대기가 ‘헬륨가스’로 가득찬 외계 행성 발견 (서울신문)헬륨은 수소가 핵융합을 하면서 생성되는 물질로 우주에서는 흔한 편입니다. 그래서 대기가 헬륨으로 가득한 행성도 사실 별로 놀라운 소식은 아닙니다.
그런데 200광년이나 떨어진 이 멀고 먼 외계행성이 어떻게 헬륨으로 가득차 있는 것을 알 수 있었을까요?
분광법 (Spectrometry)
빛은 분리가 가능하다는 것은 이미 고등 교육 과정에서 배웠을 것입니다. 가장 쉽게 접할 수 있는 예제는 무지개입니다.
빛이 대기중의 물방울을 통과 할 때 파장에 따라 분리가 되면서 우리 눈에 보이는 것이 무지개인데 보통 7가지 색깔로 불리곤 합니다. 즉 7가지 색상이 합쳐져서 우리가 말하는 빛이 됩니다.
보통은 이 빛을 나누기 위해 프리즘을 이용합니다.
프리즘을 통과하는 빛은 7가지 색상으로 나누어지게 됩니다. 무지개와 동일합니다.
이렇게 빛을 분해해서 살펴보는 것을 스펙트럼(spectrum)이라 하는데, 이걸 펼쳐서 이미지화 시킨 것 자체를 스펙트럼이라고 부르기도 합니다. 그리고 이렇게 빛을 나누는 방법을 분광법이라 부르고 이를 학문화 시킨 것이 분광학(spectroscopy) 입니다.
결론적으로 여기서 우리가 파악할 수 있는 것은 태양의 빛은 대략 7가지 색상으로 구성되어 있다는 말입니다. 무지개는 태양 빛의 스펙트럼이지요.
참고로 태양의 스펙트럼을 최초로 발견하고 정의한 이는 중력의 발견으로 유명한 아이작 뉴턴(Isaac Newton)입니다. 중력을 최초로 정의했다는 것도 대단하지만, 이 분광법을 발견한 것도 굉장한 업적입니다. 이 외에도 업적이 워낙 많아서 인류 역사상 가장 위대한 과학자 이기도 하지요.
흡수분광법(Atomic Absorption Spectrometry)
독일의 물리학자 프라운호퍼(Joseph Ritter von Fraunhofer)는 태양의 스펙트럼을 보다가 흥미로운 점을 발견합니다.
스펙트럼에 검은 선이 특정하게 보입니다. 이 선은 태양빛의 스펙트럼에서 위치가 바뀌지 않고 항상 제자리에 나타납니다.
이 검은 선을 흡수선(Absorption band)이라고 부릅니다. 왜 이런 이름인지는 계속 읽어보세요.
후에 역시 독일의 물리학자 키르히호프(Gustav Robert Kirchhoff)에 의해 이 흡수선이 빛이 반사된 물질에 따라 나타는게 다르다는 것이 발견됩니다. 예를 들어 수소를 태울때 나오는 빛을 분광기를 통해서 살펴보면 수소의 흡수선 패턴이 나타나고 이는 수소를 태우는 경우라면 동일하게 나타나는 것이지요. 흡수선의 패턴을 통해 물질을 파악 할 수 있게 된 것입니다.
즉 흡수선은 특정 물질에 의해 흡수되어버린 빛의 파장이라고 정의 할 수 있습니다. 왜 이름이 흡수선인지 이해가 되실 겁니다.
이 흡수선의 패턴으로 물질을 분석하는 기법이 바로 기사에서 이야기 하는 흡수분광법입니다.
헬륨(helium)의 흡수선 스펙트럼은 위와 같은데 태양의 스펙트럼에서 일정 부분이 겹치는 것을 알 수 있습니다. 태양에 헬륨도 있다는 이야기지요.
위에서 발견했다는 외계행성 이야기도 이 행성에 반사된 빛의 스펙트럼을 통해 이 행성의 대기 구성물질이 무엇인지 양은 얼마나 되는지를 간접적으로 파악할 수 있는 것입니다.
비슷하게 우리가 태양의 구성 성분 중 하나가 수소라고 파악 할 수 있는 것도 태양 빛의 스펙트럼에서 수소의 흡수선 패턴을 찾을 수 있기 때문입니다.
위의 이미지는 수소(hydrogen)의 흡수선 스펙트럼입니다. 헬륨과는 확실하게 다른 패턴이지요.
사족
뭐 굳이 이야기 할 필요가 있나 싶지만, 여기에 거론된 모든 학자들의 이름은 인류 과학 발전에 지대한 공헌을 하신 모두가 위대한 과학자입니다. 이들의 업적은 단순 과학적 발견에 그치지 않고 온갖 기술 발전에도 영향을 미치며 이는 현대 경제에도 큰 영향을 끼치고 있습니다.
그러니 오늘도 우리는 이공계 발전을 위해 투자를 아끼지 말아야 할 것이다 라는 말로 마무리 합니다.
