1. 수소 원자의 크기 측정 방법
수소 원자는 원자 중 가장 작으며, 그 크기는 보어 반지름(a0a_0)을 기준으로 측정됩니다.
(1) 보어 반지름과 양자역학적 접근
수소 원자는 양자역학적 모델을 통해 크기를 추정합니다.
- 보어 반지름(a0a_0): 약 0.529 × 10⁻¹⁰ m (약 0.53Å)
- 전자가 원자핵(양성자)을 중심으로 특정한 에너지 준위에서 확률적으로 분포함
- 하이젠베르크의 불확정성 원리로 인해 전자의 위치는 확률적으로 정의됨
(2) 실험적 측정 방법
- X-선 및 전자 회절: 물질 내부 원자의 배열과 크기를 파악하는 방법
- 원자간력 현미경(AFM) & 주사터널링현미경(STM): 개별 원자의 이미지를 관찰 가능
2. 우리 은하의 크기 측정 방법
우리 은하는 거대한 나선 은하로, 직경이 약 **10만 광년(10⁵ 광년, 약 9.5 × 10¹⁷ km)**에 달합니다.
(1) 별의 거리 측정법
- 시차(parallax): 가까운 별의 위치 변화를 이용한 측정(수백 광년 내 유효)
- 표준 촛불 방법(Standard Candle): 세페이드 변광성(Cepheid) 및 Ia형 초신성(Supernova Type Ia) 활용
- 적색편이(Redshift) 측정: 먼 천체의 빛이 확장되는 현상을 이용해 거리 추정
(2) 우리 은하 디스크 크기 측정
- 전파망원경을 이용한 수소 방출선(21cm 선) 관측
- 적외선 관측으로 은하 중심부까지의 거리 계산
(3) 우리 은하 헤일로 크기 측정
- 은하 헤일로는 희미한 암흑물질과 구상성단으로 구성
- 은하단과 위성 은하의 움직임을 분석하여 추정
3. 수소 원자 vs. 우리 은하 측정법 비교
| 크기 | 약 0.53Å (0.529 × 10⁻¹⁰ m) | 약 10만 광년 (9.5 × 10¹⁷ km) |
| 측정 방법 | 양자역학 모델, 보어 반지름, 전자 회절 | 시차, 표준 촛불법, 적색편이 |
| 실험 장비 | 원자간력 현미경(AFM), X선 회절 | 전파망원경, 허블망원경, 적외선 망원경 |
| 측정 원리 | 전자 확률 분포, 양자역학 | 중력, 적색편이, 천체 거리 측정법 |
수소 원자는 양자역학적인 확률 모델을 기반으로 측정되지만, 우리 은하는 천문학적인 관측과 중력 및 전파망원경 등을 이용한 거리 측정으로 크기를 구합니다.
두 개념은 크기 차이가 극단적으로 크며, 서로 다른 물리 법칙이 적용됩니다. 하지만 둘 다 과학적인 관측과 계산을 통해 정확한 값을 구할 수 있다는 점에서 공통점을 가집니다.