우주를 이해하는 데 있어 항성의 거리와 밝기는 매우 중요한 정보입니다. 이 두 가지를 측정하는 방법 중 하나가 연주 시차이며, 별의 밝기 변화를 관찰하는 것을 통해 변광성에 대해 알아볼 수 있습니다.
이 글에서는 항성의 연주 시차와 변광성에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
연주 시차
연주 시차란 지구가 태양의 주위를 공전함에 따라, 항성이 보이는 방향이 달라지는 것을 말합니다. 연주 시차의 존재는 지동설의 직접적인 증거가 됩니다. 이 현상은 지구의 공전 궤도에 직각인 방향으로 가장 잘 관찰됩니다. 별까지의 거리가 가까울수록, 연주 시차에 의한 별의 위치 변화는 더 크게 관측됩니다.
거리 측정
연주 시차를 통해 항성까지의 거리를 측정할 수 있습니다. 이 거리는 ‘파섹'(pc) 단위로 표현되며, 1파섹은 약 3.26광년에 해당합니다. 연주 시차의 각도(초)를 통해 별까지의 거리를 계산할 수 있으며, 이는 천문학에서 거리를 측정하는 기본적인 방법 중 하나입니다.
어떤 상성의 연주 시차를 알면 그 항성까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 연주 시차가 1초각인 어떤 항성까지의 거리를 1파섹이라고 합니다.
연주 시차를 알면 삼각형 세 각의 크기와 한 변의 길이가 나오므로 나머지 변의 길이도 계산할 수 있습니다. 이것으로 별까지의 거리를 구할 수 있습니다. 이것이 삼각 측량이라는 방법입니다.
연주 시차 측정은 무척 어렵다?
가까운 항성일수록 연주 시차가 커집니다. 하지만 태양계에 가장 가까운 켄타우루스자리 알파별도, 연주 시차는 약 5000분의 1도밖에 되지 않아서 측정하기가 무척 까다롭습니다.
육안이나 소형 망원경으로는 연주 시차를 측정할 수 없기 때문에 지동설에 반대한 과학자도 있었습니다. 큰 망원경이 등장한 1838년이 되어 서야 연주 시차를 처음으로 측정할 수 있었습니다.
변광성
변광성이란 밝기가 변하는 별을 말합니다. 이러한 변화는 몇 시간에서 몇 년까지 다양하며, 별 자체의 물리적 변화나 별과 관측자 사이의 상호 작용에 의해 발생할 수 있습니다. 밝기가 달라지는 원인에 따라 몇 개의 종류로 나눌 수 있습니다.
변광성의 분류
변광성은 그 원인에 따라 여러 가지로 분류됩니다. 주요 분류에는 내적 변광성과 외적 변광성이 있습니다.
내적 변광성: 별 자체의 물리적 변화에 의해 밝기가 변하는 경우입니다. 예를 들어, 펄서, 세페이드 변광성 등이 이에 해당합니다.
외적 변광성: 별과 별 사이의 상호 작용이나, 별 주위를 도는 행성과 같은 다른 천체에 의해 밝기가 변하는 경우입니다. 예를 들어, 일식 변광성이 이에 속합니다.
식변광성
쌍성인 한 쪽 별이 다른 한 쪽 별을 가리면서 밝기가 달라지는 것이 식변광성입니다. 알골 등이 식변광성으로 알려져 있습니다.
폭발 변광성
별의 표층이나 대기 중 폭발 등에 의해 밝기가 달려지는 별을 폭발 변광성이라고 합니다. 북쪽왕관자리 R별이 대표적입니다.
탄소를 포함한 가스가 별에서 방출되어, 가스 속 탄소가 식어 먼지가 되면서 별빛을 가로막으면 어두워 입니다.
신성형 변광성
신성, 초신성 등 돌발적으로 밝기가 밝아지는 별도 변광성의 일종입니다. 격변성이라고도 합니다.
맥동 변광성
별의 표층이 주기적으로 팽창과 수축을 반복하면서 변광하는 것을 맥동 변광성이라고 합니다. 변광 주기와 변광의 규칙성에 따라 많은 유형으로 세분화되어 있습니다. 2등급에서 10등급까지 변광하는 미라는 맥동 변광성의 대표로 유명합니다.
케페이드 변광성
케페이드 변광성은 맥동 변광성 유형에 속합니다. 케페이드 변광성의 변광 주기와 절대 등급 사이에는 규칙적인 관계가 있는데, 이것을 이용하면 6000만 광년 정도 먼 곳까지의 거리를 측정할 수 있습니다.
케페이드 변광성의 대표인 케페우스자리 델타별은 5일 8시간 48분이라는 정확한 주기로 맥동하면서, 1등급 정도의 간격으로 변광을 거듭하고 있습니다.
케페이드 변광성은 ‘변광 주기가 길수록 별의 본래 광도가 밝다’는 관계가 성립하는데, 이것을 주기-광도 관계라고 합니다.
먼 은하 속에서 케페이드 변광성을 찾아내면 그 변광 주기를 통해 절대 등급을 알수 있습니다. 그리고 겉보기 등급과 비교해서 케페이드 변광성이 있는 은하까지의 거리를 구할 수 있습니다.
KIC 8462852
KIC 8462852는 탐사 위성 케플러가 찾아낸 변광성입니다. 그 불규칙한 변광은 외계인이 만든 거대 건축물이 별빛을 가로막아서 일어난 것이라는 내용의 논문이 2015년에 발표되어 큰 화제를 모았습니다.
혜성과 행성의 통과 등으로는 최대 22%나 되는 감광이 설명되지 않습니다. 다이슨 스피어는 항성을 달걀 껍데기처럼 감싸서 항성의 모든 에너지를 이용하는 상상속의 구조물입니다.
연주 시차와 변광성의 중요성
우주 거리 척도
연주 시차와 변광성은 우주의 거리 척도를 이해하는 데 있어 필수적인 요소입니다. 연주 시차는 가까운 별까지의 거리를 측정하는 데 사용되며, 변광성, 특히 세페이드 변광성은 더 먼 거리를 측정하는 데 사용됩니다.
우주의 구조 이해
이 두 방법을 통해 우리는 우주의 구조와 크기에 대해 더 잘 이해할 수 있습니다. 별과 은하계의 거리를 정확히 측정함으로써, 우주의 확장과 그 역사에 대한 중요한 단서를 얻을 수 있습니다.
항성의 연주 시차와 변광성은 천문학에서 매우 중요한 개념입니다. 이들은 우리가 우주를 이해하고 그 거대함을 측정하는 데 필수적인 도구입니다. 연주 시차를 통해 가까운 별까지의 거리를 측정할 수 있으며, 변광성, 특히 세페이드 변광성을 통해 우주의 더 먼 거리를 측정할 수 있습니다. 이러한 측정을 통해 우리는 우주의 구조와 확장에 대해 더 깊이 이해할 수 있으며, 우주의 신비를 하나씩 밝혀나갈 수 있습니다.
다음에도 도움이 되는 과학이야기로 찾아오겠습니다.