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 운영자 2008-01-03 20:51:09 | 조회 : 3906
제      목  성간화학(W.W. ejffl, D.A. 윌리암스 지음, 민영기 옮김) 1999-10-10
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성간화학  =>"본문보기&구매하기"
저자 : Duley,W.W. & Williams,D.A.
옮긴이 : 민영기
ISBN : 89-88791-15-0
양장 1999-10-10
368 페이지 22,000원


▶저자/옮긴이 소개

저자

W.W.덜리
캐나다 요크대학교 물리학과 교수

D.A.윌리엄스
영국 맨체스터 과학기술대학 수학과 교수  


역자

민영기
서울대학교 물리학과 졸업  
미국 런슬리어 공대 대학원 Ph.D.(전파처문학 전공)
독일 막스 플랑크 전파천문학연구소 연구원
초대 국립천문대장
현재 경희대학교 우주과학과 교수
저서 우주에서 퀘이사까지 등 다수

                                                                                          
▶책의 내용

지상에서 일어나는 여러 가지 화학반응이 우주 공간에서도 똑같이 일어나고 있다. 특히 별과 별 사이의 우주 공간은 화학 실험실을 방불케 한다. 성간화학은 성간에서 일어나는 화학반응을 연구하고 반응의 모델을 세우는 학문으로 비교적 짧은 역사를 가지고 있는 분야이다.
그러나 성간화학은 최근 천문학에서 중요하고 흥미로운 분야로 발전했다. 성간분자의 스펙트럼선 관측으로 별의 탄생 과정을 비롯해서 성간운(星間雲)의 분포와 운동, 그리고 원소의 함량비 등 성간의 여러 가지 물리화학적 성질이 규명되고 있다. 또한 우리 은하계의 크고 작은 구조를 알아내는 중요한 수단도 되고 있다. 외부 은하계에서도 여러 종류의 성간 분자들이 발견되어 은하의 형성과 진화 등 은하에 관한 여러 성질이 알려지고 있으며 이로부터 우주의 탄생과 진화의 비밀도 점차 벗겨지고 있다. 이 책은 우주에서 일어나는 이러한 모든 화학과정을 상세하게 기술하고 있다. 이 책은 아주 전문적인 지식이 없이도 성간 화학이 어떤 학문이며 여기서 다루는 문제가 어떤 것들인가를 쉽게 이해할 수 있도록 쓰여졌다. 대학 1학년 정도의 천문학, 수학, 물리학, 그리고 화학의 지식만 있으면 쉽게 이해하고 흥미를 가질 수 있을 것이다. 그 뿐 아니라 앞으로 이 분야를 전공하고자 하는 천문학자와 화학자들에게도 專攻을 본격적으로 시작하기 전 넓은 基礎 知識을 갖추는데 있어 必讀의 서적으로 간주된다


▶목차

1장. 서론
2장. 서론: 화학
3장. 가스 상태의 반응
4장. 성간 분자의 광물리학
5장. 먼지입자의 표면 화학
6장. 분자 수소의 문제
7장. 성간운의 화학 모델
8장. 특수 상황에서의 성간화학
9장. 성간 화학의 현재 상황과 미래의 전망


▶미리보기

옮긴이 해제

성간 화학은 성간 공간에서 일어나는 화학 반응을 연구하고 반응의 모델을 세우는 학문으로 비교적 최근에 탄생된 분야이다.
지난 30여 년에 걸쳐 100종 이상의 화학 분자가 전파 스펙트럼 선의 관측으로 성간 공간에서 발견되면서 이들의 화학적 성질을 규명하기 위해 성간 화학이 탄생되었다. 성간 화학이 새로운 학문으로 등장하기는 했으나 이것이 무엇을 다루는 학문인지, 또는 이 분야가 천문학과 화학 중 어느 쪽에 속하는지 등이 일반인에게는 물론, 관련 학자들에게조차 뚜렷하게 인식되지 못해 왔다. 이는 성간 화학이 천문학과 화학이 결합한 학제간(學際間)의 학문으로 천문학자와 화학자 모두에게 어느 정도 생소하게 느껴지는 학문 분야이기 때문이다.
그러나 성간 화학은 최근 천문학에서 중요하고도 흥미로운 하나의 분야로 발전했다. 성간 분자의 스펙트럼 선 관측으로 우리는 별의 탄생 과정을 비롯해 성간운(星間雲)의 분포와 운동, 그리고 원소의 함량비(含量比) 등 성간 공간의 여러 가지 물리 화학적 성질을 규명하고 있다. 또한 우리 은하계의 크고 작은 구조를 알아 내는 데 중요한 수단도 되고 있다. 외부 은하에서도 여러 종류의 성간 분자들이 발견되어 은하의 형성과 진화 등 은하에 관한 여러 가지 성질이 알려지고 있고, 이로부터 우주의 탄생과 진화까지도 연구되고 있다.
별과 별 사이 성간 공간에 화학 분자가 존재한다는 사실이 처음 알려진 것은 1937∼38년의 일이다. 당시 광학적으로 관측된 별의 스펙트럼에 성간 분자에 의해 생긴 것으로 추측되는 검은 흡수선들이 발견되었다. 이들 흡수선은 빛을 내는 별과 지구 사이의 성간 공간에 있는, 온도가 낮은 화학 분자들이 별의 스펙트럼 중 특정 파장을 흡수해 생긴 것이다. 이렇게 발견된 분자들은 CH, CH+, 그리고 CN의 세 종류이다. 그러나 그 때만 해도 성간 공간은 분자가 존재하기에는 환경이 적당하지 않아 그 곳에 많은 양의 분자가 존재하리라고는 아무도 생각하지 못했었다.

그래서 당시 발견된 분자들은 뜨거운 별 근처에서 별로부터 방출된 먼지의 표면이 증발해 생겨난 것으로 추정되었다. 증발로 인해 분출된 큰 분자들이 파괴되어 이원자(二原子) 분자가 생겼다는 것이다.
그러나 1964년 네번째의 성간 분자인 OH 분자가 발견되고 1968∼69년에 다원자(多原子) 분자인 NH3, H2CO, H2O가 속속 발견되면서 이러한 생각은 옳지 않음이 알려지게 되었다. 이들 분자는 광학 스펙트럼이 아니라 전파 스펙트럼을 통해 관측되었다. 분자의 전파선은 주로 분자의 회전 천이에 따라 방출되는 마이크로파(microwave)이다. 그 후 수신기와 검출기가 극적으로 개선되면서 새로운 분자가 속속 발견되어 현재까지 성간 공간에서 발견된 분자 수는 100여 종을 넘고 있으며 여러 가지 동위원소의 분자까지 포함하면 그 수는 이보다 훨씬 더 많은 것으로 알려졌다. 이러한 성간 분자의 상당수는 우리 주변에도 흔하다. 그러나 우리에게는 생소한 분자들도 처음으로 성간 공간에서 관측되기도 했다.
성간 화학이 주로 다루는 물질은 성간 분자로서, 성간 분자는 현대 천문학 연구에서 원자나 소립자에 못지않게 흥미롭고 중요한 위치로 발전해 가고 있다. 성간 분자는 가스와 먼지로 이루어진 성간운, 그들 중에서도 특히 H II 영역이라 불리는 밝은 성운과 먼지 입자들이 별빛을 가려 어둡게 보이는 암흑 성운 내에 다량으로 존재한다. 형성 과정에 있는 별이나 강한 적외선을 방출하는 적외선원(赤外線源)에서도 분자가 발견되고 있다.
분자는 또한 우리 은하계 밖, 즉 외부 은하에서도 관측된다. 분자를 포함하고 있는 분자운은 태양의 100만 배 질량을 가진 거대 분자운(GMC)과 같이 큰 것에서부터 태양 정도의 질량을 가지고 붕괴하여 별을 형성하는 별 형성의 영역까지 다양한 크기를 보이고 있다. 그래서 분자 스펙트럼 선의 관측은 크고 작은 규모의 우리 은하계 내의 구조와 별의 형성 과정을 알아 내는 데 주요한 수단으로 등장하고 있다.
여러 다른 종류의 분자에서 일어나는 여러 다른 종류의 천이로부터 우리는 성간운 내 물질의 밀도, 온도, 운동, 그리고 복사장에 관한 정보를 얻을 수 있다. 이처럼 밀도가 높은 성운에서는 별의 형성이 일어나고 있는 것으로 짐작되고 있다. 그래서 분자의 연구는 별의 형성과정에서의 의문에 대한 해답을 제공하고 있기도 하다. 몇 개의 분자에서 방출되는 메이저 복사와 열적 복사는 여러 별의 진화에서 만기의 단계를 알아 내는 데 큰 역할을 하고 있기도 하다. 또한 분자를 통해 여러 다른 종류의 원자들에 대한 동위원소의 함량을 결정할 수 있어 핵융합이론, 더 나아가서는 2.7K의 우주배경복사의 강도와 스펙트럼을 밝히는 도구가 되고 있기도 하다.
성간 분자는 화학자와 분광학자들에게도 흥밋거리가 되고 있다. 지상에서는 이론적으로만 존재한다거나 성간에는 풍부하나 지상에는 수명이 짧아 연구가 어려운 라디칼(radical)이 있어 이들 입자에 대한 연구의 수단이 되고 있기도 하다. 성간 공간에서 관측되는 분자선들의 해석을 위해 분자선의 주파수, 선의 강도, 충돌 단면적, 들뜸 메카니즘, 그리고 가스 상태와 고체 표면에서의 형성과 파괴 메카니즘에 관한 연구를 활발하게 유도하고 있기도 하다.
우리에게는 낯선 환경을 가진 성간 공간에서 분자가 발견되면서 성간분자는 이론을 전공하는 사람들의 큰 관심거리가 되어 왔다. 이 책이 쓰여진 목적도 이 분야의 연구를 하려고 하는 고학년의 학부생이나 대학원생에게 적당한 수준으로 이 제목의 기초를 설명하려는 것이라고 저자들은 밝히고 있다. 이 책은 또한 성간 화학을 통해 등장하는 흥미있는 문제가 무엇인가를 알려주고 이러한 문제를 파헤치려고 하는 실험 및 이론화학자들에게도 많은 도움을 줄 수 있을 것이다. 이와 아울러 이 분야에 흥미를 가진 다른 과학자들도 이 책에서 깊은 생각에 빠질 수 있는 지식을 발견할 수 있을 것이다. 이 책은 독자들에게 성간 화학의 넓은 배경을 알리는 데 적절한 책이라고 생각된다.
이 책의 서두에서는 천문학적인 배경이 다루어지고 전형적인 분자가 들어 있는 성간 천체의 여러 가지 종류가 설명되고 있다. 여러 종류의 성간 환경에서 발견되는 밀도, 온도, 질량, 그리고 크기에 관해 독자들로 하여금 익숙해지도록 하고 있다. 그런 다음 성간 화학의 기본적인 문제가 고찰되고 있다. 즉 분자들은 어떻게 형성되고 어떻게 파괴되는가? 가능한 반응을 제한하는 조건에는 어떤 것이 있는가? 가스 상태의 반응에서 여러 가지 기본 형태와 성간 복사장이 원자와 분자에 미치는 효과도 다루어지고 있다. 분자의 형성은 또한 성간 먼지입자에서 표면 반응을 통해 일어날 수 있다. 그러한 먼지입자와 그들의 화학적 성질에 대한 관측적 증거가 기술되어 있다.
다음으로는 여러 분자 중에서 양이 가장 많고 또 모든 종류의 기본이 되는 분자인 수소 분자의 형성과 파괴에 관한 과정이 설명되고 있다. 분자 수소는 표면 반응으로 인해 형성되고 광분해와 우주선의 이온화를 통해 주로 파괴된다. 수소 분자는 아주 광범위하고 종류가 다른 여러 반응에 개입하여 거의 모든 성간 분자들로 하여금 화학 작용을 일으키는 역할을 한다. 이러한 모든 분자의 화학을 통제하는 반응의 계열이 기술되었고, 그 결과로 도출되는 수학 방정식을 수치적으로 푸는 방법이 소개되고 있다.
이 책의 후반부에는 성간 충격파, 분열로 이끄는 화학, 그리고 별의 대기와 성간 메이저에서 일어나는 화학 등을 통해 이론이 특별한 경우에 어떻게 확장되는가를 보여 준다. 성간 화학과 같이 빠르게 발전하는 분야에서는, 현재와 같은 기초적인 지식으로부터는 미래에 이루어질 가능한 연구 분야를 명확히 예측할 수 없다. 그래서 이 책은 마지막 장에서 미래의 성간 화학의 연구와 발전 방향을 조명해 보고 있다.
이 책에는 독자들이 스스로 풀어 볼 수 있도록 간단한 문제도 수록되어 있다. 이 책의 말미에는 이들 문제에 대한 해답이 주어져서 학생들이 직접 푼 해답과 비교할 수 있게 되어 있다. 연구 문헌의 소개를 원하는 독자들을 위해 심층 학습 자료도 각 장의 끝에 소개되었다.
그러나 이 책이 1984년에 발간되었기 때문에 이 분야의 최근 연구 내용이 포함되지 않은 것이 이 책의 결점이라면 결점일 것이다. 성간 화학의 연구는 이론과 관측에서 지난 10여 년 간 엄청난 발전을 이루었다. 독자들은 천문학 전문학술지인 Astrophysical Journal이나 Astronomy and Astrophysics 등을 통해 최근의 연구 결과에 대한 정보를 얻을 수 있을 것이다.
성간 화학이 현대 천문학에서 중요한 분야로 등장하고 있는 상황에 발맞추어 우리나라에서도 10여 년 전 대덕에 있는 국립천문대의 후신인 표준과학연구원 부설 천문대에 지름 14m의 밀리미터파용 전파망원경이 세워져 성간 분자의 관측에 본격적으로 나서게 되었다. 그 결과 우리나라에도 이 분야를 전공하는 천문학자가 여럿 배출되었고 세계적인 전문학술지에 우리나라에서 관측된 결과로 작성된 논문이 상당수 발표되고 있다. 또한 각 대학에서는 많은 대학원생들이 성간 분자 관측에 나서고 있어 밝은 앞날을 기약해 주고 있다. 그러나 우리는 아직 이 분야에서 세계 선진국에 비하면 인력과 시설 면에서 후진성을 면치 못하고 있다. 더 많은 투자와 관심이 절실한 실정이다.
또한 앞으로는 우리나라에서도 선진 외국에서와 같이 화학을 전공한 학자들이 이 분야에 많은 관심을 갖고 연구에 참여해야 할 것이다. 성간 화학은, 내용이 천문학과 화학으로 이루어져 있어 천문학자나 화학자에게도 모두 생소하게 느껴지고 있지만, 이 책의 내용이 나타내는 바와 같이 그 누구도 어렵지 않게 친숙해질 수 있는 분야이다.
이 책은 어느 정도의 전문 지식을 갖춘 사람이라면 누구나 성간 화학이 어떤 학문이며, 여기에서 다루는 문제가 어떤 것인가를 쉽게 이해할 수 있도록 쓰여졌다. 대학 고학년 학생으로서 어느 정도의 천문학, 수학, 물리학, 그리고 화학의 지식을 갖추고 있다면 별 어려움 없이 흥미를 갖고 이 책을 읽어 나갈 수 있을 것이다. 그뿐 아니라 앞으로 이 분야를 전공하고자 하는 천문학자와 화학자들에게도 전공을 본격적으로 시작하기 전에 넓은 기초 지식을 갖추는 데 필독의 서적으로 간주된다. 이 책은 천문학 전공자는 물론 우주에 관심 있는 화학자, 더 나아가 어느 정도의 기초 지식을 갖춘 일반인에게도 우주에서 일어나는 모든 화학 작용을 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다. 이 책을 읽는 많은 학생들이 성간 화학의 한 분야에서 연구에 종사하게 되기를 바라마지 않는다. 끝으로 이 책이 우리나라의 성간화학 발전에 도움이 되기를 간절히 바란다.

W. W. Duley and D. A. Williams 저
Interstellar Chemistry, Academic Press, 1984

1998년 3월 21일
민영기

축차분석론(김성래 지음) 1999-7-20
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