천문학과 중력

오늘은 중력에 관한 이야기를 다뤄보도록 하겠습니다.
중력 (gravity)은 질량을 가진 두 물체 사이에서 작용하는 힘을 말합니다.

 수없이 알려진 자연세계애서 네 가지 힘 중 가장 약하고 유일하게 인력만이 작용하는 힘
이힘을 뉴턴의 만유인력의 범칙이라고 합니다. 뉴턴이 제시한 중력이론에 의하면
질량을 가지는 두 물체 간의 거리와 두 물체간 사이에 작용하는 중력의 세기에 대한 내용은
질량으로부터 거리만큼 떨어진 질량에 의한 인력으로 인하여 나타나는 가속도는 두 물체 사이에 작용하는 힘을 제곱미터 나누어 주면 된다, 지구의 질량을 지구의 반경으로 바꾸게되면 가속도는 지구의 인력에 의한 중력이 된다.
현대 물리학에서 말하는 중력은 아인슈타인의 상대론을 통하여 서술되며 이것은 즉 관성 질량과 중력 질량이 같다는 관찰 등가원리 출발하고 일반상대론에서는 중력을 시공의 곡률로 인한 현상으로 간주한다. 약한 중력장의 경우  일반상대론은 뉴턴의 중력 이론으로 적극적으로 수렴을 한다.

양자 중력을 관하여
양자중력은 모든 힘을 어떠한 매개하는 입자(보존)로 설명되고 중력은 스핀이 2인 입자인 중력자가 매개하게 된다. 중력자의 스핀은 항상 짝수이기 때문에 중력은 인력만 존재하고, . 중력자는 질량을 가지고 있지 않고 중력이 미치는영향은 거리가 무한하다. 하지만 일반상대론을 양자화하여 얻어지는 이론은 재규격화할 수는 없고 단지 효과적 장론(effective field theory)으로서의 가치를 가진다.

중력과 천문학
뉴턴의 중력 법칙으로 인하여 적용은 우리 태양계 내의 행성에 관한 더 세밀하고 디테일한 정보들을 습득하게 되었고 태양의 질량이나 퀘이사의 정보 다른방면에서는 암흑물질의 존재 또한 뉴턴의 중력법칙을 통해 알려지게 된다는 것이다.  하지만 우리모두에게 행성들이나 태양에 직접 경험하면서  탐사해보지는 않았지만 우리는 그 질량들을 추측하고 알아낼수있다는 증거 이 질량들은 측정된 궤도의 특징에 뉴턴의 중력법칙이 적용되고있어  얻어지는 것이다. 우주에서 물체가
자신의 궤도를 유지하는 이유는 중력의 작용에 의해 자신의 궤도를 유지한다. 행성주위에는 항성을 돌고있고 항성주위에는 은하계의 중심을 돌아가고 있다. 은하는 성단의 질량중심을 돌고, 성단은 초은하단으로 회전을 하게 된다. 다른 물체에 의해 한 물체에 적용되는 중력은 서로간의 두 물체의 질량의 곱에 정비례하고 있고  둘 사이의 거리의 제곱에 반비례한다.

중력파는 질량을 가진 물체에 의해 가속운동을 하면서 생겨지는 중력 변화에 의해 시공간속을 전파해 가는 시공간의 잔물결(spacetime ripple)을 의미한다. 아인슈타인이 1916년 자신의 일반상대성이론으로 부터 파동방정식을 고안하고 중력파가 있다는 것을  예측하였다 아인슈타인의 일반상대성이론에서 중력파는 시공간에서 곡률로 변화되는 과정 속 상황에서 생긴다. 예를들어 말하자면 같은 궤도를 도는 물체를 보면 알수있다.
태양계에 의한 중력파는 너무 작기 때문에 축정하기가 매우 어렵다지만 중력파는 쌍성펄서계의 시간의 흐름에 따라서 따른 에너지 손실이 보여주다시피 간접적으로나마 관찰이 되고 있다. 중성자별이 합쳐지는것이나 블랙홀의 형성이 측정가능한 양의 중력파가 생겨진다는것이 믿어지고 있다. 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO) 같은 중력파 관측소는 이러한 문제점들을 조사와 연구를 위해서 설립되었고 2016년 2월 12일 13억광년 떨어진 두 개의 블랙홀이 충돌하면서 발생한 중력파 태양 질량의 3배가되는것도  관측 되었다.
2012년도 중력의 속도를 측정하는 계기가 있었는데 아시아의 한 연구팀에 의해서 보름달과 초승달이 뜨는 시기동안을 중력 속도와 빛의 속도가  서로 일치하다는 것을 증명해주는 것처럼 보이는 지각 조석의 위상지연을 측정했다고 발표가 나왔다. 이결과는 즉 만약 태양이 갑자기 사라진다면, 지구는 8분 동안 궤도를 선회할 것이고 빛 또한 8분 동안 지구가 궤도를 움직인 거리만큼 이동하게 될것이다. 라는결과를 예측할수있었던 것이다. 
다른 항성과 행성들 중에 태양계에서 공정속도가 수성이 가장 빠르게 회전을 하고 해왕성이 가장 느린것처럼 움직이는것처럼 보이지만 일반적으로 중심에 가까울수록 공전속도가 빠르다. 하지만 은하계 전체를 놓고 별을 관측해보면 변두리에 있는 행성주위 별들이 공전속도가 중심에 가까이 있는 별들과 같거나 심지어 더 빠른 관찰되는 결과를 나타내고 있다. 이는 은하군계 내부에 존재하고 있는 다른 은하들도 모두 비슷한 모습을 보여주고 있으며. 이같은 현상이 나타나는 이유에 대해서는 암흑 물질의 분포차이로 인한 중력의 차이라고 설명되고 있다.