다. 다시 말해서 하늘은 별들로 뒤덮여서 밤하늘도 태양 표면 과 같이 밝아야 한다. 이러한 주장이 처음 나온 것은 1823년 독일의 빌헤름 올버스에 의해서였다. 그래서 이 주장을 사람들은 ‘올버스의 역설’이라 고 부른다. 그는 밤하늘이 밝아야 하는 이유를 다음과 같이 설 명했다. “우주가 무한하고 태양과 같은 별들로 차있다고 하자. 우리가 태양을 올려다보면 태양은 극히 밝게 보인다. 다른 방향을 보아 도 별들이 우주에 무한히 펼쳐 있으므로 우리의 시선은 결국 다 른 별의 표면에 닿게 될 것이다. 그래서 우주의 어느 방향도 태 양표면과 같이 보여야 한다. 즉, 밤이고 낮이고 하늘은 태양과 같이 밝게 보여야 한다.” 그러나 밤하늘은 어둡다. 그렇지만 이러한 주장은 무엇이 잘못 되었음이 틀림없다. 한때는 그 이유가 우주에 널려있는 먼지 입 자들이 별빛을 흡수하기 때문이라고 생각했었다. 이는 마치 짙 은 안개 속에서 불빛이 멀리 가지 못하는 것과 마찬가지 원리이 다. 그러나 비록 먼지가 별빛을 흡수한다 해도 먼지는 열을 받 아 다시 밝게 되기 때문에 올버스의 역설을 설명할 수는 없다. 20세기에 들어와서 올버스 시대에는 알려지지 않았던 새로운 사 실이 발견되어 이 역설에 대한 해답이 나왔다. 그 해답은 먼 은 하의 나이와 우주팽창 두 가지에 있다. 우주론에 따르면 은하들 의 나이는 유한하고 그 유한한 세월 동안 은하들이 방출한 빛 의 양이 밤하늘을 밝히기에는 불충분하다는 것이다. 즉, 은하들 의 생애동안 빛이 도달할 수 있는 거리는 유한하므로 밤하늘을 밝히려면 그 훨씬 이전에 형성된 은하가 있어야 하고 무한대의 거리에서 오는 빛도 있어야 한다. 올버스의 역설에 대한 두 번째 설명은 우주팽창에 따른 은하의 후퇴운동이다. 은하가 후퇴하면 그곳에서 나오는 빛은 적색이동 을 일으켜서 밝기가 약해진다. 그래서 은하가 아무리 많다 하더 라도 거리가 먼 은하들은 더 빠른 후퇴운동을 하므로 그들의 밝 기는 이와 비례해서 더 흐려진다. 이 계산에 따르면 모든 은하 의 밝기는 밤하늘 밝기의 0.3%에 불과하다는 결론에 도달하게 된다. 결국 밤하늘은 어둡게 마련이고 올버스의 역설은 풀린 셈이다. [민영기 석좌전문연구원 ScienceTimes]
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