별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 1/16 태양 태양계 별(항성) 은하계... 이 장에서는... 1. 별 멀리 있는 태양 2. 별의 특징과 분류 3. H-R 도표 4. 별의 일생 5. 변광성, 성단과 성운
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 2/16 별 멀리 있는 태양 (붙박이) 별 / (Fixed) Star / 恒星, 星 /... / Stella Stellar /... 천구에 고정된 것으로 인식: 움직이는 별(행성)에 대비 별자리(constellations)를 구성 (천구의 영역 구분; 88 개) 밝은 별들의 관례적인 이름 [고유명] 베텔쥬스, 리겔,... (Betelgeuse, Rigel,...) [밝기] 오리온 자리 알파, 베타,... (α Ori, β Ori,...) [위치] 오리온 자리 58 번, 19 번,... (58 Ori, 19 Ori,...) <참고> 오리온 자리의 별들 리스트
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 3/16 별 멀리 있는 태양 플라즈마 상태의 밝고 뜨겁고 무거운 구형 천체 별은 멀리 있는 태양 밤하늘에 보이는, 즉 우주를 밝히는 기본 광원 은하계(galaxy)라는 소우주를 구성하는 기본 단위 갯수는 수 천 억의 수 천 억 배 한 은하계의 별 수 * 은하계의 수 대부분의 별은 짝 또는 무리를 지어 존재 짝별 또는 연성계(multiple-star system), 또는 성단(clusters)의 구성원 우주의 물질 공장: 가장 가볍고 단순한 물질인 수소를 이용해 나머지 모든 무거운 물질들을 조립 우리는 별의 재로부터 태어났다. 각각 다양한 형태의 행성계를 거느림
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 4/16 별 멀리 있는 태양 별을 측정하고 분류하기 위해 별도의 물리량 기준들을 정의 거리(distance) 광년(light years; ly): 빛이 1 년 동안 도달하는 거리 1 광년 = 9.46 1012 km (약 10조 km) = 63,241 AU 파섹(parsecs; pc): 연주 시차가 1 초인 지점까지의 거리 1 파섹 = 3.26 ly 질량, 빛 방출, 반지름, 연성계의 규모 M : 태양의 질량에 대한 비 L : 태양의 빛 방출(단위 시간당 에너지 방출량)에 대한 비 R : 태양의 반지름에 대한 비 AU: 천문 단위 연성계 또는 각 별이 거느리는 행성계의 규모
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 5/16 별의 특징과 분류 나이, 세대, 그리고 화학적 조성 별이 함유한 금속 성분의 비(metallicity)는 별의 나이 및 세대와 연관 ( 금속 성분은 별에서 만들어지므로!) 종족 III 태초의 별은 금속 성분이 거의 없거나, 중심부에만 있으므로 관측 불가능 종족 II 그 다음 세대의 별은 약간의 금속 성분 보유 종족 I 현 세대의 별은 다양한 금속 성분을 비교적 많이 보유 (행성계에서도 지구형 행성 포함 가능) 질량과 반지름 별의 질량과 반지름은 별의 일차적인 분류 기준 초거성, 거성, 태양 규모, 왜성 표면 온도와 색깔, 그리고 밝기 현 세대 별(Population I)의 연구에 가장 중요한 특징 헤르츠스푸룽-러셀 도표(H-R diagram)로 체계화
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 6/16 별의 특징과 분류 Hertzsprung-Russell 도표 별의 표면 온도(색깔) 축 빛 방출량(절대 등급) 축 도표 상에서 별의 분포는 매우 특징적
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 7/16 별의 특징과 분류 별의 표면 온도(색깔)와 복사 에너지의 관계 전체 에너지량은 표면 온도의 네 제곱에 비례 (슈테판-볼츠만 법칙) M G O 표면 온도와 복사 에너지의 최대값 파장은 반비례 (빈의 변위 법칙)
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 8/16 별의 특징과 분류 별의 밝기 비교 실시 등급(apparent magnitude): 지구 기준에서의 겉보기 등급 별의 실제 밝기와는 무관 등급 6 등급 5 등급 4 등급 3 등급 2 등급 1 등급 상대 밝기 1 2.51 2.52 = 6.25 2.53 = 약 16 2.54 = 약 40 2.55 = 약 100 절대 등급(absolute magnitude): 별을 10 pc 거리에 두었을 때의 환산 등급 H-R 도표에서 쓰이는 기준 별 실시 등급 거리 (pc) 절대 등급 태양에 대한 상대 밝기 Sun -26.74 4.84813 10-6 4.83 1 Sirius -1.44 2.6371 1.45 22.5 Arcturus -0.05 11.25-0.31 114 Spica 0.98 80.39-3.55 2250 별의 표면 온도와, 표면적의 크기에도 관계: 보기) H-R 도표에서 초거성들의 절대 광도는 서로 비슷하지만, (표면 온도) 청색 초거성 > 적색 초거성 (반지름) 청색 초거성 < 적색 초거성.
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 9/16 별의 일생 일반적으로 별의 일생(life cycle of stars)은 탄생할 당시의 질량에 의해 결정 태양과 비슷한 질량 주계열성 적색 거성 신성 폭발 중심핵은 백색 왜성, 본체는 행성상 성운 태양보다 무거운 질량 청색 초거성 적색 초거성 초신성 폭발 중심핵은 중성자성*블랙홀, 본체는 성운 형태로 빠르게 팽창(초신성 잔해)
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 10/16 이중성; 다중성; 연성계 이중성(연성, 짝별; double star): 서로의 중력에 직접적으로 HD 98800 A 영향받을 정도로 인접한 별들 다중성(multiple star): 이중성(binary star), 삼중성(triple -), 사중성(quadruple -)또는 그 이상의 인접한 별들 구성원들 사이의 거리는 수 천문단위(AU) 내지 HD 98800 B 수 백 천문단위, 또는 그 이상이 될 수도 있음 (만유인력 은? 두 천체의 질량 의 곱에 비례 & 거리 의 제곱에 반비례) 육안으로 식별 가능한 극소수 망원경으로 상당수 확인 분광학적 분석을 통해(별빛의 스펙트럼) 추가 로 확인 우리 은하계 내의 대부분의 별들은 연성계(또는 성단)를 이루는 것으로 추측 ( 태양은 solo...) 다중성계(연성계; multiple star system)에 속한 별들의 운동: 서로의 질량 중심을 공전 센타우르스 자리 알파별(α Centauri), 북극성(Polaris), 시리우스(Sirius),... 등 잘 알려진 별들도 보통 연성계
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 11/16 변광성 변광성(variable star): 자신의 내부 상태 또는 외부 환경에 의해 밝기가 변하는 별 내부 요인에 의한(intrinsic; 내적) 변광성 별의 진화 과정에서 표면 활동(즉, 내부 활동)의 규칙적(또는 불규칙적) 변화로 나타나는 변광 청색 내지 백색 초거성들 중 일부가 보이는 안정적이고 규칙적인 변광 펄스형 (pulsating) ex> 세페이드형 변광성(Cepheid variables); 우주의 표준 등불(standard candle)! 진화의 마지막 단계에서 팽창과 수축을 반복하는 적색 거성이 보이는 장주기 변광 ex> 미라형 변광성(Mira variables); 태양의 미래 모습? 분출형 (eruptive) 폭발형 (explosive) 아직 주계열 단계로 들어서기 전의 갓 태어난 별들이 안정화 과정에서 보이는 변광 적색 왜성의 표면에서 일어나는 (보통 불규칙적인) 플레어 진화 마지막 단계에서 일어나는, 물질과 에너지의 파국적인 분출 ex> 신성(nova), 초신성(supernova)
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 12/16 변광성 H-R 도표에 나타난 (내적) 변광성 영역 ( ) 세페이드 변광성: 외부 은하계의 거리 척도
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 13/16 변광성 외부 요인에 의한(extrinsic; 외적) 변광성 별의 실제 변광과는 무관하게 기하학적 형태 내지 다른 별과의 관계로 인한 변광도 가능 (지구 기준에서) 자전형 (rotating) 편평도가 높은(많이 찌그러진) 별의 자전축이 큰 세차 운동을 하는 경우 표면의 이질적인 영역(흑점)이 상당히 넓은 경우 지구에서 봤을 때 서로 겹쳐 보이는 궤도를 가진 연성계 일식형 (성간식형; eclipsing) ex> 알골형 변광성(Algol variables) 성간식을 일으킬 정도로 가까운 이중성계에서는 질량 이동 등 특이 현상도 가능 <참고 링크> 식 이중성(eclipsing binary) 행성 통과? (planetary transit) 다른 이유로 설명될 수 없는 변광 현상은 외계 행성에 의한 일식 효과일 수도 있음
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 14/16 성단 성단(stellar cluster): 서로의 중력으로 느슨하게 묶여 있는 별의 무리 별의 집단성: 연성계 성단 성협... 은하계 은하군 은하단 우주 비교적 명확히 구별되는 두 가지 유형: 산개 성단(open cluster)과 구상 성단(globular cluster) 주로 현 세대; 갓 태어난 젊은 별들의 집단 (수 백 이내) 이전 세대; 늙은 별들의 집단 (수 백 내지 수 천 이상) NGC 290 M80
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 15/16 성운 성운(nebula; (pl.) nebulae): 별 사이의 구름 또는 안개; 별의 구름(X) 성간 먼지와 원자(수소, 산소 등), 플라즈마 등의 집합체 이전 세대 별의 잔해 & 다음 세대 별과 행성계의 재료 스스로 빛을 내는 경우(발광), 주위 항성에 의해 빛나는 경우(반사), 빛을 차단하는 경우(암흑) 등으로 구분 발광 성운 (Omega nebula) 반사 성운 (Pleiades; 산개 성단) 암흑 성운 (Horsehead nebula)
별 멀리 있는 태양 * 제 7 장 * 16/16 성운 형태와 기원에 따른 분류도 가능 행성상 성운 (Cat's eye nebula) 원시 행성형 성운 (Egg nebula) 초신성 잔해 (Crab nebula) (행성계의 형성과는 무관; protoplanetary disk!= nebula) <참고 링크> 다양한 성운들 모음