천체물리학

 



1. 개요
2. 우주론과의 관계
3. 연구 대상
4. 천체물리학자
5. 전공자 중 유명인(학자 제외)
6. 연관된 물리학 이론
7. 트렌드
8. 중등교육과정
9. 기타
10. 관련 문서


1. 개요


, Astrophysics[1]
천체에서 일어나는 각종 현상을 물리학의 이론을 이용하여 설명·예측하는 학문이다. 이처럼 물리학 이론을 이용하여 특정한 범주의 자연을 연구하는 학문으로는 천체물리학 외에 지구물리학, 해양물리학, 대기역학, 화학물리학, 생물물리학 등이 있다.
물리학을 단순히 천문학에 응용한다는 측면뿐만 아니라 천체의 여러 현상을 해명하는 과정에서 새로운 물리학이 탄생한 경우도 드물지 않다. 예컨대 태양의 흑점, 자기장오로라 현상을 연구하는 과정에서 플라즈마 물리학이 탄생했고, 항성의 에너지원을 규명하는 과정에서 핵융합에 대한 물리학이나 핵물리학이 발전했다.
천문학을 연구하기 위해서 본격적으로 물리학을 도입하면서 탄생하였으며, 천문학과 물리학 양쪽에 모두 속한다. 국내는 천문학과가 따로 없는 대학이 많기에, 대부분의 대학에서는 물리학의 하위 분과로 놓는데, 그래도 학회는 천문학 학회로 가는 경우가 많다. 한편 핵물리학, 입자 물리학이나 양자역학 혹은 통계역학을 전공으로 한 물리학 전공자들도 들락날락 거린다. 물리학의 연구를 위한 실험 내지 관찰대상으로 우주만큼 좋은 것이 없기 때문에 사실상 천체물리학과 입자물리학의 경계는 없다고 봐도 되는 수준이다. 감마선 분야와 같은 고에너지 분야나 빅뱅 우주론 같은 경우에는 사실상 그 전공을 하는 것이지 천문학, 물리학의 경계가 거의 존재하지 않는다.[2]
20세기 초부터 시작된 천문학의 물리학 동화 현상과 관련이 깊으며, 본격적인 시작은 영국의 천체물리학자 아서 스탠리 에딩턴에서 비롯됐다. 그리고 그 제자인 수브라마니안 찬드라세카르와 중성자별로 유명한 앤서니 휴이시[3] 등이 관련 분야의 노벨 물리학상 수상자이다. 그 후론 스티븐 호킹, 킵 손 등으로 이어진다.
천문학 관련 노벨상이 가장 많이 나온 분과로 첫 천문학 관련 노벨상 수상 업적인 중성자별 역시 천체물리학에서 다룬다. 두 번째 수상 업적인 백색왜성 역시 천체물리학의 연구 성과다. [4]
주로 항성을 연구한다. 그래서 천문학에 항성천문학이라는 별도 분과는 없다시피 하고, 항성연구는 거의 천체물리학에서 다룬다. 별의 표면에 대해 연구하거나 별의 내부 구조, 별의 진화 과정 등을 다룬다. 따라서 주계열성은 물론이고, 맥동 변광성이나 밀집성 등에 대한 연구는 천체물리학 쪽에서 전문으로 한다. 주로 항성을 연구대상으로 하기 때문에 천체물리학 공부를 위해선 핵물리학입자물리학을 반드시 익혀두어야 한다. 특히 별의 진화나 초신성 분야는 핵물리학에서, 우주선(물리학)이나 크게는 우주론 분야는 입자물리학에서 다루기도 한다.
최근의 천체물리학은 항성외에도 은하에 대해 다루는 경우가 많다. 그런데 은하 쪽으로 연구를 하다보면 자연스럽게 우주론과 연결되어 본의 아니게 우주론 연구를 하는 천체물리학자들이 굉장히 많다. 이건 결국 천체 현상들의 기원 중 대부분이 우주의 탄생과 관련이 깊기 때문에 자연스러운 현상이다.[5]

2. 우주론과의 관계


과거에는 우주의 탄생과 진화, 구조 등을 연구하는 우주론도 천체물리학의 하위 분야로 취급되었지만, 현재는 천체물리학에서 독립된 학문 분과로 취급하는 것이 일반적이다. 만약 우주론이 여전히 천체물리학에 속해 있다면, 천체물리학이라는 번역보다는 우주물리학이라는 번역이 더 적절했을지도 모른다. 게다가 굳이 분류하자면 천체물리학은 천문학에 속하고, 우주론은 물리학에 속하는 것으로 보는 것이 일반적이다. 그런데 천체물리학자들도 우주론에 대한 웬만한 지식은 갖추고 있고, 천체물리학 연구를 하다보면, 자연스레 우주론을 넘나들기도 한다.

3. 연구 대상



4. 천체물리학자


잘 모르는 사람의 경우에는 천문학자와 천체물리학자를 동일시 하는 경우가 많은데, 둘은 확연히 다른 분야이다. 워낙 연구 분야가 폭이 넓다보니 물리학자라고 해도 태클이 들어오지 않는 경우가 대부분이다.[6] 국내 천체물리학자들은 주로 천문학과에 속해있는 경우가 많은데, 천체물리학 연구를 하기 위해서는 웬만한 물리학 이론들은 꿰뚫고 있어야 하기 때문에, 대부분 어지간한 물리학과 전공자들도 함부로 범접할 수 없는 물리학의 오라(!!)를 발산하는 경우가 많다.[7] 그만큼 천문학과 물리학의 연관성이 깊어졌다는 뜻이기도 하다.
  • 아서 스탠리 에딩턴 - 항성과 관련해서는 단연 1인자로 꼽히며, 현재의 천체물리학의 기틀을 다지는 데 가장 큰 공헌을 한 사람.[8]
  • 수브라마니안 찬드라세카르 - 스승인 에딩턴과는 사이가 안 좋았던 것으로 유명하지만 그에 준하거나 혹은 더 뛰어난 천체물리학자.
  • 로버트 엠든
  • 조너선 호머 레인
  • 칼 슈바르츠쉴트
  • 마틴 슈바르츠쉴트 - 위의 칼 슈바르츠쉴트의 아들이고 엠든의 조카이다.
  • 스티븐 호킹
  • 칼 세이건 - 칼 세이건은 비주류 학문인 천체물리학을 코스모스등 재미있는 책으로 만들어 천체물리학을 널리 알렸다.
  • 킵 손

5. 전공자 중 유명인(학자 제외)



6. 연관된 물리학 이론


  • 고전 역학
  • 상대성 이론[9]
  • 양자역학
  • 열역학
  • 유체역학
  • 입자물리학
  • 전자기학
  • 통계역학
  • 핵물리학
간단하게 줄여쓰면 물리학은 다 쓴다. 당연하게도 거기서 쓰는 수학도 다 쓴다.

7. 트렌드


천체물리학은 엄연히 천문학의 한 분과로 분류되지만, 연구자들 중에는 학부에서 (천문학이 아니라) 물리학을 전공한 후 이 쪽으로 넘어오는 경우가 꽤 많다. 한국을 포함해서 대부분의 나라에서 천문학은 물리학에 비해 학과가 개설된 학교의 숫자도 적고, 따라서 배출되는 인원도 적은데, 이에 따른 천문학 쪽의 인력 부족이 물리학계에서의 인력 유입으로 해결되는 현상으로[10] 최근의 ApJ[11]에는 천문학은 고사하고 천체물리학과도 큰 연관이 없던 학교 출신 혹은 재직자, 연구원들의 논문 게재가 상당히 늘어났다. 특히 암흑 물질이나 은하 구조, 우주론 등에서 많이 나타나는 현상.
21세기 들어서 천문학 연구는 천체물리학이 주도하고 있다고 해도 과언이 아니기 때문에, 사실상 '천문학=천체물리학'의 성향을 띠고 있고, 그 까닭에 두 용어가 동일한 의미로 쓰이기도 하지만, 해양물리학이 해양학의 전부가 아니 듯, 천체물리학이 천문학의 전부는 아니다. 물론 외부인의 관점에서는 그게 그걸로 보이는 모양.
2016년 2월 11일, 중력파의 관측에 성공하면서 새로운 도전의 장이 열리게 되었다.

8. 중등교육과정


고등학교 교육과정상의 천체물리학은 2015 개정 교육과정 기준으로 아래의 두 과목에서 맛보기식으로 등장한다.
심화된 내용은 나오지 않는다. 천체물리학에서 쓰는 개념이나 용어가 소개된다고 해서, 천체물리학을 배우는 것이 아니다. '양자나 상대론, 유체역학 같은 끝판대장들도 나오는데 얘가 뭔데 안 나오냐?'라며 의문 부호를 띄울 수 있겠지만 그쪽은 암만 어려워도 일단 개념을 소개할 수 있지만 이쪽은 전적으로 물리학 이론을 천체 현상에 적용시키는 학문이다보니, 단지 개념만 소개하고 만다면 그냥 천문학이나 물리학이 되어버린다.

9. 기타


물리학을 이용하는 학문이 아니랄까봐 뭐든지 '구형(球形)'으로 가정하고 설명하는 경향이 있다. 그런데 이쪽은 그 경향이 특히 심한 편인데, 그래도 설명하는 대상이 대부분 구형이기 때문에 큰 문제는 없다. 참고로 항성만이 아니라 은하도 구로 놓고 설명하는 경우가 종종 있다. 애리조나 대학교의 천문학 교수 폴 데이비스의 저서 『코스믹 잭팟』 에서는 젖소에게서 우유가 나오지 않아 여러 사람에게 문제 해결을 의뢰했는데, 의뢰를 받은 물리학자가 "균일 등방한 구형의 젖소를 가정했을 때..." 라는 말로 답을 하기 시작했다고 한다. 천문학이나 물리학 전공자는 마냥 웃기만은 할 수 없는데 웃기는 묘함을 느낄 수 있다.
물리학 이론을 이용하여 천체 현상을 설명하는 학문이기 때문에, 순수(?)한 물리학에 비해서는 응용학문적 성격을 지닌다. 따라서 약간은 실용적이라는 식의 언급을 하는 경우도 있으나, 어차피 자연과학이다.
우주망원경 연구 등의 분야에서 항공우주공학과 접점이 있다. 물론 이 경우에는 천체물리학보다는 엔지니어링이 주 분야가 된다.
관련 중고등학생 대상 대회로 국제 천문 및 천체물리 올림피아드(IOAA)를 위시한 천문학 올림피아드들이 있다. 문서 참조.

10. 관련 문서



[1] Astrodynamics이라 불리는 과목도 있다. 이름만 보면 천체물리학의 일부일 것만 같(고 어느 정도는 맞는 말이)지만, 사실상 이는 (인공) 천체의 궤도 연구에 집중하는 '''궤도역학'''이라 할 수 있으며, 천체물리학자들이 그렇게 크게 관심 갖는 분야는 아니다. 우리에게 친숙한 우주인 버즈 올드린이 이 분야 연구자. 이 분야 연구하는 사람들은 물리학, 천문학뿐만 아니라 항공우주공학 전공자들도 굉장히 많다.[2] 실제로 같은 것을 하지만, 학부 단위로 출신이 다르다.[3] 이쪽은 사실 대학원생이었던 조셀린 벨이 수상했어야 했지만...[4] 최근엔 우주론이 다수 수상[5] 거리의 사다리 항목을 보면 알겠지만 필연적으로 우주론과 연결될 수밖에 없다.[6] 물리학을 연구하는 것이 아니라, 물리학을 수단으로 삼아(이용하여) 천체를 연구하는 것뿐인데 어떻게 물리학자냐!! 라고 할 수도 있는데, 상대론이나 입자물리학 전공자는 지구 내에서는 실험이 굉장히 한정적이기 때문에 천체를 바탕으로 연구하는 경우가 많다.[7] 물리학 전공자가 물리학 개념을 물리학과에서 이해하지 못하고 있다가 가벼운 마음으로 들어간 천체물리 수업에서 이해하는 경우도 있다 (...) 애초에 천문학과가 학부에 있는 학교가 거의 없기 때문에 학부는 물리학과 출신인 경우가 많다.[8] 아인슈타인의 일반 상대성이론을 실제로 증명한 것으로도 유명하다.[9] 사실 이쪽은 물리학보다 천문학이랑 훨씬 친하다.[10] 그래도 인력은 여전히 부족한 편이다.[11] AstroPhysical Journal, 천체물리학 분과에서 가장 유명한 학술지