별의 색깔과 온도
아무 생각없이 밤하늘에 떠있는 별들을 바라보면 무척 아름답다. 그런데 모든 별들이 같은 밝기와 빛깔을 낸다면 어땠을까? 하는 생각이 든다. 물론 그것도 아름답겠지만 지금처럼 수많은 별들이 각기 다른 밝기와 빛깔을 내기에 더욱 아름다운 것이라는 생각이 든다.
별의 밝와 색깔은 왜 다른가에 대해 알아보겠다.
별의 색이 다른이유는?
별들을 자세히 바라본다면 색깔이 매우 다양하다는 것을 알 수 있다. 이 색깔을 결정짓는 가장 큰 이유는 별들의 온도가 다르기 때문이다. 별의 온도에 따라 색깔이 다르게 보이는데, 온도가 높은 별은 주로 파란색 빛이 방출되고, 온도가 낮은 별은 주로 빨간색 빛을 방출한다.
아래 그림은 별의 온도에 따른 색깔과의 관계이다.
별의 색지수
천문학자들은 별의 정확한 색을 분별하기 위하여 색지수라는 것을 구한다. 색지수는 서로 다른 두개의 파장에서 관측된 등급의 차이를 말하는데 우리의 눈이 느끼는 별의 등급을 Mv라고 하고, 사진을 찍었을 때 나타나는 등급을 Mp라고 하면 색지수는 아래와 같은 식으로 구할 수 있다.
사진건판은 푸른빛에만 예민한 성질을 가지고 있기 때문에 파장이 420nm 근체어 둔 등급을 말하며 사람의 눈는 녹색과 노란색에 가장 민감하게 반응하므로 540nm 근처의 등급을 말한다.
최근에 가장 많이 사용되는 등급으로는 UBV 등급이 있다. 이것은 자외선의 U, 청색의 B, 안시의 V등급을 각각 의미하며, 순서대로 각각 365nm, 440nm, 550nm의 파장을 중심에 둔다.
색지수는 항상 짧은 파장의 값에서 긴 파장의 값을 빼는 것으로 B-U, V-B의 형식으로 많이 사용이 된다. 이러한 방법에 따르면 온도가 높은 푸른색을 띄는 별은 색지수가 -가 되고, 온도가 낮은 붉은색을 띄는 별들은 +값의 색지수를 가지게 된다. 이러한 이유는 푸른별은 긴 파장에 비하여 상대적으로 짧은 파장에서 더 밝다.
색지수 측정방법
색지수는 단순한 천체의 색을 단순한 수적 표현으로 별의 온도를 알 수 있게 해준다. 이러한 색지수를 측정하기 위해서는 연속으로 U와 B나, B와 V와 같이 두개의 다른 필터를 통해 천체의 등급을 관측한다. 이는 U는 자외선에 민감하고, B는 청색빛에 민감하고, V는 녹색과 노란색에 민감한 특징을 이용한 것이다.
통과대역이 필터를 지나는 신호가 거의 감쇠하지 않는 주파수의 범위인 패드밴드나 필터의 한세트를 광도측정계라고도 부르는데 각각 등급의 차이는 U-B 또는 B-V 색지수인 필터들로 알아낸다.
매우 작은 색지수가 나타나면 이는 매우 푸른색 또는 매우 뜨거운 천체라고 생각하면 된다. 반대로 큰 색지수가 나타나면 불근색 또는 차가운 천체라고 보면 된다. 이는 밝은빛을 내는 천체가 어두운 천체보다 더 작은 등급을 갖는 등급척도 때문에 그렇다.
예를 들어 비교를 해보자면 황색의 태양은 0.656±0.005의 B-V 지수를 가지고 있고, 푸른색으로 보이는 오리온자리 방향에 있는 리겔은 -0.03 B-V 지수를 갖는다.
멀리 떨어져 있는 천체들의 색지수는 성간 소광에 영향을 받는다. 이 말은 멀리 떨어져 있는 천체의 색지수들은 더 가까이 있는 별의 색지수보다 붉은색으로 보인다. 이를 성간 티끌로 인해 실제부다 더 붉게 보이는 현상을 의미하는 성간적색화라고 부르는데 붉어지게 되는 양은 관측한 색지수와 실제 색지수와의 차이에서 생기는 색 초과에 의하여 결정되어진다.
현재 대부분의 광학천문학자들이 사용하는 패드밴드는 UBVIR 필터로 앞에서 설명한 U, B, V는 같은 의미이고, R은 붉은색 빛을 투과시키고, I는 적외선을 투과시킨다. 이 필터는 때론의 원조라고 알려진 존슨-코신 필터라고 부른다. 이런 필터들은 유리필터와 광전자 증배관의 특수한 결합이다. 이런 필터들의 결합은 천체의 색온도에 의해 선택되며 주로 B-V는 주계역성에, U-V는 뜨거운 천체들에, R-I는 차가운 천체들에 사용하여 관찰한다.
별의 색에 대해 이야기하다가 이야기가 너무 어려워졌다. 내가 작성을 하는데도 색지수는 너무 생소한 분야라 어렵다.
여튼 여기에서 핵심은 뜨거운 별은 푸른색, 차가운별은 빨간색으로 보인다는 점이다. 이것만 알아도 밤하늘에 별을 보면서 한마디는 이야기 할 수 있을거 같다.