우주에서의 우리의 위치는 어딜까?

1. 특정 지역의 대한민국 국가 내에서의 위치

'부산대역(부산1호선)'이라는 건물을 예로 설명해보자. 이곳은 장전동에 속해 있으며, 이 장전동은 금정구에 속해 있다. 금정구는 부산광역시에, 부산광역시는 지리적으로 경상남도권에(경상남도에 속해 있다는 말이 아니다), 경상남도권은 경상도권(영남권)에, 경상도권은 대한민국 남부 지방에, 대한민국 남부 지방은 대한민국에 속한다.

대한민국
대한민국 남부 지방							대한민국 ㅇㅇ 지방
경상도권						ㅇㅇ도권	...
경상남도권					경상북도권	...	...
부산광역시				ㅇㅇ시	...	...	....
금정구			ㅇㅇ구	...	...	...	...
장전동		ㅇㅇ동	...	...	...	...	...
부산대역	...	...	...	...	...	...	...

 

2. 대한민국의 지구에서의 위치

대한민국은 지구에서 어떤 위치에 있을까? 대한민국은 한반도에 속하며, 한반도는 동아시아(동북아시아)에 속하며, 동아시아는 유라시아에 속한다. 이 유라시아는 아프로-유라시아에 속한다.

아프로-유라시아
유라시아				아프리카
동아시아			유럽	...
한반도		...	...	...
대한민국	조선민주주의인민공화국	...	...	...

 

3. 지구의 우리은하에서의 위치

이렇게 지구 내에서 부산대역, 대한민국의 위치를 알아봤다. 그럼 지구는 어디에 위치하고 있을까?

태양계 (출처 : NASA)

이미 알고 있듯 지구는 태양계에 속한다. 여기서 더 세분하면, 소행성대(asteroid belt)를 기준으로 태양과 가까운 내측은 내행성계(inner solar system), 그 밖을 외행성계(outer solar system)라고 구분한다.

국부 성간운 (출처 : NASA)

이 태양계는 국부 성간운(local Interstellar cloud, LIC)에 속한다. 이 국부 성간운은 우리은하 오리온자리팔에 속해있는 약 30 광년(9.2 파섹) 길이의 성간운이다. 태양계는 태어났을 때부터 이곳에 속해있었던 것은 아니며, 단지 이동하다가 고작 44,000년~150,000년 전 사이에 국부 성간운에 들어왔을 뿐이다. 태양은 은하 중심을 돌며 움직이는데, 따라서 10,000~20,000년간은 아직 이 국부 성간운에 남아있을 것으로 보고 있다. 여기서 성간운(Interstellar cloud, IC)은 우주 공간에 가스, 플라즈마, 우주진이 구름처럼 모여있는 것을 말한다. 

국부 거품 (출처 : STScI)

태양이 지나가는 국부 성간운은 그보다 더 큰 국부 거품(local bubble)에 속한다. 이 국부 거품은 우리은하 오리온자리팔에 속해있는 성간물질의 공동(cavity)이다. 마치 이 빈 공간이 거품 속 빈 공간과 닮았다고 해서 거품(bubble)이라고 부르게 된 것이다. 이 거품에는 앞서 태양이 속한 국부 성간운(LIC)를 포함해, G-구름(G-cloud), 큰곰자리 운동성단(ursa major moving group), 히아데스 성단(Hyades) 등이 포함되며 그 크기는 반지름이 150광년(45.99 파섹)에 달할 것으로 예측하고 있다.

태양계는 굴드 대 중심에서 650광년(200 파섹) 떨어져 있다. (출처 : solstation.com)

지금까지 지구는 태양계-국부 성간운-국부 거품에 속해 있다고 배웠다. 그리고 이 국부 거품은 더 큰 범위인 굴드 대(Gould belt)와 겹친다. 겹친다는 말은 굴드 대가 국부 거품이 있는 구역을 전부 포괄하는 범위는 아니지만, 태양이 포함된 국부 거품을 지난다는 말이다. 

은하의 중심을 향해 태양계에서 관측한 굴드 대의 모습 (출처 : solstation.com)

이 굴드 대(Gould belt)는 약 3,000광년(약 919.8 파섹)에 달하는 우리은하의 국부적 고리이며, 태양이 속한 국부 나선팔에서 가장 가까운 별 형성 영역을 말한다. 이 곳에는 많은 별자리의 별들이 태어났는데, 대표적으로, 페르세우스자리, 케페우스자리, 도마뱀자리, 전갈자리, 이리자리, 켄타우루스자리, 남십자자리, 용골자리, 돛자리, 고물자리, 큰개자리, 오리온자리의 일부 별들이 태어났다.

우리은하의 다양한 나선팔들. 오리온자리팔은 주황색으로 되어 있으며, 그 팔은 은하의 중심에서 나선형으로 밖으로 뻗어나간 모습니다. (출처 : NASA)

다양한 별자리를 구성하는 별들이 태어난 굴드 대 중 태양계가 있는 부분을 포함하는 우리은하의 주요한 나선팔인 오리온자리 팔(Orion arm)이 있다.

막대나선은하의 모양

막대나선은하에는 나선팔이라는 것이 존재한다.

현재까지 발견된 은하의 66% 이상을 차지하는 막대나선은하(barred spiral galaxy)는 은하 중심부에 은하 막대(bar)가 포함된 중심핵(bulge)가 있으며, 그 은하 막대에서 나선팔이 나선형으로 뻗어나가는 형태를 가진다. 우리은하의 나선팔 중 하나인 오리온자리 팔에 우리 태양계가 있는 것이다. 이 오리온자리 팔은 지름은 3,500광년(1,100 파섹)이며, 길이는 약 10,000광년(3,100 파섹)이며 북반구 겨울(남반구 여름)에 가장 눈에 띄는 별자리 중 하나인 오리온자리의 이름을 따서 지어졌다. 그리고 실제로 오리온자리의 베텔게우스, 삼성(흔히 삼태성으로 잘 못 알려진 3개의 별 무리. 자세한 사항은 이 글(https://mspproject2023.tistory.com/659) 참고), 오리온 성운 등이 이 오리온자리 팔 안에 포함되어 있으며 그 밖에 태양계를 품은 국부 거품도 포함되어 있다! 참고로 오리온자리 팔 내의 태양계는 은하 중심으로부터 약 26,000광년(8,000파섹) 떨어져 있다.

우리은하 (출처 : NASA)

영어로는 우윳길(Milky Way), 일본과 중국에서는 단순히 은하계(銀河系, 银河系)로 불리는 우리은하는 태양계를 포함하는 은하를 말한다. 지구에서는 이 은하가 길다란 띠처럼 보이기 때문에 은하수(Milky Way)라고도 부르지만 이는 은하수를 지구에서 본 모습이라고 보면 된다.

우리은하에는 별이 약 2~4천억개나 있는 것으로 여겨지며, 질량은 태양 질량의 1조배나 나간다. 이렇게 보면 별이 엄청 다닥다닥 붙어있을 것 같지만 사실 태양의 1조배나 되는 우리은하의 질량 중 별의 질량은 전체의 5%밖에 되지 않는다.ㄷㄷ

이 우리은하는 지름이 약 10만광년(30,660 파섹)이나 되며, 두께는 약 15,000광년(4,599 파섹)으로 지금까지 소개한 어떤 것보다 매우 큰 천체였던 것이다! 

우리은하
오리온자리 팔							ㅇㅇ팔
...		굴드 대					...
국부 거품					...	...	...
국부 성간운				ㅇ구름	...	...	...
태양계			ㅇㅇ계	...	...	...	...
내행성계		외행성계	...	...	...	...	...
지구	...	...	...	...	...	...	...

 

3. 우주에서의 우리은하에서의 위치

지금까지 지구에서 대한민국과 부산대역, 우리은하에서의 지구의 위치를 알아봤다. 사실 지금이 1920년 이전이었다면, 이 글은 여기서 끝내도 되었을 것이다. 그런데, 1920년 안드로메다 은하가 성운인가 은하인가를 두고 논쟁한 대논쟁(Great Debate)이 일어났는데 결국 허블이 안드로메다 내의 별 하나를 발견하면서 은하는 우주에 더 많이 있을 것이라고 결론이 나게 되면서 우주의 크기가 우리은하 범위를 넘어 더 크게 확장된다.

 

그럼 우리은하는 우주의 어디에 있는걸까?

일단 우리은하를 중심으로 20개 이상의 왜소은하(dwarf galaxy)를 보유하는 우리은하 준은하군(Milky way subgroup)이 존재한다. 여기에 포함된 왜소은하는 큰개자리 왜소은하, 작은곰자리 왜소은하, 용자리 왜소은하, 용골자리 왜소은하, 사자자리 왜소은하, 목동자리 왜소은하 등이 있으며, 왜소은하 뿐 아니라 대마젤란 은하(LMC), 소마젤란 은하(SMC)도 포함된다.

 

여기서 은하군(galaxy group)은 약 50개 이하의 은하들로 구성된 집합을 말한다. 여기서 말하는 준은하군(galaxy subgroup)은 은하군이나 은하단에 속한 주요한 은하의 1개 이상의 위성 은하로 구성된 집합을 말한다.

우리은하가 포함된 우리은하 준은하군은 국부은하군(local group)에 속한다. 이 은하군에는 우리은하를 포함한, 안드로메다 은하, 삼각형자리 은하와 같은 나선은하들이 있었을 뿐 아니라, 타원은하, 불규칙은하, 구형은하와 같이 다양한 형태의 은하들이 존재하며, 총 지름은 약 3 메가파섹(1천만 광년)에 달한다. 이 국부운하군에서 가장 큰 은하는 안드로메다 은하이며, 그 다음으로 큰 은하가 바로 우리은하다. 여담으로 연구에 따라 다르지만 최소 54개 이상의 은하로 이루어져 있어 국부은하단이라고 불러야한다는 이야기도 있다.

 

국부은하군은 국부은하판(local sheet)에 포함된다. 이 국부은하판은 우리은하가 속한 국부은하군과 같은 특이속도(천체의 상대속도의 하나)를 가지는 은하로 구성된 집단이다. 이 은하판의 반지름은 7 메가파섹이며, 이 범위 밖에서는 우리은하와 다른 특이속도를 가져 다른 집단으로 분류한다.

국부은하판은 처녀자리 초은하단에 속한다. 국부 초은하단(Local supercluster)이라고도 부르는 처녀자리 초은하단(Virgo supercluster)은 처녀자리 은하단(Virgo cluster)과 국부 은하군이 포함된 은하가 집중되게 분포하는 영역을 말한다. 최소 100개의 은하군과 은하단이 존재하며 지름은 33 메가파섹이나 된다.

처녀자리 초은하단은 라니아케아 초은하단에 속한다. 하와이어로 '열린 하늘, 무한한 천국'이라는 뜻의 라니아케아(Laniakea)라는 이름에서 따온 라니아케아 초은하단(Laniakea supercluster)은 지름은 대략 160 메가파섹(약 5억 2천만 광년)이며, 우리은하를 포함해 100,000개 이상의 은하들을 포함하고 있는 초은하단이다. 여기에는 처녀자리 초은하단, 중심부를 포함한 바다뱀자리-센타우루스 자리 초은하단, 공작자리-인디언자리 초은하단 등이 있으며, 중심부에는 거대인력체(Great attractor)가 존재해 중력이 집중되어 있다.

이렇게 거대한 라니아케아 초은하단도 KBC 공동에 포함된다. 국부 구멍(local hole)이라고도 불리는 KBC 공동(KBC void)의 이름은 3명의 천문학자의 성 첫글자를 따서 만들어졌으며, 이 공동은 저밀도에 구형에 가까운 형태로 지름이 약 600 메가파섹으로 추정되는 우리은하를 포함한 라니아케아 초은하단의 대부분을 포함하고 있는 거대하고 상대적으로 빈 공간을 말한다. 이렇게 우리은하가 얼마나 작은지, 어느 지역에 소속되었는지 알아봤다. 정말 우리 지구는 엄청 작은 것이라는 걸 새삼 다시 깨닫게 되었다. 마지막으로 은하가 어디 소속되어 있는지 정리하며 글을 마치겠다.

KBC 공동
라니아케아 초은하단						ㅇㅇ 초은하단
처녀자리 초은하단					ㅇㅇ은하단	...
국부은하판				ㅇㅇ은하판	...	...
국부은하군			ㅇㅇ은하군	...	...	...
우리은하 준은하군		ㅇㅇ은하	...	...	...	...
우리은하	...	...	...	...	...	...