적외선 X선 가시광선

1. 서로 다른 빛, 서로 다른 눈: 적외선, X선, 가시광선의 차이

 

우리가 볼 수 있는 빛(가시광선) 외에도, 세상에는 다양한 종류의 빛이 존재합니다. 그중에서도 적외선과 X선은 우리 눈으로 볼 수 없는 빛이지만, 과학자들은 특별한 망원경과 장비를 이용해 이를 관측합니다. 하지만 이 세 가지 빛은 성질이 다르고, 관측 방법도 달라집니다. 그렇다면 무엇이 다를까요? 빛은 기본적으로 파장(길이)과 에너지에 따라 분류됩니다. 파장은 빛의 길이를 나타내는 말로 물결을 생각하면, 한 꼭대기에서 다음 꼭대기까지의 거리가 파장입니다. 에너지는 빛의 세기를 의미하며, 파장이 짧을수록 에너지가 큽니다. 가시광선은 우리가 일상적으로 보는 빛으로, 무지개 색(빨주노초파남보)으로 나뉩니다. 적외선은 가시광선보다 파장이 길고, 열을 전달하는 성질이 있습니다. 우리가 따뜻한 물체를 만졌을 때 느끼는 열도 사실 적외선 덕분입니다. 반면 X선은 가시광선보다 훨씬 짧은 파장을 가지고 있으며, 에너지가 매우 강해서 우리 몸을 투과할 수도 있습니다. 쉽게말해 가시광선이 농구공처럼 부드럽게 튕겨 나온다면, X선은 총알처럼 빠르고 강력하게 관통할 수 있습니다.  덕분에 병원에서 X선을 이용한 엑스레이(X-ray) 촬영이 가능해집니다. X선이 통과한 부분(살, 근육)은 검게 나타납니다. 하지만X선이 막힌 부분(뼈)은 흰색으로 보입니다.

2. 적외선 관측: 보이지 않는 열을 보는 눈

적외선은 우리가 직접 볼 수는 없지만, 따뜻한 물체에서 많이 방출됩니다. 예를 들어, 밤에도 동물을 볼 수 있는 열화상 카메라가 있는데, 이것이 바로 적외선 카메라입니다. 이처럼 적외선은 눈에 보이지 않지만, 온도에 따라 강하게 방출되기 때문에 이를 감지하는 장비를 사용하면 숨겨진 정보를 찾을 수 있습니다. 천문학에서도 적외선 관측은 매우 중요한 역할을 합니다. 특히 먼 우주를 관측할 때 적외선 망원경을 사용하면 먼지에 가려진 성운이나 은하를 볼 수 있습니다. 왜냐하면 가시광선은 우주 먼지에 의해 쉽게 산란되지만, 적외선은 먼지를 통과할 수 있기 때문입니다. 대표적인 적외선 우주망원경으로는 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 있습니다. 이 망원경은 가시광선보다 더 깊은 우주를 볼 수 있어, 초기 우주의 은하를 연구하는 데 활용됩니다.  또한, 적외선은 행성 탐사에도 유용합니다. 예를 들어, 외계 행성을 연구할 때 적외선 망원경을 사용하면 그 행성의 대기에 어떤 기체가 있는지 알 수 있습니다. 이는 외계 생명체를 찾는 중요한 단서가 됩니다. 즉, 적외선 관측은 뜨거운 천체나 먼지 속에 숨겨진 우주 구조를 연구하는 데 유용합니다. 가시광선으로는 보이지 않는 정보들을 적외선 덕분에 알아낼 수 있는 것이죠.

3.  X선 관측: 강력한 에너지를 보는 눈

앞서 이야기한 바와 같이 X선은 우리가 병원에서 X-ray 촬영을 할 때 사용하는 빛으로, 우리 몸속을 투과할 정도로 에너지가 강합니다. 그런데 우주에서도 이런 강한 X선을 방출하는 천체들이 있습니다. 대표적인 예로 블랙홀, 중성자별, 초신성 폭발 등이 있습니다. X선을 방출하는 천체들은 보통 매우 뜨겁거나 극단적인 환경에 놓여 있습니다. 예를 들어, 블랙홀 주변에서는 물질이 엄청난 속도로 빨려 들어가면서 마찰에 의해 매우 뜨거워지고 X선을 방출합니다. 이런 이유로 천문학자들은 X선 망원경을 사용하여 블랙홀의 존재를 확인합니다.  하지만 X선은 지구 대기에 의해 대부분 흡수되기 때문에, X선을 관측하려면 지구 밖, 즉 우주에서 관측해야 합니다. 그래서 X선 망원경들은 대부분 인공위성에 실려 우주로 보내집니다. 대표적인 X선 우주망원경으로는 찬드라 X선 관측소(Chandra X-ray Observatory)와 XMM-뉴턴(XMM-Newton)이 있습니다. X선 관측 덕분에 우리는 블랙홀과 같은 극단적인 천체들의 성질을 연구할 수 있습니다. 또한, 초신성 폭발 후 남겨진 흔적인 초신성 잔해도 X선으로 잘 보이기 때문에, 별의 죽음과 그 이후의 과정도 연구할 수 있습니다. 즉, X선 관측은 강한 에너지를 가진 천체들을 연구하는 데 매우 중요한 도구입니다. 가시광선이나 적외선으로는 볼 수 없는 우주의 극단적인 현상을 이해하는 데 필수적입니다.

 

정리하면, 적외선, 가시광선, X선은 각각 다른 성질을 가지고 있으며, 이를 이용해 우주의 다양한 모습을 관측할 수 있습니다. 적외선 관측은 따뜻한 천체나 먼지에 가려진 구조를 연구하는 데 유용하고, 가시광선 관측은 우리가 눈으로 볼 수 있는 범위의 빛을 이용해 별, 은하 등을 관측하는데 유용하며 X선 관측은 에너지가 매우 강한 천체(블랙홀, 초신성, 중성자별 등)를 연구하는 데 필수적이라고 할 수 있습니다. 이처럼 빛의 종류마다 관측할 수 있는 천체가 다르고, 연구할 수 있는 정보도 다릅니다. 그래서 천문학자들은 다양한 파장의 망원경을 사용하여 우주를 더 깊이 이해하고 있습니다.