검은 방울 현상
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1. 개요
검은 방울 현상은 행성이나 위성이 태양을 통과할 때, 천체의 가장자리가 태양의 가장자리에 닿기 직전에 마치 검은 물방울처럼 연결되어 보이는 현상이다. 18세기에 금성 일면 통과 관측을 통해 지구에서 태양까지의 거리를 측정하려 할 때 이 현상으로 인해 정확한 측정이 어려웠다. 초기에는 금성의 대기 때문으로 추정되었으나, 이후 망원경 성능, 지구 대기의 흔들림, 빛의 회절, 태양의 주연 감광 등 다양한 요인이 복합적으로 작용하여 나타나는 현상으로 분석된다. 1999년 수성 일면 통과 관측에서도 확인되었으며, 일식 때 태양 흑점이 달 가장자리에 접근할 때에도 유사한 현상이 관측된다.
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| 검은 방울 현상 | |
|---|---|
| 현상 개요 | |
| 이름 | 검은 방울 현상 |
| 설명 | 금성 또는 수성이 태양면을 통과할 때 나타나는 시각적 왜곡 현상 |
| 특징 | |
| 외관 | 금성이 태양의 가장자리에 접근하거나 벗어날 때 금성의 검은 원반과 태양의 가장자리가 가늘게 연결되어 방울처럼 보이는 현상 |
| 원인 | 지구 대기의 산란 관측 장비의 광학적 효과 (예: 회절) 금성 자체의 대기 효과 (희박한 금성 대기) |
| 관측 시점 | 금성이 태양 원반에 진입하거나 나갈 때 가장 두드러짐 |
| 관측 역사 및 중요성 | |
| 역사적 중요성 | 과거 금성 태양면 통과 관측 시 지구-태양 간 거리 측정에 어려움을 초래 |
| 현대적 중요성 | 태양면 통과 현상의 이해를 돕고 외계 행성 연구에 간접적으로 기여 외계 행성의 대기 연구에 응용 가능성 제시 |
| 추가 정보 | |
| 유사 현상 | 수성의 태양면 통과 시에도 유사한 현상 관측 가능 에어리 디스크 현상과 연관 |
2. 원인 분석
검은 방울 현상은 금성 등이 태양 앞을 지나는 천문학적 통과 시, 행성 원반이 태양 가장자리에 접하는 순간(두 번째 및 세 번째 접촉)에 마치 검은 눈물방울처럼 행성과 태양 가장자리를 연결하는 것처럼 보이는 현상이다. 이 현상은 접촉 시각을 정확히 측정하는 것을 방해하여, 18세기 금성 일면 통과 관측을 통해 천문 단위를 정밀하게 측정하려던 시도를 어렵게 만들었다.
오랫동안 이 현상의 주된 원인은 금성의 두꺼운 대기 때문으로 생각되었으며, 금성 대기의 존재를 뒷받침하는 증거로 여겨지기도 했다. 그러나 이후 수성과 같이 대기가 거의 없는 행성의 통과[3][4]나 일식 때 태양 흑점이 달 가장자리에 접근할 때[7] 등 유사한 현상이 다른 조건에서도 관측되면서, 금성 대기만으로는 설명하기 어렵다는 점이 밝혀졌다.
현재는 검은 방울 현상이 단일 원인이 아닌 복합적인 요인에 의해 발생하는 광학적 현상으로 이해된다. 주요 원인으로는 관측에 사용되는 망원경의 성능 한계(상의 번짐, 회절), 지구 대기의 흔들림으로 인한 영향, 그리고 태양 원반 가장자리로 갈수록 어두워지는 주연 감광 현상 등이 복합적으로 작용하는 것으로 분석된다.[1][2][9][10][7] 실제로 2004년 금성 일면 통과 때에는 과거보다 향상된 망원경과 관측 기술 덕분에 많은 관측자들이 검은 방울 현상을 거의 보지 못했거나 훨씬 덜 뚜렷하게 관측되었다고 보고하기도 했다.[5][8]
2. 1. 초기 분석과 금성 대기
18세기에 금성이 태양 앞을 지나는 금성 일면 통과 현상을 관측할 때, '검은 방울 현상'이 발견되었다. 이 현상은 금성이 태양 원반으로 완전히 들어서는 두 번째 접촉 직후와 태양 원반을 완전히 빠져나가기 직전인 세 번째 접촉 직전에 나타나는데, 마치 작은 검은 눈물방울이 금성 원반과 태양 가장자리를 연결하는 것처럼 보여 정확한 접촉 시각 측정을 방해했다. 이 때문에 18세기 과학자들은 금성 통과 관측을 통해 천문 단위(지구와 태양 사이의 평균 거리)를 정확하게 측정하려는 국제적인 시도에서 큰 어려움을 겪었다.
당시 많은 과학자들은 검은 방울 현상이 금성의 두꺼운 대기 때문에 발생하는 것으로 생각했다. 이는 금성이 대기를 가지고 있다는 최초의 실질적인 증거로 여겨지기도 했다. 그러나 이러한 초기 분석은 당시 망원경의 성능이 충분하지 않았고, 지구 대기의 영향 등을 제대로 고려하지 못한 한계가 있었다.[8] 이후 연구를 통해 검은 방울 현상은 단순히 금성 대기 때문만이 아니라, 망원경 자체의 광학적 문제나 지구 대기의 영향 등이 복합적으로 작용하는 현상으로 이해되고 있다.[1][2]
2. 2. 망원경 성능과 지구 대기의 영향
오랫동안 검은 방울 현상은 금성의 두꺼운 대기 때문에 발생하는 것으로 여겨졌고, 금성 대기의 존재를 증명하는 첫 실질적인 증거로 간주되기도 했다. 그러나 오늘날에는 태양 원반 가장자리 부근의 극심한 밝기 감소(가장자리 어둡기)와 관측 장비 자체의 광학적 한계가 결합되어 나타나는 현상으로 보는 견해가 지배적이다.[1][2]1832년 5월 수성 통과 당시, 베셀과 아르겔란더는 서로 다른 망원경으로 동시에 관측하면서 해상도가 낮은 기기에서 검은 방울 현상과 유사한 것을 발견했다.[3] 이는 망원경의 성능이 현상 관측에 영향을 줄 수 있음을 시사했다. 이후 1999년과 2003년 수성 통과 때 지구 대기 밖에서 이루어진 정밀 관측에서도 검은 방울 현상이 확인되었는데, 수성에는 유의미한 대기가 없다는 점에서 금성 대기설은 설득력을 잃게 되었다.[4]
현재는 망원경으로 인한 상의 불선명함, 지구 대기의 흔들림(시상), 그리고 빛의 회절 현상이 검은 방울 현상의 주된 원인으로 꼽힌다.[9][10][7] 실제로 일식 때 태양 흑점이 달 가장자리에 가까워질 때도 비슷한 현상이 관측되기도 한다.[7]
2004년 6월 8일 금성 통과 시에는 많은 관측자들이 검은 방울 현상을 보지 못했거나, 이전 시대의 기록보다 훨씬 덜 뚜렷했다고 보고했다.[5] 이는 더 커진 망원경 구경, 향상된 광학 기술 등 관측 장비의 발달과 관련이 있을 것으로 추정된다.[8]
제이 파사초프(Jay Pasachoff) 등의 연구팀은 1999년 수성 통과를 NASA의 우주 망원경 TRACE로 관측했을 때에도 미약하나마 검은 방울 효과가 나타났음을 확인했다. 이 관측 결과와 2004년 금성 통과 관측 결과를 종합적으로 분석하여, 망원경 성능이나 지구 대기의 영향뿐만 아니라 태양 자체의 주연 감광 효과 역시 검은 방울 현상의 원인 중 하나일 수 있다는 분석을 내놓았다.[9]
2. 3. 태양 주연 감광의 영향
과거에는 검은 방울 현상이 금성의 두꺼운 대기 때문이라고 여겨졌으나, 이후 관측 기술의 발달로 다른 요인들이 주목받기 시작했다. 특히, 1999년 수성 일면 통과 관측은 중요한 전환점이 되었다. 수성은 금성과 달리 거의 대기가 없는 행성임에도 불구하고, NASA의 우주 망원경 TRACE를 이용한 정밀 관측에서 미약하나마 검은 방울 현상이 확인되었다.[4] 제이 파사초프(Jay Pasachoff) 등은 이 관측 결과와 2004년 금성 일면 통과 관측 결과를 종합적으로 분석하여, 기존에 알려진 망원경의 성능이나 지구 대기의 영향 외에도 태양의 주연 감광(가장자리로 갈수록 어두워지는 현상) 역시 검은 방울 현상을 일으키는 원인 중 하나임을 밝혔다.[9]2. 4. 현대적 관점: 복합적 요인
과거에는 검은 방울 현상이 금성의 두꺼운 대기 때문에 발생하는 것으로 여겨졌고, 이는 금성에 대기가 있다는 첫 실질적인 증거로 간주되기도 했다. 그러나 현재는 이러한 견해 대신, 관측 장비의 성능 한계와 태양 원반 가장자리의 극심한 밝기 감소 현상(가장자리 어둡기) 등이 결합된 광학적 효과라는 설명이 주를 이룬다.[1][2]이러한 이해는 여러 관측 결과를 통해 뒷받침되었다. 1832년 수성 통과 당시, 베셀과 아르겔란더는 서로 다른 기기로 동시에 관측하면서 해상도가 낮은 기기에서 검은 방울 현상과 유사한 것을 발견했다.[3] 또한, 수성은 금성과 달리 의미 있는 수준의 대기가 없음에도 불구하고, 1999년과 2003년 수성 통과 때 지구 대기 밖에서 이루어진 정밀 측정에서도 검은 방울 현상이 관찰되었다.[4] 이는 검은 방울 현상이 반드시 행성의 대기 때문에 발생하는 것은 아님을 시사한다.
2004년 6월 8일 금성 통과 때에는 많은 관측자들이 과거의 기록보다 검은 방울 현상이 훨씬 덜 뚜렷하게 나타났거나 아예 보이지 않았다고 보고했다.[5] 이는 과거보다 향상된 더 큰 망원경과 더 좋은 광학 장비의 사용, 그리고 가장자리 어둡기 현상에 대한 이해가 높아진 것 등이 복합적으로 작용한 결과일 수 있다.[5][8]
따라서 현재 학계에서는 검은 방울 현상을 단일 원인이 아닌 여러 요인이 복합적으로 작용한 결과로 본다. 주요 원인으로는 망원경 자체의 성능으로 인한 상의 흐릿함, 지구 대기의 흔들림으로 인한 상의 왜곡, 그리고 빛이 장애물을 만날 때 휘어지는 현상인 회절 등이 꼽힌다.[9][10][7] 또한, 제이 파사초프(Jay Pasachoff) 등의 연구에 따르면, NASA의 우주 망원경 TRACE가 1999년 수성 통과를 관측했을 때에도 미미하게나마 검은 방울 효과가 확인되었는데,[9] 이를 2004년 금성 통과 관측 결과와 종합적으로 분석하여 태양의 가장자리 어둡기 역시 검은 방울 현상을 일으키는 원인 중 하나로 보고 있다.[9] 유사한 현상은 일식 때 태양 흑점이 달의 가장자리에 가까워질 때 관측되기도 한다.[7]
3. 1832년 수성 통과 관측
1832년 수성 통과 당시, 런던 그리니치 천문대에서는 셔크버그 망원경을 이용해 관측을 진행했다.[6] 이 망원경에는 돌론드가 제작한 마이크로미터가 장착되어 있었고, 관측자들은 이를 활용하여 수성 통과 시간과 크기를 측정하고 행성의 지름을 계산했다.[6]
관측 과정에서 특이한 현상이 보고되었는데, 이는 마치 동전을 태양 표면에 누른 것처럼 보이는 모습이었다.[6] 당시 한 관측자는 다음과 같이 기록했다.
: "나는 나중에 행성 주변에 어두운 색조가 있어서 마치 태양 표면보다 약간 아래로 가라앉은 것처럼 보였다." (''왕립 천문학회, 제2권, 13호'')[6]
이는 오늘날 알려진 검은 방울 현상에 대한 초기 관측 기록 중 하나로 여겨진다.
4. 갤러리
(내용 없음)
4. 1. 1761년 토르베른 베리만
4. 2. 1771년 제임스 쿡과 찰스 그린
4. 3. 2004년 금성 통과
참조
[1]
간행물
Explanation of the Black-Drop Effect at Transits of Mercury and the Forthcoming Transit of Venus by Pasachoff/Schneider/Golub
AAS
2003-12
[2]
간행물
Transits of Venus – Kiss of the goddess
http://www.economist[...]
2015-05-16
[3]
뉴스
Durchgang des Mercurs durch die Sonne
http://articles.adsa[...]
Astronomische Nachrichten
1832
[4]
논문
Space Studies of the Black-Drop Effect at a Mercury Transit
[5]
웹사이트
The Disappearing Black Drop
http://www.skyandtel[...]
F+W Meida, Inc.
2015-05-16
[6]
서적
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
https://archive.org/[...]
Priestley and Weale
1831
[7]
서적
天文年鑑2012年版
https://www.seibundo[...]
誠文堂新光社
[8]
웹사이트
地球－太陽間距離を求める
https://naojcamp.nao[...]
2016-04-02
[9]
웹사이트
What is the Black-Drop Effect?
http://www.skyandtel[...]
F+W Media
2016-04-16
[10]
서적
金星を追いかけて
http://www.kadokawa.[...]
角川書店
[11]
웹인용
SkyandTelescope.com - News from Sky & Telescope - Where Was the Black Drop?
http://skyandtelesco[...]
2008-08-29
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