별의 크기

시리우스 B는 별 하나인데도 지구보다 조금 작고, 베텔게우스는 태양보다 약 700배 넓습니다.

지구만 한 별부터 궤도만 한 별까지

모형을 맨 왼쪽부터 차례로 보세요. 희미한 푸른 공은 시리우스 B입니다. 시리우스 B는 우리 하늘에서 가장 밝은 별인 시리우스의 짝별입니다. ESA에 따르면 이 별의 지름은 12,000 km로, 지구의 지름 12,742 km보다 조금 작습니다. 그런데도 질량은 태양의 98%나 됩니다. 시리우스 B는 백색 왜성인데, 연료를 다 써 버린 별의 중심핵이 남은 것입니다. 바로 옆의 지구는 시리우스 B보다 조금 더 큽니다. 그다음에는 목성이 나오고, 이어서 적색 왜성 프록시마 센타우리가 나옵니다. 프록시마는 너비가 태양의 약 7분의 1이고, 목성의 약 1.5배입니다.

슬라이더를 계속 옮기면 태양이 나타납니다. 그다음에는 4.37광년 떨어진 태양 같은 별인 알파 센타우리 A가 나오고, 이어서 시리우스 A가 나옵니다. ESA는 시리우스 A의 지름을 240만 km로 적고 있는데, 이것은 태양의 약 1.7배입니다. 그다음에 나오는 베가는 시리우스 A보다 또 조금 더 큽니다. 이 별들은 모두 중심에서 수소를 태우는 주계열성입니다. 그리고 주계열에서는 질량이 늘어나도 크기가 천천히만 커집니다. 크기가 크게 뛰어오르는 것은 주계열을 떠난 별들입니다. 아르크투루스는 태양 약 25개를 늘어놓은 너비이고, 알데바란은 약 45개, 푸른 초거성 리겔은 약 79개입니다.

태양 자리에 베텔게우스를 놓으면

맨 오른쪽에는 적색 초거성인 안타레스와 베텔게우스가 있습니다. NASA 마셜 우주비행센터 팀은 베텔게우스의 반지름을 태양 반지름의 약 724배로 추정합니다. 이 값을 실제로 곱해서 계산해 보면 724 × 695,700 km ≈ 5억 400만 km이고, 이것은 3.37 AU입니다. 여기서 1 AU는 지구와 태양 사이의 거리인 1억 4,960만 km로, 태양 반지름 215개에 해당합니다. 모형에서 「행성 궤도」를 켜 보세요. 베텔게우스는 수성, 금성, 지구의 궤도를 차례로 삼키고, 1.52 AU에 있는 화성의 궤도까지 삼킵니다. 그리고 표면이 주 소행성대 너머까지 닿습니다. 하지만 5.2 AU에 있는 목성의 궤도는 그 바깥에 그대로 남습니다.

NASA의 어떤 페이지에는 베텔게우스가 「목성 궤도 너머까지 뻗는다」고 적혀 있습니다. 그렇게 되려면 반지름이 태양 약 1,120개만큼 커야 합니다. 예전 측정에서는 실제로 그런 값이 나온 적이 있고, 지금도 몇몇 측정은 그런 값을 냅니다. 두 가지를 정확히 정하기가 어렵기 때문입니다. 첫째는 거리입니다. NASA 페이지마다 약 548광년이라고 하기도 하고 약 700광년이라고 하기도 합니다. 별의 크기는 하늘에서 보이는 너비에 거리를 곱해서 구합니다. 그래서 거리가 30% 달라지면 반지름도 30% 달라집니다. 둘째는 별의 가장자리가 어디냐는 것입니다. 초거성의 바깥층은 서서히 옅어지며, 파장마다 다르게 보입니다. 그러니 초거성의 크기는 어느 숫자 하나든 오차 범위가 넓은 추정값으로 받아들여야 합니다.

너비, 부피, 밀도

부피는 반지름의 세제곱으로 커집니다. 그래서 태양보다 724배 넓은 별의 부피는 태양의 724³배, 약 3억 8천만 배가 됩니다. 그런데 NASA는 베텔게우스의 질량을 태양의 약 15배로만 봅니다. 그래서 이 별의 평균 밀도는 아주아주 낮습니다. 태양 15개만큼의 질량을 그 큰 부피 속에 고르게 펼치면, 1세제곱미터에 약 0.00006 kg밖에 되지 않습니다. 이것은 우리 둘레에 있는 공기보다 약 2만 배나 옅은 밀도입니다. 백색 왜성은 이와 정반대입니다. 시리우스 B는 태양에 가까운 질량을 지구만 한 공 안에 꽉 채워 담고 있습니다. 그래서 평균 밀도가 1세제곱미터에 약 20억 kg이나 됩니다. NASA는 이것을 이렇게 표현합니다. 백색 왜성 물질을 한 찻숟가락만 떠도 픽업트럭보다 무겁다는 것입니다.