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배경복사로부터 얻는 우주의 나이(Universe Age from Microwave Background) 목록

조회 : 1358 | 2005-12-22


우주배경복사 [宇宙背景輻射, cosmic background radiation] : 공간의 모든 방향으로부터 같은 강도로 들어오는 전파.
1965년 A.펜지어스와 R.W.윌슨이 발견하였다. 이 전파는 파장 0.1mm∼20cm에서 관측되는 마이크로(±0.01%)파로 그 높은 등방성(等方性)으로 미루어, 어느 특정한 천체로부터 오는 것이 아니라 우주공간에 충만된 전파의 배경을 이루는 것으로 생각된다. 이 전파의 파장별 강도분포의 특성은 2.7K(-270.3℃)의 흑체복사(黑體輻射)임을 나타내며, M.플랑크의 법칙에 의하여 1㎤당 약 400개의 광자(光子:photon)가 평균적으로 우주공간을 메우고 있음을 알려 준다. 이 개수밀도는 현재 관측되는 은하들로부터 추정되는 물질입자(양성자)의 평균 개수밀도의 약 10억 배에 이르므로 우주의 현재 온도가 주로 이 복사에 의하여 결정됨을 알 수 있다.
흑체복사의 법칙과 우주팽창의 법칙으로부터 우주의 크기는 그 온도에 반비례함을 알 수 있다. 우주의 팽창이 대폭발(big bang)로 시작되었다는 대폭발 우주론에 의하여 G.가모는 1940년대에 우주배경복사를 예언한 바 있다.






한때 우주배경복사의 등방성은 우주론의 문제점이 된 적이 있다. 그 까닭은 현재 방향이 2 °이상 틀린 두 곳에서 전파가 출발하였던 당시(T3000 K), 이 두 곳 사이의 거리는 그 때의우주지평선의 거리(빛의 속도×우주의 나이)보다 크기 때문에 두 곳에서 온도가 같아질 이유를 설명할 수가 없기 때문이다. 이 ‘지평선의 문제’는 1981년 ‘인플레이션(inflation)이론’이 제안되어, 초기의 우주가 종래보다도 훨씬 작은 크기로 축소됨으로써 해결이 되었다. 즉, 오늘날의 우주는 본래 지평선 안의 매우 작은 크기에 국한되었기 때문에 모든 곳이 같은 성질을 이루는 시간적 여유가 있었다는 것이다.






상단의 우주 지도로부터 우주의 나이가 137억년인 것을 알 수 있다. 어떻게 알았나? 첫 눈에는, 빨갛게 표시된 은하수 은하로부터 나오는 마이크로웨이브 복사와 회색으로 표시된 초기 우주로부터 나오는 마이크로웨이브의 점 패턴이 보일 것이다. 회색은 우주 배경 복사를 말하는 것으로, 팽창하는 우주가 충분히 냉각되어 나오는 빛이다. 점들을 면밀하게 연구해 보면 점 사이의 각의 특징을 확인할 수 있다. 어떤 사람들은 초기 우주에서 밀도가 약간 높은 지역으로부터 나오는 소리에 의해서 생길 수 있다고 생각한다. 소리파가 이러한 패턴을 보이기까지는 시간이 걸리며, 이 사실로 미루어 우주의 현재나이를 가늠하게 된다. 상단의 우주나이는 2억년보다 훨씬 많다고 평가된다. 지구보다 밖에서 태양을 공전하는 WMAP 위성이 L2 지점에서 측정한 것이다.







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