밤하늘이 별의 빛으로 가득 차지 않는 이유

밤하늘을 올려다 보면 어둠 속에서 별이 반짝하고 있는 것이 보이지만 우주에는 밝게 빛나는 별과 은하가 무수히 존재하는 것을 감안할 때, 밤하늘은 별의 빛으로 인해 낮처럼 밝아도 이상하지 않을 것입니다. 이 의문에 대한 답을 과학뉴스 미디어 Live Science가 정리했습니다.

Why does outer space look black? | Live Science
https://www.livescience.com/why-does-space-look-black.html

Why does outer space look black?

'하늘은 눈부신 빛으로 덮여있을 것'이라는 의문은 천문학자와 물리학자들 사이에서는 '올베르스의 역설'로 알려져 있습니다. 캘리포니아대학 산타크루즈캠퍼스(UCSC)에서 천체물리학을 연구하는 Tenley Hutchinson-Smith 씨에 따르면, 이 역설은 우주의 팽창으로 설명이 된다는 것.

Hutchinson-Smith 씨는 Live Science와의 인터뷰에서 "우리가 존재하는 우주는 빛보다 빠르게 팽창하고 있으므로 너무 멀리 있는 은하의 빛은 파장이 늘어져, 우리의 눈에 보이지 않는 적외선과 마이크로파 등의 전파로 바뀌었을 수 있습니다. 즉 멀리 있는 별빛은 사람의 눈으로 볼 수 없어서 우주는 어둡게 보인다는 것"이라고 설명합니다.

Hutchinson-Smith 씨의 설명이 사실이라면 우주는 보이지 않는 빛으로 채워져 있는 것이 됩니다만, 실제로 그 빛은 빅뱅의 잔광이라고도 불리는 우주 마이크로파 배경복사로 관측되고 있습니다.

UCSC의 미란다 아브헬 씨는 우주 마이크로파 배경복사에 대해 "별은 모든 빛을 발산하고 있으며, 여기에는 자외선이나 적외선처럼 인간에게는 보이지 않는 빛도 포함되어 있습니다. 그래서 만약 인간이 마이크로파를 볼 수 있다면 우주 전체가 눈부시게 빛나는 것처럼 보일 것"이라고 말합니다.

우주가 어두워 보이는 또 다른 이유는 우주에는 지구 대기와 같은 물질이 없다는 점입니다. 예를 들어 지구의 하늘이 파랗게 보이는 이유는 대기를 구성하는 질소나 산소 등의 분자가 태양광에 포함된 파란색과 보라색 빛을 모든 방향으로 산란시키고 있기 때문입니다. 이 현상을 레일리 산란이라고 합니다.

그러나 진공에서의 빛은 발생원으로부터 관찰자까지 일직선으로 도착합니다. 우주공간에는 성간가스 입자 등이 있으므로 엄밀하게는 진공이 아니지만, 빛을 산란시키는 물질이 거의 없기 때문에 지구의 하늘을 밝게 하는 것과 같은 현상도 발생하지 않아 어두워 보이는 것입니다.

또 최근의 연구에서는 우주는 지금까지 과학자들이 생각했던 것만큼 어둡지 않을 가능성도 나타나고 있습니다. 미국국립광학천문대의 토드 라우아 씨 관측팀이 2021년 4월에 발표한 논문에 따르면, 우주탐사선이 관측한 데이터에서 알려진 별과 은하의 빛 등을 제거해 '우주의 배경'을 촬영한 결과, 예상보다 2배 밝은 것으로 나타났다는 것. 우주가 예상보다 밝았던 이유는 불명확해 향후 연구해야 할 과제로 남아 있습니다.

이에 Live Science는 "우주는 '칠흑'이라기보다는 '다크 그레이'일지도 모른다"고 추측합니다.