파장이 긴 빨강은 약한 에너지
먼 은하일수록 더 붉게 보여

꼭 그런 것은 아니지만 대체로 색은 의미 혹은 정보를 가지고 있다. 붉은색은 서라, 뜨겁다, 위험하다 등의 의미를 가지는 반면 파란색은 그 반대의 의미를 가지고 있다. 물론 다른 색도 색마다의 의미를 담고 있다. 인간이 부여한 의미 외에도 색은 과학적 정보를 담고 있다.

김호일 천문연구원 광학천문본부장

아무 색이 없어 보이는 햇빛을 프리즘에 통과시키면 빨강에서 보라까지 무지개색이 나타난다. 프리즘은 빛의 파장에 따라 다른 굴절률을 가지기 때문이다. 즉, 짧은 파장은 더 많이 굴절시키고 긴 파장의 빛은 덜 굴절시킨다. 색은 기본적으로 빛이고 따라서 파동이다. 작은 에너지를 가진 파동은 긴 파장을 가지고, 큰 에너지를 가진 파동은 짧은 파장을 가진다. 사람의 눈으로 볼 수 있는 가시광의 경우 파장이 긴 빨간색은 약한 에너지를, 파장이 짧은 보라색은 큰 에너지를 가지고 있다. 가시광선을 넘어서까지 연결하자면 에너지가 매우 큰 감마선에서 엑스선, 자외선 등은 가시광보다 큰 에너지를 가지며, 적외선과 전파는 더 약한 에너지를 가진다.

색은 온도와도 밀접한 관계를 갖는다. 낮은 온도의 물체는 원적외선을 방출하는가 하면 온도가 뜨거울수록 더 큰 에너지를 갖는 짧은 파장의 빛(더 정확히는 전자기파)을 낸다. 빨간색 혹은 노란색의 촛불보다는 파란빛의 가스레인지 불이 더 뜨겁다는 식이다. 이것은 우주에서도 똑 같아서 별의 온도를 알 수 있는 좋은 정보가 된다. 차가운 별은 (그래도 3000도는 된다.) 빨간색이고, 노란색의 태양은 6000도 정도, 그리고 흰색을 지나 파란색의 별은 수만도의 온도를 가지고 있다.

색이나 소리 같은 파동의 또 다른 재미있는 특징은 움직임에 따라 파장이 변한다는 것이다. 우리에게 다가오는 파동은 실제보다 더 짧아지고, 반대로 멀어지는 파동은 더 길어진다. 마주 달려오는 기차의 경적소리는 점점 높은 음이 되다가 마침내 지나쳐 가면 급격히 낮은 음으로 들린다. ‘도플러 효과’라고 알려진 이 현상은 우주 어디서나 동일하게 일어난다.

우주를 이루고 있는 모든 물질은 원자로 구성되어 있다. 원자핵 주위를 돌고 있는 전자는 특정한 파장의 에너지를 흡수하거나 방출한다. 태양의 스펙트럼을 확대해 보면 바탕색에 수많은 검은 선(흡수선)을 볼 수 있는데, 이 선들이 바로 전자가 흡수한 파장에서 나타난다. 만약 어떤 별의 스펙트럼을 관찰한 결과 모든 흡수선이 태양에서 보인 위치보다 더 긴 파장 쪽으로 치우쳐 나타났다면 이 별은 태양으로부터 멀어져 간다는 것을 의미한다. 물론 태양도 움직이고 있으므로 지상의 실험실에서 얻은 스펙트럼이 기준이 된다.

에드윈 허블은 1920년대 후반에 우주가 팽창하고 있다는 놀라운 사실을 발견했다. 우리 은하 주변에 있는 은하들을 관측한 결과 모든 은하가 원래의 빛보다 약간 더 붉은빛을 띠는데, 먼 은하일수록 더 붉은색이 된다는 것이다. 따라서 은하의 색이 원래보다 얼마나 더 붉어졌는지 즉, 흡수선이 어느 위치에서 나타나는지 측정하면 그 은하까지의 거리를 알 수 있게 된다.

먼 은하일수록 더 붉은색을 띠게 된다면 거의 우주 끝에 위치한 은하는 눈으로 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 붉어져 적외선 혹은 전파로나 볼 수 있다. 이것은 정말 다행한 일이다. 왜냐하면 은하와 은하 사이는 진공이 아니라 아주 적은 양이지만 기체와 먼지들이 있어 빛의 진행을 방해하는데 파장이 긴 빛은 짧은 빛에 비해 방해를 덜 받기 때문이다. 덕분에 우리는 137억년 전에 일어난 빅뱅의 흔적과 우주의 끝에 있는, 우주에서 처음 생성된 은하까지도 볼 수 있는 것이다.

김호일 한국천문연구원 광학천문본부장