별에 대한 이야기 1

별에 대하여

별은 거대한 양의 플라즈마가 중력에 의해 굳어져서 밝게 빛나는 납작한 회전타원 모양의 천체입니다. 그것은 보통 "별"이라고 불립니다. 지구에서 가장 가까운 별은 지구 에너지의 대부분을 제공하는 태양입니다. 그리고 지구에서 두 번째로 가까운 별은 프록시마 입니다. 다른 별들은 지구에서 밤하늘에 볼 수 있지만, 낮 동안에는 햇빛에 의해 가려집니다. 그 별은 중심에서 일어나는 핵융합 반응에서 방출되는 에너지가 내부를 통과하면서 빛을 방출합니다. 우주에서 수소와 헬륨보다 무거운 물질의 대부분은 별 내부에서 만들어졌습니다.

별의 분광형과 밝기, 우주공간에서의 고유운동 등을 이용하여 별의 질량과 나이, 화학적 조성을 결정할 수 있습니다. 그중에서도 질량은 별의 진화와 운명을 결정하는 가장 중요한 변수입니다. 질량 외에도 별의 특성을 결정하는 요소로는 진화과정, 반지름, 자전주기, 고유운동, 표면온도 등이 있습니다. 헤르츠스프룽-러셀 도표는 밝기와 표면온도에 따른 별의 분포를 보여주며, 이 도표는 특정 별의 나이와 진화단계를 보여줍니다.

 

별은 수소, 헬륨을 비롯한 무거운 원소들의 성간 구름이 붕괴하면서 만들어집니다. 중심핵이 충분히 뜨거워지면 핵융합을 통해 일부 수소가 헬륨으로 변환되기 시작합니다. 나머지 수소 물질은 중심핵에서 발생한 복사 에너지를 대류와 복사과정을 거쳐 바깥으로 전달합니다. 별은 내부에서 외부로 작용하는 복사압과 자기중력이 균형을 이룬 정역학 평형상태입니다. 중심핵에 있는 수소가 모두 소진되면 태양 질량의 0.4배가 넘는 별들은 적색거성으로 진화하고, 이 단계에서 별들은 중심핵이나 중심핵 주변에서 무거운 원소들을 여러 개 태웁니다. 별들은 생명이 끝날 때쯤에 질량을 우주 공간으로 방출하면서 퇴화합니다. 방출된 물질에는 이전보다 무거운 원소들이 더 많이 들어 있어서 새로운 별을 만드는 물질로 재활용됩니다.

 

별의 관측이야기

역사적으로 별은 인류의 문명과 밀접한 관련이 있습니다. 인류는 별을 종교적인 의식의 대상으로 여겼거나 천체를 이용한 항해 및 방위 결정에 사용했습니다. 고대 천문학자들은 별을 천구에 영구히 고정되어 있고 영원한 것으로 여겼습니다. 천문학자들은 별을 별자리를 따라 연결하여 행성과 태양의 움직임을 예측하는 데 사용하기로 동의했습니다. 인류는 하늘의 별을 기준으로 태양의 움직임을 관찰하여 태양력을 만들어냈고, 이를 이용해 정기적으로 농업 활동을 수행했습니다. 세계적으로 널리 사용되고 있는 그레고리력은 가장 가까운 별인 태양에 대한 지구의 자전축의 각도를 기준으로 한 달력입니다.

 

믿을만한 별을 기록한 첫 번째 나라는 기원전 1534년 고대 이집트였습니다. 이슬람 천문학자들은 많은 별들에게 아랍어 이름을 지어주었는데, 그 중 많은 별들은 여전히 불리고 있습니다. 그들은 별들의 위치를 관찰하고 예측할 수 있게 해주는 많은 천문 관측 기구를 발명했습니다.

 

일반적으로 별들은 모양이 거의 변하지 않지만, 중국 천문학자들은 새로운 별들이 나타난다는 것을 발견했습니다. 티코 브라헤와 같은 초기 유럽 천문학자들은 밤하늘에서 새로운 천체를 발견했고, 나중에 그것을 "신성"이라고 이름 지었습니다. 1584년, 조르다노 브루노는 "밤하늘의 별들은 태양과 같고, 그들은 각자의 행성을 가지고 있으며, 그들 중 일부는 지구와 같다"고 주장했습니다. 브루노의 주장은 이미 고대 그리스 철학자 데모크리토스와 에피쿠로스에 의해 언급되었습니다. 17세기에 별들이 태양과 같다는 사실은 천문학자들에 의해 받아들여졌습니다. 아이작 뉴턴은 태양 주위의 별들이 사방으로 고르게 분포되어 있기 때문에 왜 태양계에 중력 영향이 미치지 않는지 설명했습니다. 이 주장은 신학자 리처드 벤틀리에 의해서도 제기되었습니다.

 

이탈리아 천문학자 제미니아노 몬타나리는 1667년에 알골의 밝기 변화를 기록했습니다. 에드먼드 핼리는 지구 근처의 한성 한 쌍의 별들이 각자의 운동을 하고 있다고 측정했습니다. 이 별은 고대 그리스 천문학자 프톨레마이오스와 히파르코스가 살았던 곳에서 일정량 이동했습니다. 별까지의 거리를 직접 측정한 최초의 사례는 1838년이었는데, 이때 프리드리히 베셀은 시차를 이용하여 백조자리 61을 11.4광년 떨어진 곳에서 측정했습니다. 시차 관측은 별과 지구 사이의 거리가 매우 멀다는 것을 보여주었습니다.

 

윌리엄 허셜은 밤하늘의 별들의 분포를 측정한 최초의 천문학자였습니다. 1780년대에 그는 600개의 방향을 기준으로 각 영역에서 가시선을 따라 관찰된 별들의 수를 세었습니다. 이러한 방법으로 그는 별들이 우리 은하의 중심으로 갈수록 밀도가 증가한다는 것을 발견했습니다. 윌리엄 허셜의 아들 존 허셜은 아버지의 연구를 이어받아 남반구 하늘에서도 같은 작업을 수행했는데, 은하 중심으로 갈수록 남반구에 별이 더 많다는 사실을 발견했습니다. 윌리엄 허셜은 또 일부 별이 시야 방향과 일치하지 않고 천체를 동반할 수 있는 쌍성 구조를 가진다는 것을 발견했습니다.

 

조셉 폰 프라운호퍼와 안젤로 세키는 항성 분광학의 지평을 열었습니다. 그들은 태양과 시리우스의 스펙트럼을 비교해 흡수선의 수와 세기가 다르다는 것을 알아냈습니다. 1865년, 안젤로 세키는 분광형에 따라 별을 분류했습니다. 그러나 근대적인 항성 분류 체계는 1900년대 미국 천문학자 애니 점프 캐넌에 의해 확립되었습니다.

 

19세기의 쌍성 관측 분야는 천문학 내에서 위상이 높아졌습니다. 1834년 프리드리히 베셀은 시리우스의 고유 운동에 변이가 있다는 것을 발견했고, 거기서 그는 숨겨진 동반자의 존재를 예측했습니다. 에드워드 피커링은 1899년 미자르의 분광선이 104일마다 갈라지는 것을 바탕으로 처음으로 분광쌍성의 존재를 증명했습니다. 천문학자 윌리엄 스트루베와 셔번 웨슬리 버넘은 많은 쌍성계를 관측하고 정리했습니다. 1827년 펠릭스 사바리는 망원경 관측을 통해 쌍성계의 궤도에 관한 의문을 풀었습니다.

 

20세기에는 별 관측이 매우 빠르게 발전해 왔습니다. 이 시기에 개발된 사진들은 소중한 천문 관측 도구됩니다. 카를 슈바르츠실트는 겉보기 등급과 사진 등급을 비교함으로써 별의 색과 온도를 측정할 수 있다는 것을 발견했습니다. 광전 광도계의 발명으로 빛 에너지를 전기 에너지로 변화시킴으로써 다양한 파장 대역의 밝기를 측정할 수 있습니다. 알버트 마이칼슨은 1921년 윌슨 천문대에서 별의 반지름을 처음 측정했습니다.

 

20세기 초, 별을 물리적으로 분류하는 중요한 기준이 확립되었습니다. 1913년 헤르츠스프룽-러셀 도표의 개발은 천체물리학의 발전에 박차를 가했습니다. 별의 내부 및 별의 진화를 설명하기 위한 성공적인 모델들이 개발되었습니다. 양자물리학의 발전은 별의 스펙트럼 측면을 합리적으로 설명할 수 있는 이론을 개발했습니다. 이것은 항성 대기의 화학적 조성을 조사할 수 있게 해주었습니다.

 

현재 망원경과 우주 탐사선을 사용하여 별들의 관측이 계속적으로 수행되고 있습니다. 이를 통해 우리는 우주의 구조와 별들의 특성에 대해 더 배우기 시작했습니다.

 

이 별들의 관측 역사는 우주에 대한 인류의 천문학적 지식과 이해를 넓히는데 큰 역할을 했습니다.