별의 색과 온도
약 3,600 K인 베텔게우스는 주황빛 붉은색, 약 12,100 K인 리겔은 푸른 흰색으로 보입니다.
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뜨거운 물체는 빛나고, 색이 온도를 알려 줍니다
난롯불에 쇠꼬챙이를 넣어 달구면, 쇠는 처음에 어두운 붉은빛을 내다가 그다음에는 주황빛을, 그다음에는 노르스름한 흰빛을 냅니다. 별도 이와 같은 규칙을 따릅니다. 뜨거운 물체는 모두 여러 파장에 걸쳐 빛을 내는데, 물체가 뜨거울수록 빛이 가장 세게 나오는 파장이 짧아집니다. 이 관계를 빈의 법칙이라고 부릅니다. 식으로 쓰면 가장 센 파장 = 289만 8천 nm·K ÷ 온도입니다. 표면 온도가 5,772 K인 태양이라면 이 값은 약 502 nm가 되는데, 스펙트럼에서 청록색에 해당하는 부분입니다.
그런데 잠깐, 태양은 청록색으로 보이지 않습니다. 빛의 분포 곡선이 아주 넓어서, 태양은 빨강, 노랑, 보라 빛도 많이 내기 때문입니다. 우리 눈은 이렇게 넓게 퍼진 빛을 모두 섞어서 흰색으로 느낍니다. 태양이 노랗게 보이는 것은 주로 지평선 가까이에 있을 때인데, 이때는 공기가 푸른빛을 흩뜨려 없애기 때문입니다. 초록색 별이 없는 이유도 이와 같습니다. 가장 센 빛이 초록색에 있는 별도 빨강과 파랑 빛을 많이 내기 때문에, 이 빛을 모두 섞으면 흰색으로 보입니다. 표면 온도가 약 3,600 K인 베텔게우스처럼 차가운 별은 가장 센 빛이 적외선에 속하는 805 nm 근처에 있습니다. 그래서 이 별이 내는 빛 가운데 눈에 보이는 부분은 빨강과 주황 쪽으로 치우쳐 있습니다. 반대로 약 12,100 K인 리겔은 자외선에 속하는 240 nm 근처에서 빛이 가장 세고, 푸른 흰색으로 보입니다.
뜨거울수록 같은 넓이에서 훨씬 밝습니다
온도는 별 표면의 1제곱미터가 내보내는 빛의 양도 정합니다. 슈테판-볼츠만 법칙에 따르면, 넓이당 나오는 빛의 양은 온도의 네제곱에 비례해서 커집니다. 온도가 두 배가 되면 1제곱미터에서 나오는 빛은 2⁴ = 16배로 늘어납니다. 예를 들어 표면 온도가 약 9,900 K인 시리우스 A는 1제곱미터마다 태양보다 (9,900 ÷ 5,772)⁴ ≈ 8.7배 많은 빛을 냅니다. 별 전체의 광도는 이 값에 별의 표면적을 곱한 것이고, 표면적은 반지름의 제곱에 비례해서 커집니다. 이것을 하나로 합치면 광도(태양 = 1) = 반지름² × (온도 ÷ 5,772)⁴가 됩니다. 모형의 표시값도 바로 이 식으로 계산하고, 다음 단원들도 이 식을 바탕으로 이어집니다.
실제로 천문학자들이 온도 하나를 알아내려고 스펙트럼 곡선 전체를 재는 일은 드뭅니다. 더 빠른 방법이 있기 때문입니다. 푸른빛만 통과시키는 필터와 노르스름한 초록빛인 「안시(visual)」 빛만 통과시키는 필터, 이렇게 두 가지 색 필터로 별을 찍은 다음 두 밝기를 비교하는 것입니다. 이 두 밝기의 차이를 색지수라고 부르고 B−V라고 씁니다. 뜨거운 별은 푸른 필터로 볼 때 더 밝기 때문에 색지수가 작거나 음수입니다. 차가운 별은 색지수가 큰 양수입니다. 태양의 B−V는 약 0.66이고, 아르크투루스는 약 1.23, 알데바란은 약 1.54입니다. 스펙트럼을 잘 연구해 둔 별들을 이용해서 색지수와 온도를 한 번 맞춰 두면, 그다음부터는 사진 두 장만으로도 수천 개 별의 온도를 한꺼번에 어림할 수 있습니다.
O, B, A, F, G, K, M
천문학자들이 별빛을 스펙트럼으로 펼쳐 보면, 군데군데 검은 선이 보입니다. 별의 대기에 있는 원자들이 특정한 색의 빛을 흡수한 자리입니다. 이 선들이 이루는 무늬는 주로 별의 온도에 따라 달라집니다. 하버드 대학 천문대의 애니 점프 캐넌은 예전에 쓰던 알파벳 순서의 분류를 간단하게 정리했습니다. 그 결과가 가장 뜨거운 별부터 가장 차가운 별까지 차례로 늘어놓은 일곱 등급 O, B, A, F, G, K, M입니다. 등급마다 다시 0부터 9까지 열 개의 작은 등급으로 나눕니다. 그래서 태양의 G2는 G5보다 조금 더 뜨겁습니다. 국제천문연맹은 1922년에 캐넌의 체계를 채택했고, 이 체계는 지금도 쓰이고 있습니다.
| 등급 | 표면 온도(K) | 색과 예 |
|---|---|---|
| O | 30,000 이상 | 파랑 |
| B | 10,000~30,000 | 푸른 흰색: 리겔(B8) |
| A | 7,500~10,000 | 흰색: 시리우스 A, 베가 |
| F | 6,000~7,500 | 노르스름한 흰색 |
| G | 5,200~6,000 | 노르스름한 흰색: 태양, 알파 센타우리 A |
| K | 3,700~5,200 | 주황: 아르크투루스, 알데바란 |
| M | 2,400~3,700 | 주황빛 빨강: 베텔게우스, 프록시마 |
O B A F G K M
- 표면이 더 뜨거운 별은 어느 쪽일까요?
- 푸른 흰색 별
- 주황빛 붉은 별
- 같다
- 색으로는 온도를 알 수 없다
- 빈의 법칙(2,898,000 nm·K ÷ T)으로 3,600 K 별의 가장 센 파장을 구하세요. (5 nm 단위)
- 태양(5,772 K)의 가장 센 파장은 몇 nm일까요? (정수)
- 초록색 별이 없는 이유는 무엇일까요?
- 초록색이 가장 센 별도 빨강과 파랑을 많이 내서 섞이면 흰색이 되어서
- 초록빛은 우주를 건널 수 없어서
- 초록 별은 있지만 너무 멀어서
- 수소가 초록빛을 막아서
- 별의 표면 온도가 두 배가 되면 1제곱미터당 빛은 몇 배가 될까요?
- 분광형을 뜨거운 순서대로 놓으세요.
- 태양은 G2 별입니다. 태양보다 조금 차가운 것은 무엇일까요?
- G5
- G0
- F8
- A0
- OBAFGKM 순서를 정리한 사람은 누구일까요?
- 애니 점프 캐넌
- 에드윈 허블
- 아이작 뉴턴
- 갈릴레오 갈릴레이
- 시리우스 A는 약 9,900 K입니다. 1제곱미터당 태양(5,772 K)의 몇 배를 낼까요? (소수 첫째 자리)
- 리겔(약 12,100 K)의 가장 센 빛은 어느 영역일까요?
- 자외선
- 적외선
- 전파
- 초록 가시광선
- 색은 표면 온도를 보여 줌: 푸른 흰색은 뜨겁고, 주황빛 빨강은 차가움.
- 빈의 법칙: 가장 센 파장 = 2,898,000 nm·K ÷ T.
- 1제곱미터당 빛은 T⁴에 비례.
- 광도(태양 = 1) = R² × (T ÷ 5,772)⁴.
- 분광형 O B A F G K M, 뜨거운 순서, 각각 0~9로 나눔.
이 과정의 출처 (14)
- NASA Sun Fact Sheet (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html)
- NASA Sun facts (science.nasa.gov/sun/facts)
- NASA Stars (science.nasa.gov/universe/stars)
- NASA Star types (science.nasa.gov/universe/stars/types)
- NASA What is Betelgeuse (science.nasa.gov/universe/what-is-betelgeuse-inside-the-strange-volatile-star)
- NASA Hubble Betelgeuse dimming (science.nasa.gov/missions/hubble/hubble-finds-that-betelgeuses-mysterious-dimming-is-due-to-a-traumatic-outburst)
- NASA Marshall Watch the Skies Betelgeuse (nasa.gov/blogs/watch-the-skies/2024/09/06)
- ESA/Hubble Sirius B (esahubble.org/news/heic0516)
- NASA Hubble Sirius asset (science.nasa.gov/asset/hubble/the-dog-star-sirius-and-its-tiny-companion)
- NASA SVS Alpha Centauri (svs.gsfc.nasa.gov/20377)
- ESA Gaia HR diagram (sci.esa.int/web/gaia/-/60198-gaia-hertzsprung-russell-diagram)
- NASA Imagine the Universe Life Cycles of Stars (imagine.gsfc.nasa.gov/educators/lifecycles/LC_main3.html)
- NASA Chandra HR diagram (chandra.harvard.edu/edu/formal/variable_stars/bg_info.html)
- NASA Space Math spectral classes (spacemath.gsfc.nasa.gov stars 5Page43).
확인한 날: 2026-10-17