프라운호퍼-선의 발견 이후, 분광학을 통해 별의 화학적, 물리적 성질에 관해 많은 양의 정보를 알 수 있게 됐습니다. 분광학 기술 덕분에 천문학자들은 별, 행성, 은하 그리고 성운의 화학 성분을 분석할 수 있게 됐습니다. 게다가 원자는 빛과 상호작용하면서, 다른 물리적 과정들을 추적할 수 있도록 하는 흔적들을 남깁니다. 분광학 덕분에 우리는 별의 비밀을 알아낼 수 있었습니다.
분광학을 통한 흡수선과 방출선들에 대한 설명
프라운호퍼의 흡수선이 실험실에서 만들 수 있는 방출선과 일치한다는 사실의 발견은 태양 대기에 대한 화학적 분석을 위한 길을 닦았습니다. 키르히호프와 그의 동료인 로베르트 분젠은 다양한 원소들의 방출선에 대한 조사를 계속했고, 1868년 스웨덴의 물리학자 안데르스 옹스트룀은 태양의 스펙트럼 사진에 근거한 태양 대기 분석 결과를 발표했습니다. 바로 그해, 프랑스의 천문학자 쥘장센과 영국의 노먼 로키어는 일식 때 태양 스펙트럼을 관측했고, 그때가지 알려지지 않은 원소로부터 나오는 방출선을 확인했는데, 이 원소에는 곧 헬륨이라는 이름이 붙여졌습니다. 헬륨은 우주에서 두 번째로 많은 양을 차지하는 원소입니다.
한편, 1861년 영국의 아마추어 천문학자이자 천체 사진술의 선구자인 윌리엄 허긴스는 긴 노출을 이용해서 훨씬 어둡고 멀리 있는 천체들에 대한 분광학 연구를 시작했는데, 이로부터 다른 별들이 태양과 유사한 화학 성분을 갖고 있다는 것을 처음으로 보여주었습니다. 1864년 그는 자신의 분광기로 용자리의 고양이 눈 성운을 관측했고, 그 빛이 어두운 흡수선을 갖는 일반적인 '연속' 스펙트럼이 아니라 몇 개의 밝은 방출선만 있다는 것을 알게 되었습니다. 이로부터 허긴스는 고양이 눈 성운이 불타고 있는 가스 구름이라고 결론 내렸고, 천문학자들은 곧 하늘에서 많은 '방출 성운'들을 발견했습니다. 그러나 모든 성운들이 다 이런 것은 아니었습니다. 다른 많은 성운들은 희미한 흡수선들로 연속 스펙트럼을 띤 형태였습니다. 이런 천체들 중 대부분이 나선 구조를 보였는데, 이들은 완전히 다른 것으로 밝혀지게 됩니다.
별들의 비밀
분광학이 다양한 천체들의 화학적 성질을 발견하는 유용한 도구인 것처럼, 그것을 이용해서 천문학자들은 천체들의 다른 성질들 역시 발견할 수 있습니다. 스펙트럼선들은 강한 자기장과 같은 현상들에 의해 영향을 받을 수 있으며(제만 효과), 스펙트럼선들을 만들어 내는 물질들의 온도에 의해서도 영향을 받을 수 있습니다. 그러나 분광학의 가장 유용한 역할은 스펙트럼선이 별빛의 도플러 편이 현상을 분석하는 열쇠를 제공한다는 것입니다. 만약 원래 있어야 할 위치에서 이동한 스펙트럼선들의 위치를 정확히 확인할 수 있는 능력이 없었다면, 지구에 가까워지거나 지구로부터 멀어지는 천체에서 오는 빛의 파장이 이동하는 현상인 도플러 효과는 측정될 수 없었을 것입니다.
허긴스는 이 기술을 성공적으로 적용해 1868년 시리우스의 움직임을 측정했습니다. 그 후 우리는 분광학 덕분에 별과 다른 천체들의 우주 공간에서의 움직임을 측정할 수 있었고, 분광쌍성과 같은 천체들을 찾아낼 수 있었으며, 우리 은하와 다른 은하들의 회전을 측정할 수 있었고, 궁극적으로 우주 자체의 팽창도 발견할 수 있었습니다.
