밝기와 거리

시리우스는 리겔보다 밝게 보이지만 리겔이 내는 빛은 수천 배 많습니다. 리겔이 약 100배 멀리 있기 때문입니다.

두 가지 밝기

식탁 위에 놓인 촛불이 수평선 너머의 등대보다 더 밝아 보일 때가 있습니다. 천문학자들은 이 두 가지 생각을 나누어서 다룹니다. 겉보기 밝기는 별이 여기 지구에서 얼마나 밝게 보이는지를 말합니다. 광도는 별이 실제로 내보내는 빛의 양을 말하며, W나 태양 단위로 잽니다. 시리우스가 밤하늘에서 가장 밝은 별인 데에는 두 가지 이유가 있습니다. 광도가 꽤 크고(앞 단원의 식으로 계산하면 태양의 약 26배), 거리도 8.6광년으로 가깝기 때문입니다. 반면 약 860광년 떨어진 리겔은 태양의 약 12만 배나 되는 빛을 내지만, 우리 눈에는 시리우스보다 어둡게 보입니다.

이 두 가지를 이어 주는 규칙이 역제곱 법칙입니다. 별에서 나온 빛은 공 모양으로 사방에 퍼지고, 공의 겉넓이는 반지름의 제곱에 비례해서 커집니다. 그래서 거리가 두 배가 되면 같은 양의 빛이 네 배 넓은 면적에 퍼집니다. 따라서 1제곱미터에 닿는 빛은 4분의 1로 줄어듭니다. 거리가 열 배가 되면 100분의 1로 줄어듭니다. 리겔은 시리우스보다 860 ÷ 8.6 = 100배 멀리 있습니다. 그래서 거리만으로도 리겔은 10,000배 어두워집니다. 그런데 리겔의 광도는 시리우스 A의 약 4,700배밖에 되지 않습니다. 그래서 결국 리겔이 시리우스보다 더 어둡게 보이는 것입니다.

광년과 파섹

별까지의 거리는 너무나 멀어서 km 단위는 더 이상 쓸모가 없어집니다. 1광년은 빛이 1년 동안 가는 거리로, 약 9조 4,600억 km입니다. 광년은 시간의 단위가 아니라 거리의 단위입니다. NASA에 따르면 프록시마 센타우리는 4.24광년, 다시 말해 약 40조 km 떨어져 있고, 알파 센타우리 A와 B는 4.37광년 떨어져 있습니다. 빛이 오는 데에는 시간이 걸리기 때문에, 우리가 보는 별은 모두 과거의 모습입니다. NASA는 베텔게우스를 예로 듭니다. NASA의 추정으로 약 700광년 떨어진 베텔게우스를 볼 때, 우리는 약 700년 전에 그 별을 떠난 빛을 보고 있는 것입니다.

전문 천문학자들은 파섹이라는 단위를 더 자주 씁니다. 파섹은 가까운 별까지의 거리를 재는 방법에서 바로 나온 단위입니다. 지구가 태양 둘레를 도는 동안, 가까운 별은 훨씬 먼 별들을 배경으로 조금씩 자리를 옮기는 것처럼 보입니다. 한쪽 눈을 감았다가 다른 쪽 눈을 감으면 엄지손가락이 옆으로 옮겨 보이는 것과 같은 원리입니다. 1년 동안 옮겨 간 각의 절반을 연주 시차라고 부릅니다. 시차가 1초각(1도의 3,600분의 1)인 별은 1파섹 떨어져 있고, 1파섹은 약 3.26광년입니다. 식으로 쓰면 거리(파섹) = 1 ÷ 시차(초각)입니다. 프록시마의 시차는 약 0.77초각으로, 모든 별 가운데 가장 큽니다. ESA의 가이아 임무는 10억 개가 훨씬 넘는 별의 시차를 재고 있습니다.

등급

가장 오래된 밝기 눈금은 흔히 그리스 천문학자 히파르코스가 만든 것으로 알려져 있습니다. 전해지는 이야기로는 그가 가장 밝은 별을 1등성이라고 부르고, 자기 눈으로 겨우 보이는 가장 어두운 별을 6등성이라고 불렀다고 합니다. 지금 쓰는 등급도 숫자가 작을수록 밝다는 거꾸로 된 방향을 그대로 이어받았습니다. 그리고 등급 사이의 간격을 정확히 정했습니다. 5등급 차이는 정확히 100배이므로, 1등급 차이는 약 2.512배입니다. 태양의 겉보기 등급은 −26.74이고 시리우스는 약 −1.46이므로, 태양은 시리우스보다 약 130억 배 밝아 보입니다. 절대 등급은 별을 표준 거리인 10파섹에 놓았을 때 얼마나 밝게 보일지를 나타냅니다. 태양의 절대 등급은 +4.83인데, 이것은 어두운 곳에서 겨우 보일 만큼 희미한 별의 밝기입니다.