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시민의 힘으로 만든 은하 동물원 '갤럭시 주(ZOO)'

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시민의 힘으로 만든 은하 동물원 '갤럭시 주(ZOO)'

2020.03.07 06:00

 

수학동아DB
수학동아DB

 

천문학은 시민과학프로젝트가 많이 진행되는 분야 중 하나입니다.  밤하늘에 빛나는 별에 대한 사람의 관심이 크기 때문입니다.  오늘 소개할 ‘갤럭시 주’는 그 중에서도 ‘조상’ 격이라고 할 수 있는 프로젝트입니다. 2007년에 시작해서 13년이 지난 현재까지도 이어지고 있습니다.

 

시민 천문학자의 도움으로 수십 편의 논문이 나왔고, 시민 천문학자의 이름이 붙은 천체도 있있습니다.  자, 그럼 갤럭시 주는 어떤 시민과학프로젝트인지, 어떤 수학이 숨어 있는지 알아보겠습니다!

 

나선 vs 타원┃기하학 기초만 알면 누구나 시민과학자

 

갤럭시 주 프로젝트를 시작한 케빈 샤빈스키 박사. Carla Cioffi 제공
갤럭시 주 프로젝트를 시작한 케빈 샤빈스키 박사. Carla Cioffi 제공

2007년 영국 옥스퍼드대 물리학과 대학원생인 케빈 샤빈스키는 매우 곤란한 상황에 놓입니다. 은하의 모양을 분류하는 것이 샤빈스키의 연구 관심사였는데, 미국 텍사스주의 천문대에서 전자동 망원경 시스템으로 촬영한 우주 사진을 90만 장이나 제공한 겁니다. 좋은 기회였지만, 며칠 분류해 보니 어림잡아도 숙련된 대학원생이 3~5년은 매달려야 하는 엄청난 양이었습니다.


하지만 전화위복이라고, 머지않아 전세계 네티즌의 도움을 받는 아이디어를 떠올립니다. 나선과 타원, 막대, 원반 등의 모양만 구분할 줄 알면 초등학생도 할 수 있을 만큼 분류 작업이 어렵지 않았거든요. 누구나 간단한 교육을 받으면 사진 속 은하를 분류할 수 있도록 신속히 웹사이트를 만들고 프로젝트의 이름을 ‘은하 동물원’이라는 뜻의 갤럭시 주라고 붙였습니다. 그리고 ‘아무도 본 적 없는 우주의 모습을 세상에서 가장 먼저 볼 수 있는 기회’라고 홍보했습니다. 영국 언론사인 BBC에서 갤럭시 주를 소개하면서 참여자는 폭발적으로 증가해 175일만에 10만 명 이상이 참여했습니다. 또 4000만 번 이상의 분류 작업이 이뤄졌습니다. 하나의 은하당 최소 38번의 분류 작업이 이뤄진 만큼 잘못 분류될 가능성은 낮아졌습니다. 


예상보다 빠른 시간 내에 충분한 분류 작업이 끝나자 샤빈스키와 동료들은 갤럭시 주 시즌2를 시작했습니다. 이번에는 전자동 망원경이 촬영한 은하 사진 중에서 밝기가 밝은 25만 개만 추려서 좀 더 세밀한 분류를 요청한 겁니다. 모양뿐 아니라 은하 중심부가 밝은지 어두운지, 여러 은하가 충돌하는 상태인지 등을 표시하도록 했습니다. 더 까다로운 작업이었지만, 시즌1 때보다 많은 약 6000만 번의 분류 작업이 이뤄졌을 정도로 참여율이 높았습니다.


이후에도 다양한 형태의 프로젝트가 이어져 13년이 지난 현재까지도 계속되고 있습니다. 현재 진행 중인 프로젝트는 인공지능 분류 기술을 도입해 그림을 보면서 질문에 답하는 방식으로 이뤄집니다. 관심 있는 분은 지금 갤럭시 주 홈페이지(http://zooniverse.org)에 방문해 보세요.

 

 

시민 천문학자의 도움으로 81편의 논문 발표

 

13년 동안 이어진 다양한 갤럭시 주 프로젝트의 성과로 천문학자는 여러 가지 연구를 할 수 있었고, 무려 81편의 논문을 발표했습니다. 시민 천문학자는 은하에 대해 어떤 새로운 점을 밝히는 데 공헌했을까요?

 

 발견 ① 가까이 있는 나선은하는 같은 방향으로 돈다

 

NASA, ESA 제공
NASA, ESA 제공

나선은하는 바람개비처럼 회전하는 모습입니다. 그런데 과연 어떤 방식으로 돌까요? 은하의 회전 원리를 알아보기 위해 갤럭시 주에서는 나선은하의 나선팔이 시계방향으로 회전하는지 반시계방향으로 회전하는지를 물었습니다.


그 결과 흥미로운 사실을 알아냈는데요, 사람의 뇌가 시계방향과 반시계방향을 잘 구분하지 못한다는 겁니다. 반시계방향으로 회전한다고 답한 사람이 훨씬 많았는데, 사진을 반전시켰을 때도 반시계방향으로 돈다고 답한 사람이 많았습니다. 이런 부분을 감안해서 연구한 결과 서로 가까이 있는 나선은 같은 방향으로 회전한다는 사실을 알아냈습니다

 

 

발견 ② 교사가 새로운 천체 발견

 

NASA, ESA 제공
NASA, ESA 제공

갤럭시 주의 참가자가 많아지자 갤럭시 주 운영진은 시민 천문학자들이 서로 소통할 수 있는 기능을 만들었는데, 거기에서 큰 발견이 이뤄졌습니다.


네덜란드의 교사인 헤니 반 아르켈은 한 나선은하 주변에서 녹색빛이 도는 천체를 목격하고 참가자들과 의견을 나눴습니다. 그 결과 일반적인 천체가 아니라는 의견이 나왔고, 실제 천문학자가 해당 천체를 연구하기 시작했습니다.


분석해보니 이 천체는 주변의 나선은하에서 방출된 가스였습니다. 그리고 이곳에서 별이 탄생하고 있었죠. 하지만 그 모습이 일반적인 형태는 아니었는데, 천문학자들은 주변 은하에서 방출된 빛이 마치 조명처럼 가스를 비추면서 특이한 색을 띠게 만들었다고 추정했습니다. 그밖에도 ‘타원은하는 붉은색이고 나선은하는 푸른색’이라는 천문학계의 통념을 깨는 연구 성과를 내는 등 갤럭시 주 프로젝트에 참여한 시민 천문학자들은 천문학 발전에 큰 공헌을 했습니다. 

 

국내판 갤럭시 주 프로젝트인 ‘왜소은하 찾기 시민과학프로젝트’를 스마트폰으로 손쉽게 참여할 수 있는 과학동아천문대 앱이 출시됐습니다! 다양한 천문대 행사와 이벤트 정보도 제공하니 지금 바로 내려받으세요. 

 

참여 ① 과학동아천문대 앱 출시 (구글 플레이에서 '과학동아천문대' 검색) 

서울 도심 한복판에서 별을 볼 수 있는 과학동아천문대에서 앱을 출시했습니다. ‘서바이벌과학탐험대’, ‘별의 일생’ 등 핫한 교육프로그램 소식을 가장 빠르게 접할 수 있어요. 또 최신 천문 소식과 무료 관측회 등의 이벤트 소식을 받아볼 수 있답니다! ‘구글 플레이’에서 ‘과학동아천문대’를 검색하면 설치할 수 있습니다.

 

참여 ② 시민과학 이벤트, 왜소은하 헌터 (http://star.dongascience.com/project

왜소은하 찾기 시민과학프로젝트에 참여하고 천문우주 분야 전문가와 함께 왜소은하에 대해 알아보는 ‘왜소은하 헌터’에 신청하세요. ‘왜소은하 헌터’는 우주 관측 데이터를 직접 다루고 왜소은하에 대해 깊이 있게 알아보는 활동입니다. 천문학자는 우주에 있는 수많은 은하를 어떻게 연구할까요? 천문우주 분야 전문가와 함께 관측 데이터를 다뤄보며 은하의 생김새, 질량, 크기, 암흑 물질의 비율도 알아봅시다!  천문학자는 우주에 있는 수많은 은하를 어떻게 연구할까요? 

천문우주 분야 전문가와 함께 관측 데이터를 다뤄보며 은하의 생김새, 질량, 크기, 암흑 물질의 비율도 알아봅시다.

 

 

※관련기사

수학동아 3월호, [별헤는 수학] 수학동아×과학동아천문대 시민 참여 천문프로젝트, 시민의 힘으로 만든 은하 동물원 '갤럭시 주(ZOO)'


 

 

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