X선 별

X선별, 항성명으로 뢴트겐선별이라고도 합니다. 태양 주위의 기체 피복층 코로나의 온도는 대략 200만 도에 달합니다. 그 중 빠른 전자와 원자핵이 충돌하기 때문에 전자가 막히기도 하고 가속하기도 합니다. 이로부터 X선이 발생합니다. 코로나는 X선을 우주로 발산합니다. 사람들은 위성을 이용하여 그것을 촬영할 수 있습니다.


X선은 자외선과 감마선 사이에 파장이 있는 전자기 복사 X-선은 파장이 매우 짧은 전자기 복사의 일종으로 파장은 0.01~10nm입니다. 독일의 물리학자 W.K. 뢴트겐에 의해 1895년에 발견되었기 때문에 뢴트겐선이라고도 합니다. 뢴트겐 선은 높은 투과본령을 가지고 있어, 많은 쌍을 투과할 수 있습니다. 빛을 보고 불투명한 물질은, 예를 들어 잉크종이, 목재 등 눈에 보이지 않는 이런 종류의 선은 많은 고체 물질로 하여금 가시적인 형광을 발생시켜 사진 밑면의 감광 및 공기 이온화 등의 효과를 발생시킬 수 있습니다. 파장이 짧은 X선 에너지일수록 더 큰 것을 하드 X선이라고 합니다. 파장이 긴 X선 에너지가 낮은 것을 소프트 X선이라고 합니다. 파장이 0.1 이하인 것을 초강경 X선이라고 합니다. 0.1 ~1 范围 범위에서는 경 X선이라고 합니다. 1~10 범위에서는 연 X선이라고 합니다.

 

X선의 발견

독일 뷔르츠부르크대 총장 겸 물리연구소장인 뢴트겐 교수(18451923)는 그가 음극선 연구를 하던 중 엑스레이를 발견했습니다.
1895년 11월 8일 저녁, 그는 음극선을 연구했습니다. 외부광선이 방전관에 미치는 영향을 막기 위해 관내의 가시광선이 관 밖으로 새어나가지 않도록 방을 전부 검게 하고, 방전관에 검정색 딱딱한 종이를 씌워 봉투를 만들었습니다. 커버의 빛이 새지 않는지 검사하기 위해, 그는 방전관에 전원을 연결합니다.(주코프 코일의 전기 극), 그는 봉투를 보았고 빛이 새서 만족합니다. 그러나 그가 전원을 차단하자 뜻밖에도 1미터 떨어진 작은 작업대에서 섬광이 번쩍이는 것을 발견했습니다. 섬광은 형광 스크린에서 나온 것입니다. 그러나 공기 중에서 몇 센티미터밖에 할 수 없다는 것은 남과 그의 실험에서 이미 입증된 결론입니다. 그래서 아까의 실험을 다시 반복해서 화면을 한 걸음씩 멀리 옮겼습니다. 2미터 밖까지 여전히 화면에 형광빛이 비치는 것을 볼 수 있습니다.

뢴트겐은 이것이 음극선이 아니라고 생각합니다. 뢴트겐은 실험을 거듭한 끝에 아직 알려지지 않은 새로운 방사선이라고 확신하고 X선이라는 이름을 붙였습니다. 그는 엑스레이가 1000쪽짜리 책, 2~3㎝ 두께의 널빤지, 몇㎝ 두께의 딱딱한 고무줄, 15㎜ 두께의 알루미늄 판 등을 뚫을 수 있다는 사실을 발견했습니다. 근데 1.5mm짜리 연판이 거의 다 X선이 막혔습니다. 우연히 발사가 된 현재 X선은 근육을 뚫고 손뼈의 윤곽을 비출 수 있습니다. 그래서 한 번은 그의 부인이 실험실로 그를 보러 왔을 때, 그는 그녀에게 검은 종이로 싸인 사진 원판에 손을 올려달라고 부탁한 후, X선을 15분 동안 비추었습니다. 현상 후 원판에는 그의 부인의 손뼈상이 선명하게 나타났고, 손가락에는 결혼 반지도 잘 보입니다. 이것은 역사적으로 의의가 있는 사진으로, 인류가 X선을 이용하여 살가죽을 사이에 두고 뼈를 투시할 수 있음을 나타냅니다. 
1895년 12월 28일 뢴트겐은 뷔르츠부르크 물리의학회에 첫 번째 X-선 논문인 "새로운 선의 일종-예비보고서"를 제출했습니다. 보고서에는 실험의 장치, 방법, 초보적으로 발견된 X-선의 성질 등이 서술되어 있습니다. X선의 발견은 또 빠르게 새로운 발견인 방사성 발견을 가져왔습니다.

 

우주선의 징후는 처음 유리실로 방사능을 관측할 때부터 눈에 띄었는데, 처음에는 검전기기의 잔존 누전이 공기나 흙먼지에 포함된 방사성 물질 때문이라고 생각했습니다.
1903년 러더포드와 쿡은 모든 방사원을 조심스럽게 옮기면 검전기에서 1㎥당 10쌍 정도의 이온이 계속 발생한다는 사실을 발견했습니다.그들은 철과 납으로 검전기기를 완전히 가두어 이온의 발생을 거의 10분의 3으로 줄일 수 있습니다. 그들이 논문에서 구상하는 것은, 아마 어떤 것이 있을 것입니다. 관속력이 매우 강하여 감마와 유사합니다. 방사선 피폭은 외부로부터 검전기기로 입사하여 2차 방사성을 분출합니다.

라이트, 울프 등 물리학자들이 여러 가지 방법을 동원해서 실험을 해봤습니다. 당시 알려진 방사성보다 훨씬 큰 투과력을 갖고 있다는 사실이 밝혀져 지구 바깥에서 나왔을 가능성이 제기되는 것은 우주선의 최초 징후입니다.
오스트리아의 물리학자 헤스는 풍선을 타고 날아다니는 아마추어입니다. 밀폐된 전리실을 풍선 밑에 매달아 놓는 장치로, 전리실의 벽 두께는 대기압의 압차에도 견딜 수 있도록 설계됐습니다. 그는 풍선을 타고 고압 전리실을 고공으로 가져가 정전기계의 지시를 온도 보상을 거쳐 그대로 기록했습니다. 정찰 풍선은 한 마리 한 마리씩 다 담습니다. 동시에 작업할 수 있는 전리실 2~3대를 실었습니다.

1911년, 첫 번째 풍선이 1070m 높이까지 올라갔습니다. 그 고도 이하에서는 해수면과 비슷한 수준의 방사선을 보였습니다. 이듬해 그가 탄 풍선은 5350m에 달했습니다. 그는 지상 700m를 빠져나올 때 전리도가 다소 떨어졌고(지상 방사능이 줄어든 배경), 800m 이상이 약간 늘어난 것 같다는 사실을 발견했습니다. 그리고 풍선이 올라가면서 전리는 계속 증가합니다. 1400~2500m 사이는 분명히 해수면 값을 넘습니다. 해발 5000m 상공에서 지상의 9배에 달하는 방사능 강도를 자랑합니다. 낮과 밤 사이 측정 결과가 같았기 때문에 헤스는 이 방사선이 태양이 아니라 우주공간에서 나온 것이라고 단정했습니다.

헤스는 "아직까지 알려지지 않은 이런 것들이 주로 고공에서 발견된다… 우주에서 나오는 투과방사선일 수 있다"는 새로운 가설을 제시해야 한다고 주장했습니다. 1912년 헤스는 '7개의 자유풍선 비행에서의 관통방사선'이라는 논문을 '물리학 저널'에 발표했습니다.
1914년 독일의 물리학자 콜호르스트는 풍선을 9300m까지 띄웠는데, 유리전류가 해수면보다 무려 50배나 더 큰 것으로 헤스의 판단을 확증했습니다.

헤스의 발견은 많은 사람들의 관심을 끌었고, 그때부터 과학계에서는 우주선의 여러 효과와 기원 문제에 대해 광범위한 연구가 이루어졌습니다.처음에는 '헤스 방사선'이라고 불리다가 '우주선'이라고 공식 명명됐습니다. 당시 많은 물리학자들은 헤스의 측량을 의심하고, 이런 종류의 대기 전기를 생각했습니다. 이작용은 우주에서 오는 것이 아닙니다. 지구의 물리적 현상, 예를 들어 지각을 구성하는 어떤 물질에서 나오는 방사능에 기인합니다. 21세기에는 우주선을 우주공간에서 온 고에너지 입자류의 총칭으로 생각했습니다.

현대 물리학 발전사에서 우주선의 연구는 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 많은 새로운 입자들은 우주선에서 먼저 발견됩니다. 최근 50여 년의 우주선 연구는 큰 성과를 거두었습니다. 사람들은 우주선과 입자물리, 천체물리를 분리할 수 없다는 것을 점점 더 인식하게 되었습니다.  우주선 연구는 이미 우주의 기원을 탐구하는 것이 되었습니다. 발전 역사, 천체 진화입니다공간환경 등 과학의 수수께끼의 매우 중요한 경로입니다. 과학기술이 발전함에 따라 우주선 연구의 수단은 갈수록 진보하고 범위는 갈수록 넓어집니다. 인류가 가능한 한 빨리 우주선의 베일을 벗을 수 있기를 기대합니다.

 

X선 별 소개

이 장에서 다루려는 항성들은 태양처럼 육안으로 관찰할 수 있는 파장 위주의 에너지를 내는 것이 아닙니다. 우리의 감각기관은 이 별들의 복사에 대해 전혀 관찰하지 못했는데, 1895년에 이르러서야 비로소 이러한 복사의 존재를 알게 되었습니다.
우주공간에서 뢴트겐선이 나오거나 X선이라고 하는 것은 좀 이상해 보입니다. 의료 부문에 가서 체격 검사를 하면 얼마나 복잡한 기술 장치가 있어야 이런 방사선이 나올 수 있는지 볼 수 있습니다. 그러면 우주 공간의 엑스레이는 어떻게 나왔을까요? 원리적으로 보면, 작용하는 것은 같은 과정입니다. 의료장치 중 고속으로 인해전자가 갑자기 막혀서 이런 방사선이 발생합니다. 자연계에서, 어떤 풍선이 백만 도계의 고온으로 가열될 때, 그 전자는 고속으로 움직입니다. 어떤 전자가 인근 원자핵의 범위에 들어가 그 움직임이 원전 현장에서 막히거나 편향되면 X선 튜브 안에서와 같은 방사선이 발생합니다.

태양 주변의 가스피복 코로나의 온도는 대략 200만 도에 달합니다. 이 중 빠른 전자와 원자핵이 충돌해 전자가 막히기도 하고 가속하기도 합니다. 이 때문에 X선이 발생했는데 코로나19가 X선을 우주로 보내면 사람들은 위성을 이용해 이를 촬영할 수 있었습니다. 우리 태양처럼 하나라도평범한 별도 알려줄 수 있습니다. 우리에게 말하자면, 우주 공간에서는 확실히 X선을 발생시킬 수 있습니다. 그러나 태양의 에너지는 단지 대수롭지 않은 부분만 X-선 형태로 발사됩니다. 그러나 X-선 별은 하늘의 점원이며 그 방사선의 주요 부분은 X-선 파장 영역에 있습니다. 비록 사람들이 그것들을 알게 된 연대는 아직 얼마 되지 않았지만, 우리는 이로부터 많은 지식을 배워서 그것들을 감동적인 천체로 만들었습니다.

우후루 위성 이야기
우주공간에서 온 엑스레이는 지구의 대기를 뚫지 못하고 최상층 공기에 흡수됐습니다. 그래서 사람들이 지구 대기 고층에 원격 망원경을 풍선으로 보내거나 로켓으로 외공을 쏘아 올릴 수 있을 때 비로소 X선 천문학이 탄생했습니다. 태양을 위주로 코로나 X선을 관측하는 초기 관측 단계를 거쳤습니다. 그들은 곧 다시 탐문을 하기 시작했습니다. 우주에서 다른 방향의 X선입니다. 이렇게 해서 현대 천체물리학의 새로운 장이 열렸습니다.

당대 과학, 특히 실험과학, 개인이 위업을 이룩하는 시대는 끝났습니다. 학자들은 연구팀을 결성하여 각지로 달려가 토론회에 참가하였는데, 지혜를 모을 뿐만 아니라 스스로 다듬어 협력자의 견해를 융합해야 합니다. 이렇게 한 편의 논문이 발표되었는데, 그중에서도 연구 결과만 보이므로, 독자들은 성과가 어떻게 얻어지는지 알기 어렵습니다.

X-선 별의 발견사에 대하여 여기서 이야기할 것은 단지 X-선 천문학의 발전 과정 중에서 몇 가지 사건들과 많은 물리학자, 천문학자, 엔지니어들 중 몇몇 대표 인물들뿐입니다. 참고로 언급할 것은 또 하나의 회사입니다. 세계 각지의 민항 비행장은, 거의 모두 복잡한 장치를 사용하여 약한 X선을 발생시킵니다. 여행객의 짐을 검사합니다.북아메리카에서 이런 설비의 주요 제조사는 AS&E회사로 미국 과학 및 공학 연구회사입니다. 이 회사는 1958년 마틴 앤니스(MartinAnnis)가 설립했으며, 원래 주요 구성원은 일부 과학자였습니다. 이 회사는 일찍이 미국의 가장 유명한 공대 중 하나인 MIT인 MIT와 긴밀하게 협력해 핵무기 개발에 종사했습니다. 첫 엑스레이 위성이 나온 것은 바로 AS&E사 덕분입니다.

이탈리아인 리카르도 가르코니는 풀브라이트 장학금을 받고 1956년 미국으로 건너왔습니다. 그는 이전에 물리연구에 종사하여 우주선 측정에 능숙했습니다. 1954년 밀라노에서 박사학위를 받고 미국으로 건너간 뒤 그는 먼저 있었습니다. 블루밍턴 인디애나 대학교학, 후에 또 프린스턴에서 같은 종류의 일에 종사했습니다. 한 동료가 AS&E사에 가보라고 권유해 당시 27명이던 이 회사의 마틴 애니스 회장을 만났습니다. 그는 1959년 9월 미국 과학·엔지니어링 회사 생활을 시작했습니다. 곧 안니스는 그를 브루노 로시에게 소개했습니다. 제2차 세계대전 전부터 미국으로 이주한 로시 물리학자는 MIT에서 근무하다 시카고에서 세계 최초의 원자로를 만든 대과학자 엔리코 페르미(EnricoFermi)와 공동 연구를 했는데, 당시 MIT에서 겸직하는 것 외에 미국 과학 및 엔지니어링 연구회사의 자문팀 주임으로 일했습니다. 
유명한 로시 씨를 처음 만난 것에 대해 가코니는 나중에 "브루노 로시가 집에서 저와 이야기하면서 그는 어떤 다른 공간 프로젝트 외에도 다양한 천체의 엑스레이를 연구하는 것이 특히 숙제라고 생각했습니다. 비록 이 방면은 공백이지만, 그는 완전히 새로운 영도에 대해 믿습니다. 도메인 탐색하면 얻을 수 있을 것 같습니다.