하늘에 있는 별들은 왜 밝거나 어두운가요?

이 글은 '하늘의 별들은 왜 밝은 별과 어두운 별이 있는가'라는 질문을 중심으로 별의 밝기가 별의 밝기(별의 표면 면적과 표면 온도의 4제곱에 비례하며, 밝기가 적은 별은 소형 별, 밝기가 큰 별은 거대 별, 특히 밝기가 큰 별은 초거대 별이라고 함)과 관찰자와의 거리(밝기는 거리의 제곱에 비례하며, 더 멀리 있는 별은 더 약하게 보인다)에 의해 결정된다고 설명하며, 시각적 등급과 절대 등급의 개념을 소개하며, 절대 등급만이 별의 실제 발광 능력을 반영할 수 있다고 설명합니다.

하늘에 있는 별들은 왜 밝거나 어두운가요?

하늘에는 수많은 별들이 있고, 그들의 밝기는 매우 다르다. 몇몇 별들은 밝은 반면, 일부는 거의 보이지 않는다. 별들의 밝기는 무엇과 관련되어 있을까? 우리가 눈으로 볼 수 있는 별들의 밝기를 명도라고 하는데, 별들의 명도는 별들이 방출하는 에너지와 거리와 관련되어 있다. 별들이 단위 시간 동안 방출하는 총 에너지는 별들의 발광 강도, 즉 광도를 나타내는데, 이는 별들의 표면 면적과 별들의 표면 온도의 4제곱에 비례한다. 서로 다른 별들의 광도는 극히 다르다. 가장 밝은 별은 태양의 광도의 100만 배에 달하지만, 가장 약한 별은 태양의 광도의 百万분의 1에 불과하다. 천문학에서 약한 별들은 矮星, 강한 별들은 巨星이라고 불리며, 특히 강한 별들은 超巨星이라고 불린다.

별들의 밝기는 별들이 방출하는 에너지뿐만 아니라 관찰자와 별들의 거리의 제곱에 비례하여 변한다. 예를 들어, 1740광년 떨어진 백조자리 α(중국에서 的天四라고 불렸다)는 파란색 거대 별로, 태양의 85,000배의 광도를 가지고 있지만, 4.22광년 떨어진 프로크시마 비는 적색 소형 별로, 태양의 0.2만 분의 1의 광도를 가지고 있다. 두 별들을 비교하면, 광도는 약 20억 배 차이가 나는데, 그러나 두 별들의 태양까지의 거리는 거의 400배 차이가 나기 때문에, 지구에서 보는 밝기는 약 10,000배 차이가 나게 된다.

별들의 실제 발광 능력을 비교하기 위해, 천문학자들은 별들의 광도를 절대 등급으로 표현한다. 이는 서로 다른 별들을 같은 거리에서 비교하는 것이다. 마치 경주에서 같은 출발선에 서있는 것처럼. 별들의 '출발선'은 관찰자로부터 10pc(32.6 light-year) 떨어진 곳에 정의되어 있다. 이 거리에서 관찰된 밝기는 절대 등급으로 표현된다. 그러나 우리가 지구에서 실제로 보는 별들의 등급은 視等(視星等)이라고 불린다. 한 속담처럼 '사람은 보는 대로 평가할 수 없다'처럼, 별들의 세계에서도 '별들은 보는 대로 평가할 수 없다'. 별이 밝아 보일 수 있다고 해서 실제로 강한 빛을 내는 것은 아니고, 절대 등급이 낮아야 그렇다.