천문학에서 우주를 아는데 절대적인 역할을 한 것은 빛입니다. 처음에 맨눈으로 볼 수 있던 하늘만 하더라도 놀라운 세계였으며, 마침내 티코브라헤의 관측자료를 바탕으로 케플러가 하늘에 대한 첫번 째 법칙인 “행성운동의 법칙”을 찾을 수 있었고 뉴턴은 천상의 법칙을 자신의 역학으로 유도했습니다. 케플러와 동시대의 갈릴레오가 망원경을 이용하여 천상의 세계를 관측하면서, 천문학은 인간의 감각세계를 넘는 것까지 확장될 수 있었고, 하늘은 신비롭기만 한 추앙의 대상이 아니라 관찰하고 인간 영역에서 이해할 수 있는 세계로 다가왔습니다.
빛이 실상은 여러 파장의 빛으로 되어 있다는 뉴턴의 발견 이후에, 각 원소에서 나오는 특정 파장의 빛은 원소의 지문역할을 하였고 마침내 양자역학에 의해서 빛과 전자, 원자의 관계를 이해할 수 있었습니다. 스펙트럼을 이해하고 천문학에 이용하게 되면서 현대적 천문학이 시작되었다고 생각할 수 있습니다. 빛의 스펙트럼을 관찰하고 분석함으로써, 별과 우주에 대해 많은 것들을 우리는 알게 되었습니다. 아주 최근에 중력파를 관측하여, 빛 이외에 다른 에너지를 측정함으로써 또 다른 천문학적 전기를 마련할 수 있지만, 아직도 우리가 우주에서 얻는 거의 모든 정보는 빛을 통해서 전달 됩니다.
우주에서, 천문학적으로 각 천체들까지의 거리는 중요한 정보이기 때문에, 각 천체들의 거리를 재는 방법들이 발달해왔습니다. 가까운 거리는 지구의 공전에 따른 연주시차(Parallax)로 측정할 수 있지만, 100 pc(parsec. 1파섹 ~ 3.26 광년~ 20만 AU ~ 30조 km) 보다 먼 거리는 시차가 너무 작기 때문에 측정하기 어렵습니다. 이보다 먼 거리는 밝기가 일정한 주기로 변하는 세페이드 변광성, , 더 먼거리는 Ia형 초신성을 이용합니다. 보다 자세한 내용은 https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_distance_ladder 를 참고할 수 있습니다.
시차에 대한 좀 더 광범위한 이야기는 한글 위키피디아와 영문 위키피디아를 참고하셔도 좋습니다.
천체가 우리에 대해서 상대적으로 어떻게 운동하느냐에 따라서, 빛의 파장이 달라지는 도플러 효과를 통하여 우리는 천체와 우리의 상대적인 운동을 측정할 수 있으며 이것은 우주가 팽창한다는 우주적 관점을 우리에게 알려주었습니다.
지상에서 관측하는 빛은 대기를 통하여 교란되고 파장별로 흡수되거나 반사되는 정도가 다르기 때문에, 천체에서 오는 빛 그대로를 우리가 보는 것은 아닙니다. 파장에 따라서 어느 영역의 빛은 지상에서 관측해도 충분히 좋지만, 어느 영역의 빛은 지구 대기 밖의 우주로 나가서 위성에서 관측할 필요가 있습니다. 인간은 과학과 기술의 상호작용으로 사람이 관측하고 해석할 수 있는 역량이 넓어지면서 우주에 대해 보다 많은 것들을 알 수 있고, 이를 통하여 우리 인간 자신을 바라보는 관점도 새로워졌다고 할 수 있습니다.
천문학에서 빛을 활용하는 사례들 중 일부를 소개