파섹
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1. 개요
파섹(parsec, pc)은 천문학에서 사용되는 거리의 단위로, 1 각초의 시차를 갖는 천체의 거리로 정의된다. 이는 약 3.26 광년에 해당하며, 천문학적 거리를 측정하는 데 널리 사용된다. 파섹은 삼각법을 기반으로 하며, 지구 공전에 따른 별의 겉보기 위치 변화(시차)를 이용하여 거리를 계산한다. 파섹은 킬로파섹(kpc), 메가파섹(Mpc), 기가파섹(Gpc)과 같은 파생 단위를 가지며, 은하 내 거리, 은하 간 거리, 우주의 대규모 구조 등을 측정하는 데 활용된다.
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- 1913년 과학 - 보어 모형
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테라노바 원정은 1910년부터 1913년까지 로버트 팰컨 스콧이 이끈 영국의 남극 탐험으로, 남극점 정복 경쟁과 과학 연구를 목표로 했으나 스콧을 포함한 탐험대원 전원이 귀환 중 사망하는 비극과 스콧의 리더십에 대한 논쟁을 남겼다. - 천문학의 단위 - 광초
광초는 빛이 1초 동안 진공에서 이동하는 거리로, 통신 분야에서 데이터 전송 속도 제한 요소 및 통신 지연 시간 계산에 활용되며, 천문학에서는 천체 간 거리 측정에 유용하고, 광분, 광시, 광일, 광주, 광년 등의 배수 단위로 확장되어 사용된다. - 천문학의 단위 - 광년
광년은 빛이 진공 상태에서 1 율리우스년 동안 이동하는 거리로, 약 9.46×10^15 미터에 해당하며 천문학에서 항성, 은하, 은하단 간의 거리를 측정하는 데 사용되는 길이 단위이다. - 길이의 단위 - 보어 반지름
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피트는 다양한 정의와 기원을 가진 길이 단위로, 국제적으로는 0.3048 미터로 정의된 국제 피트가 표준이며, 역사적으로 여러 종류가 사용되었고 현재는 특정 분야에서 널리 쓰인다.
2. 역사 및 어원
별의 시차는 지구가 태양을 공전할 때 별이 천구에 대해 겉보기로 움직이는 것처럼 보이는 각거리의 절반이다. 또는 그 별의 관점에서 지구 궤도의 장반축이 이루는 각도이다.
천문학자들은 별까지의 거리를 계산하는 데 가장 오래된 방법으로, 하늘에서 별의 위치를 두 번 측정하여 그 각도 차이를 기록하는 방법을 사용했다. 첫 번째 측정은 지구가 태양의 한쪽에 있을 때, 두 번째 측정은 약 반년 후 지구가 태양의 반대쪽에 있을 때 이루어진다.[7] 두 측정값 사이의 각도 차이는 시차각의 두 배이며, 이는 먼 꼭짓점에서 태양과 지구에서 별까지 이어지는 선으로 형성된다.[7] 그런 다음 삼각법을 사용하여 별까지의 거리를 계산할 수 있다.
독일 천문학자 프리드리히 빌헬름 베셀은 1838년 이 방법을 사용하여 61 시그니의 거리를 3.5파섹으로 계산했는데, 이는 별까지의 거리를 직접 측정한 최초의 성공적인 사례이다.[8]
파섹은 베셀의 방법에서 자연스럽게 유도된 거리 단위이다. 파섹 단위의 거리는 각초 단위의 시차각의 역수로 간단하게 계산할 수 있다. (예: 시차각이 1각초이면 물체는 태양에서 1pc, 시차각이 0.5각초이면 물체는 2pc 거리에 있다.) 이 관계에서는 매우 작은 각도를 다루므로 삼각 함수 없이 날씬한 삼각형의 근사 해를 적용할 수 있다.
"파섹"이라는 용어는 1913년 천문학 간행물에서 처음 언급되었다. 왕립 천문학자 프랭크 왓슨 다이슨은 거리 단위에 대한 명칭이 필요하다고 생각했다. 그는 "아스트론"을 제안했지만, 칼 찰리어는 "시리오미터"를, 허버트 홀 터너는 "파섹"을 제안했다.[4] 터너의 제안이 채택되었다.
2. 1. 어원
"파섹"이라는 용어는 1913년 천문학 간행물에서 처음 언급되었다. 왕립 천문학자 프랭크 왓슨 다이슨은 거리 단위에 대한 명칭이 필요하다고 생각했다. 그는 "아스트론"이라는 이름을 제안했지만, 칼 찰리어가 "시리오미터"를 제안했고 허버트 홀 터너가 "파섹"을 제안했다.[4] 터너의 제안이 채택되었다.2. 2. 파섹의 정의
우주 공간에 긴 직각삼각형을 상상해 보자. 짧은 변의 길이가 1천문단위(au, 지구-태양 간 평균 거리)이고, 그 변의 대변에 대한 각이 1각초(1/3600도)일 때, 파섹은 ''인접변''의 길이로 정의된다. 파섹의 값은 삼각법 규칙을 통해 구할 수 있다. 지구에서 태양의 궤도 반지름이 1각초를 이루는 거리이다.천문학자들이 별까지의 거리를 계산하는 데 사용하는 가장 오래된 방법 중 하나는 하늘에서 별의 위치를 두 번 측정하여 그 각도 차이를 기록하는 것이다. 첫 번째 측정은 지구가 태양의 한쪽에 있을 때 이루어지고, 두 번째 측정은 약 반년 후 지구가 태양의 반대쪽에 있을 때 이루어진다.[7] 지구의 두 위치 사이의 거리는 지구와 태양 사이 거리의 두 배이다. 두 측정값 사이의 각도 차이는 시차각의 두 배이며, 이는 먼 꼭짓점에서 태양과 지구에서 별까지 이어지는 선으로 형성된다.[7] 그런 다음 삼각법을 사용하여 별까지의 거리를 계산할 수 있다. 독일 천문학자 프리드리히 빌헬름 베셀은 1838년 이 방법을 사용하여 61 시그니의 3.5파섹 거리를 계산한 최초의 성공적인 직접 측정 결과를 발표했다.[8]
별의 시차는 지구가 태양을 공전할 때 별이 천구에 대해 겉보기로 움직이는 것처럼 보이는 각거리의 절반으로 정의된다. 또는 그 별의 관점에서 지구 궤도의 장반축이 이루는 각도이다. 상상 속의 직각삼각형에서 1각초 각도 대신 별의 시차를 대입하면 삼각형의 긴 변은 태양에서 별까지의 거리를 나타낸다. 파섹은 시차각이 1각초인 별이 차지하는 꼭짓점에 인접한 직각삼각형 변의 길이로 정의할 수 있다.
거리 단위로서 파섹의 사용은 베셀의 방법에서 자연스럽게 따른다. 파섹 단위의 거리는 각초 단위의 시차각의 역수로 간단하게 계산할 수 있기 때문이다(즉, 시차각이 1각초이면 물체는 태양에서 1pc 떨어져 있고, 시차각이 0.5각초이면 물체는 2pc 떨어져 있음 등). 이 관계에서는 삼각 함수가 필요하지 않다. 매우 작은 각도가 관련되어 있기 때문에 날씬한 삼각형의 근사 해를 적용할 수 있기 때문이다.
"파섹"이라는 용어는 1913년 천문학 간행물에서 처음 언급되었다. 왕립 천문학자 프랭크 왓슨 다이슨은 그 거리 단위에 대한 명칭이 필요하다는 우려를 표명했다. 그는 "아스트론"이라는 이름을 제안했지만, 칼 찰리어가 "시리오미터"를 제안했고 허버트 홀 터너가 "파섹"을 제안했다.[4] 터너의 제안이 채택되었다.
2. 3. 파섹 값 계산
우주 공간에 짧은 변의 길이가 1천문단위(지구-태양 간 평균 거리)이고, 그 변의 대변에 대한 각이 1각초(분의 60분의 1)인 직각삼각형을 상상할 때, 파섹은 ''인접변''의 길이로 정의된다. 파섹의 값은 삼각법 규칙을 통해 구할 수 있다. 지구에서 태양의 궤도 반지름이 1각초를 이루는 거리이다.천문학자들이 별까지의 거리를 계산하는 데 사용하는 가장 오래된 방법 중 하나는 하늘에서 별의 위치를 두 번 측정하여 그 각도 차이를 기록하는 것이다. 첫 번째 측정은 지구가 태양의 한쪽에 있을 때 이루어지고, 두 번째 측정은 약 반년 후 지구가 태양의 반대쪽에 있을 때 이루어진다.[7] 그런 다음 삼각법을 사용하여 별까지의 거리를 계산할 수 있다. 독일 천문학자 프리드리히 빌헬름 베셀은 1838년 이 방법을 사용하여 61 시그니의 3.5파섹 거리를 계산한 최초의 성공적인 직접 측정 결과를 발표했다.[8]
별의 시차는 지구가 태양을 공전할 때 별이 천구에 대해 겉보기로 움직이는 것처럼 보이는 각거리의 절반으로 정의된다. 파섹은 시차각이 1각초인 별이 차지하는 꼭짓점에 인접한 직각삼각형 변의 길이로 정의할 수 있다.
파섹 단위의 거리는 각초 단위의 시차각의 역수로 간단하게 계산할 수 있다. 즉, 시차각이 1각초이면 물체는 태양에서 1pc 떨어져 있고, 시차각이 0.5각초이면 물체는 2pc 떨어져 있는 식이다. 이 관계에서는 삼각 함수가 필요하지 않다. 매우 작은 각도가 관련되어 있기 때문에 날씬한 삼각형의 근사 해를 적용할 수 있기 때문이다.
"파섹"이라는 용어는 1913년 천문학 간행물에서 처음 언급되었다. 왕립 천문학자 프랭크 왓슨 다이슨은 그 거리 단위에 대한 명칭이 필요하다는 우려를 표명했다. 그는 "아스트론"이라는 이름을 제안했지만, 칼 찰리어가 "시리오미터"를 제안했고 허버트 홀 터너가 "파섹"을 제안했다.[4] 터너의 제안이 채택되었다.
2015년 정의에 따르면, 1 천문단위(au)의 호 길이는 반지름이 1 파섹(pc)인 원의 중심에서 1 각초의 각도를 이룬다. 즉, 1 pc = 1 au/tan(1 각초) ≈ 206,264.8 au이다.[9] 도/분/초 단위를 라디안으로 변환하면 다음과 같다.
:
: (2012년 천문단위 정의에 따른 정확한 값)
따라서,
(2015년 정의에 따른 정확한 값)
그러므로,
(가장 가까운 미터 단위로 반올림)
위 다이어그램에서 '''S'''는 태양을, '''E'''는 지구의 궤도상의 한 점을 나타낸다. 따라서 거리 '''ES'''는 1 천문단위(au)이다. 각도 '''SDE'''는 1 각초(도의 )이므로, 정의에 따라 '''D'''는 태양으로부터 1 파섹 거리에 있는 우주 공간의 한 점이다. 삼각법을 통해 거리 '''SD'''는 다음과 같이 계산된다.
천문단위가 149,597,870,700m로 정의되었으므로,[10] 다음을 계산할 수 있다.
시차법은 천체물리학에서 거리 측정의 기본적인 보정 단계이다. 그러나 지상 기반 망원경을 이용한 시차각 측정의 정확도는 제한적이다.[12] 우주 기반 망원경은 이러한 영향을 받지 않으므로 지상 기반 관측의 한계를 넘어서는 천체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.
수학적으로 각도 측정값(각초)을 통해 거리를 계산하는 공식은 다음과 같다.
여기서 ''θ''는 각초로 측정된 각도이고, 지구-태양 간 거리는 상수(1 au)이다. 계산된 별까지의 거리는 지구-태양 간 거리에 사용된 단위와 동일한 단위를 갖는다.
IAU 2015년 결의안 B2[11]에 사용된 파섹의 길이(648,000/π 천문단위)는 소각 계산을 사용하여 도출된 값과 정확히 일치한다. 이는 고전적인 역탄젠트 정의와 약 200km 차이가 난다. 천문단위가 IAU(2012)에 의해 미터 단위의 정확한 길이로 정의되었으므로, 이제 파섹은 미터 단위의 정확한 길이에 해당한다. 가장 가까운 미터 단위로, 소각 파섹은 30,856,775,814,913,673m에 해당한다.
3. 활용 및 측정
천문학에서는 백만(106) 파섹인 Mpc(메가파섹)이 자주 등장한다. 1 Mpc = 326만 1600광년.3. 1. 연주시차를 이용한 거리 측정
연주시차는 천체물리학에서 거리 측정의 기본적인 보정 단계이다. 그러나 지상 기반 망원경을 이용한 시차각 측정의 정확도는 약 로 제한되며, 따라서 최대 거리 이내의 별들에만 적용된다.[12] 이는 지구의 대기가 별의 영상 선명도를 제한하기 때문이다. 우주 기반 망원경은 이러한 영향을 받지 않으므로 지상 기반 관측의 한계를 넘어서는 천체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있다. 1989년부터 1993년까지 유럽우주국(ESA)이 발사한 ''히파르코스'' 위성은 약 개의 별에 대한 시차를 약 의 천문측량 정밀도로 측정하여 최대 떨어진 별들의 거리를 정확하게 측정했다.[13][14]
2013년 12월 19일에 발사된 ESA의 ''가이아'' 위성은 10억 개의 별의 거리를 이내의 오차로 측정하여 은하 중심까지의 측정에서 10%의 오차를 만들어낼 목표이다. 은하 중심은 궁수자리 별자리에 약 떨어져 있다.[15]
3. 2. 우주 거리 측정의 기준
시차법은 천체물리학에서 거리 측정의 기본적인 보정 단계이다. 그러나 지상 기반 망원경을 이용한 시차각 측정의 정확도는 약 로 제한되며, 따라서 최대 거리 이내의 별들에만 적용된다.[12] 이는 지구의 대기가 별의 영상 선명도를 제한하기 때문이다. 우주 기반 망원경은 이러한 영향을 받지 않으므로 지상 기반 관측의 한계를 넘어서는 천체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있다. 1989년부터 1993년까지 유럽우주국(ESA)이 발사한 ''히파르코스'' 위성은 약 개의 별에 대한 시차를 약 의 천문측량 정밀도로 측정하여 최대 떨어진 별들의 거리를 정확하게 측정했다.[13][14]
2013년 12월 19일에 발사된 ESA의 ''가이아'' 위성은 10억 개의 별의 거리를 이내의 오차로 측정하여 은하 중심까지의 측정에서 10%의 오차를 만들어낼 목표이다. 은하 중심은 궁수자리 별자리에 약 떨어져 있다.[15]
천문학에서는 백만(106) 파섹인 Mpc(메가파섹)이 자주 등장한다. 1 Mpc = 326만 1600광년.
- 허블 상수: 67km/s/Mpc
- 처녀자리 초은하단의 이웃 초은하단은 바다뱀자리-센타우루스자리 초은하단이지만, 두 초은하단은 매우 가까운 관계에 있다.
- 퀘이사는 천체 중에서 가장 밝은 천체이지만, 우주가 젊었을 때(20억~30억 년 전)에 많이 형성된 천체이기 때문에 멀리서 보인다.(먼 천체는 과거의 현상이 보인다)
- 헤라클레스자리 북쪽왕관자리 거대벽은 지금까지 관측된 것 중 가장 큰 우주 대규모 구조이다.
- 머리털자리 초은하단도 처녀자리 초은하단의 이웃 초은하단이지만, 속한 필라멘트는 다르다. 머리털자리 초은하단은 머리털자리 벽의 중심부이다.
- 허블-르메트르 법칙을 처녀자리 은하단에 적용해 보면, 20Mpc × 67km/s/Mpc = 1340 km/s가 되며, 처녀자리 은하단은 1340 km/s의 속도로 우리 은하로부터 멀어지고 있다. 여기서 처녀자리 은하단의 중력에 의한 우리 은하의 처녀자리 방향으로의 접근 속도 185 km/s를 빼면, 실제 상대 속도 1155 km/s가 유도된다.
- 샤플리 초은하단은 라니아케아 초은하단의 이웃 초은하단이다.
3. 3. 활용 사례
파섹은 주로 항성계 바깥 천체의 거리를 나타낼 때 사용되며, 다음과 같은 사례들이 있다.- 1 천문단위(au)는 약 이다.
- 보이저 1호는 기준 지구에서 떨어져 있었으며, 이 거리를 이동하는 데 이 걸렸다.
- 오르트 구름은 지름이 약 으로 추정된다.
- 프록시마 켄타우리는 태양을 제외하고 지구에서 가장 가까운 별로, 약 떨어져 있다.
- 플레이아데스 성단까지의 거리는 히파르코스 위성의 시차 측정 결과 우리로부터 ()이다.
- 우리 은하 중심은 지구로부터 이상 떨어져 있으며, 우리 은하의 지름은 약 이다.
- 안드로메다 은하(M31)는 지구로부터 약 떨어져 있다.
- 처녀자리 은하단은 지구로부터 약 떨어져 있다.[18]
- RXJ1242-11 은하(관측 결과 초대질량 블랙홀 중심핵이 우리 은하와 유사함)는 지구로부터 약 떨어져 있다.
- 헤르쿨레스-북쪽왕관자리 그레이트 월은 현재 우주에서 가장 큰 구조로 알려진 은하 필라멘트로, 약 에 걸쳐 있다.
- 입자 지평선(관측 가능한 우주의 경계)의 반지름은 약 이다.[19]
허블 우주 망원경이 관측한 M87의 활동 은하핵에서 분출되는 천체 물질 분출은 를 차지하며, 길이가 약 인 것으로 생각된다.[16]
천문학자들은 은하의 부분들 사이의 거리, 은하군 내의 거리, 인접 은하단 사이의 거리, 대규모 구조의 크기와 거리, 퀘이사까지의 거리를 나타낼 때 킬로파섹(kpc), 메가파섹(Mpc), 기가파섹(Gpc) 단위를 사용한다.
4. 파생 단위
파섹에서 파생된 단위는 다음과 같다.
과학자들 사이에서는 농담 삼아 파섹의 10-18배 길이인 아토파섹(attoparsec)이라는 단위가 사용되기도 하는데, 이는 약 30.85mm에 해당한다.
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