항성은 무엇인가?

항성(붙박이별)은 중력에 의해 뭉쳐진 대량의 플라즈마를 가지고 밝게 빛나는 구형 천체입니다. 보통 별이라고 합니다. 지구에서 가장 가까운 항성은 지구 상의 대부분의 에너지를 공급하는 태양입니다. 지구에서는 밤하늘에서 다른 별들을 볼 수 있지만 낮에는 태양 빛 때문에 보이지 않습니다. 항성은 중심부의 핵융합 반응에 의해 풀려난 에너지가 내부를 통해 방출되면서 빛을 발합니다. 우주에서는 수소와 헬륨보다 무거운 대부분의 물질들이 항성 안에서 만들어졌습니다.
별의 분광형과 밝기, 우주에서의 고유 운동을 통해 항성의 질량, 나이, 화학적 구성 등을 알아낼 수 있습니다. 이 가운데 질량은 항성의 진화와 운명을 결정하는 가장 중요한 변수입니다. 질량 외에도 항성의 특성을 결정하는 요인으로는 진화 과정과 반지름, 자전 주기, 고유 운동, 표면 온도 등이 있습니다. 헤르츠스프룽-러셀 도표는 밝기와 표면 온도에 기초한 항성의 분포를 보여주고 있으며 이 도포는 특정 항성의 나이와 진화 단계를 보여줍니다.
항성은 수소, 헬륨 그리고 기타 중원소들로 이루어져있는 성간 구름이 붕괴될 때 생성됩니다. 중심핵이 충분히 뜨거워지면, 수소 중 일부는 핵융합을 통해 헬륨으로 전환되기 시작한다고 합니다. 나머지 수소 물질은 핵에서 대류 및 복사 과정을 통해 생성된 복사 에너지를 외부로 옮깁니다. 항성은 안쪽에서 바깥쪽으로 작용하는 복사압과 자체의 중력 사이에서 균형 상태에 있습니다. 중심핵의 수소가 모두 소진되면 태양의 질량의 0.4배가 넘는 항성은 적색 거정으로 진화하는데 그 단계에서 항성은 중심핵이나 중심핵 주변에서 여러 중원소를 태웁니다. 항성은 수명이 다하면 다시 수축되어 질량을 우주로 방출합니다. 방출된 물질은 이전보다 중원소 함량이 많아 새로운 별을 만드는 재료로 재활용됩니다.
홑 별(단독성)은 스스로 고립되어 다른 항성에 중력적으로 얽매이지 않는 별입니다. 우리의 태양은 전형적인 홑 별입니다. 한편 쌍성 또는 다중성계는 중력에 의해 둘 이상의 항성이 묶여있는 구조로 대개 질량의 중심을 기준으로 안정된 궤도를 형성하여 회전합니다. 만약 두 별이 비교적 가까운 궤도를 돌고 있다면 상호작용하는 중력은 항성 진화의 과정에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.


항성의 관측사는 어떻게 될까?

역사적으로 항성은 인간 문명과 밀접하게 연관되어 왔습니다. 인간은 항성을 종교적인 제안의 대상으로 간주하거나 천체를 이용한 항해와 방위를 판단하는데 이용했습니다. 고대 천문학자들은 항성들이 영원히 움직이지 않고 천체에서 영원히 살고 있다고 생각했다고 합니다. 천문학자들은 합의에 의해 항성을 별자리에 묶어 행성과 태양의 움직임을 예측했다고 합니다. 인간은 하늘의 별을 기준으로 태양의 움직임을 관찰하여 태양력을 만들어 정기적으로 농업 활동을 수행하는데 이용했습니다. 현재 전 세계에서 널리 사용되는 그레고리력은 가장 가까운 항성인 태양에 대한 지구의 자전축 각도에 기초한 달력입니다.
가장 먼저 믿을만한 별의 기록을 남긴 나라는 기원전 1534년 고대 이집트였습니다. 이슬람 천문학자들은 많은 별들의 이름을 아랍어 이름을 따서 지었는데 그중 많은 별들은 여전히 불려지고 있습니다. 그들은 항성의 위치를 관찰하고 예측할 수 있는 많은 천문 관측기구들을 발명했습니다.
1019년 천문학자 아부 라이한 알 비루니는 우리 은하를 성운 형태의 항성들이 모여 만들어진 것으로 묘사했다고 합니다.


일반적으로 항성은 외관상으로는 거의 변하지 않지만 중국의 천문학자들은 새로운 별들이 나타난다는 것을 발견했습니다. 튀코 브라헤와 같은 초기 유럽 천문학자들은 밤하늘에서 새로운 천체를 발견했고 후에 그것을 '신성'이라고 명명했습니다. 1584년 조르다노 브루노는 밤하늘의 별들은 태양과 같고 그들 자신의 행성을 가지고 있으며, 그들 중 일부는 지구와 같은 천체를 가지고 있다고 주장했습니다. 브루노의 주장은 고대 그리스의 철학자 데모크리토스나 에피쿠로스에 의해 이미 언급되었습니다. 17세기에 이르러 별이 태양과 같다는 사실은 천문학자들에게 확실한 이론으로 받아들여졌습니다. 태양 주위의 별들이 태양계 중력에 영향을 미치지 않는 이유에 대해 아이작 뉴턴은 항성이 모든 방향으로 고르게 분포되어 있기 때문이라고 설명했습니다. 이 주장은 신학자 리처드 벤틀리에 의해서도 제기되었습니다.
이탈리아의 천문학자 제미니아노 몬타나리는 1667년 알골의 밝기 변화를 기록했습니다. 에드먼드 핼리는 지구 근처에 있는 한 쌍의 고정된 별들이 고유 운동을 보여주는 것을 측정했습니다. 이 별들은 고대 그리스의 천문학자 프톨레마이오스와 히파르코스가 살았던 곳에서 일정량 이동했습니다. 항성까지의 거리를 처음으로 직접 측정한 것은 1838년 프리드리히 베셀이 시차를 이용해 11.4광년 떨어진 곳에서 백조자리 61을 측정한 것입니다. 시차 관측 결과 항성과 지구 사이의 거리는 매우 긴 것으로 나타났다고 합니다.


윌리엄 허셜은 밤하늘의 항성의 분포를 측정한 최초의 천문학자였습니다. 1780년대에 그는 600개의 방향을 기준으로 각 구역의 시선에 따라 관측된 별들의 수를 세었다고 합니다. 이렇게 해서 그는 우리가 은하수의 중심을 향해 나아갈 때 별의 밀도가 증가하고 있다는 것을 발견했습니다. 윌리엄 허셜의 아들 존 허셜은 아버지의 연구를 물려받아 남반구의 하늘에서 같은 일을 하였으며, 남반구가 은하 방향으로 점점 더 별이 많아지고 있다는 것을 알게 되었습니다. 윌리엄 허셜은 일부 별들이 그들의 시선과 일치하지 않고 동반 천체를 거느린 쌍성 구조를 가지고 있다는 것을 발견했습니다.
요세프 폰 프라운호퍼와 안젤로 세키가 항성 분광기의 지평을 열었습니다. 그들은 태양과 시리우스의 스펙트럼을 비교하여 스펙트럼에 나타나는 흡수선의 수와 세기가 다르다는 것을 발견했습니다. 1865년 안젤로 세키는 그 항성들을 분광 측정법에 따라 분류했습니다. 그러나 근대의 항성 분류의 틀은 1900년대에 미국의 천문학자 애니 점프 캐넌에 의해 확립되었습니다.


19세기에 쌍성 관측 분야는 천문학 내에서 두각을 나타냈습니다. 1834년 프리드리히 베셀은 시리우스의 고유 운동에 변화가 있다는 것을 발견하고 숨겨진 동반성의 존재를 예측했습니다. 에드워드 피커링은 1899년 104일마다 미자르의 스펙트럼 라인이 분할되는 것을 근거로 하여 분광 쌍성의 존재를 처음 입증했습니다. 천문학자인 윌리엄 스트루베와 셔번 웨슬리 버넘은 많은 쌍성계에 대한 데이터를 관찰하고 정리했습니다. 1827년 펠릭스 사바리는 망원경 관측을 통해 쌍성계의 공전 궤도 문제를 해결했습니다.
20세기에 접어들면서 항성 관측의 발달 속도가 매우 빨라졌습니다. 이 시기에 개발된 사진은 귀중한 천문학적 관측의 도구 역할을 하게 됩니다. 카를 슈바르츠실트는 항성의 겉보기 등급과 사진 등급을 비교하여 색과 온도를 측정할 수 있다는 것을 발견했습니다. 광전 광도계의 발명은 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 다른 파장의 밝기를 측정할 수 있게 했습니다. 1921년 앨버트 미어컬슨은 윌슨산 천문대의 간섭계를 이용하여 처음으로 항성의 반지름을 측정하였습니다.
20세기 초에는 항성의 물리적 분류에 대한 중요한 기준이 마련되었습니다. 1913년 헤르츠-스프풍-러셀 도표가 개발되면서 천체물리학의 발전에 박차가 가해졌습니다. 항성의 내부 및 진화를 설명하는 성공적인 모형들이 개발되었습니다. 양자 물리학의 발달과 함께 항성의 스펙트럼적 양상을 합리적으로 설명할 수 있는 이론이 개발되었습니다. 이로써 항성 대기의 화학적 구성을 알아낼 수 있었다고 합니다.
초신성을 제외하고는 인류가 알고 있는 대부분의 별들은 우리 은하 내부의 국부 은하와 우리 은하의 관측이 가능한 부분에 속합니다. 그러나 M100의 일부 별들은 지구에서 약 1억 광년 떨어진 처녀자리 성단에서 관측되었습니다. 현재 국부 슈퍼 은하의 하부에 있는 성단에서 수억 광년 떨어져 있는 국부 은하단 내의 개별 항성을 망원경 수준에서 관측할 수 있습니다. 그러나 국부 초은하단 너머의 모든 별과 성단을 보는 것은 불가능합니다. 하지만 최근 약 10억 광년 떨어진 거대한 성단을 촬영하는 데 성공했다고 합니다. 이 성단은 수백 개에서 수천 개의 항성들로 이루어져 있습니다. 그 성단은 지금까지 관측된 것 중 가장 먼 성단보다 10배 더 멀다고 합니다.


별의 이름은 어떻게 지어졌을까?

별자리 개념은 고대 바빌론 제국 시대에 이미 존재했던 것 같습니다. 옛 하늘을 관찰하면서 사람들은 특정 모양으로 놓인 별들을 보고 그것을 자연물 혹은 신화적 인물들과 연결시켰습니다. 이러한 별자리들 중에서 황도 근처에 있는 12개는 점성학의 기본 요소가 되었습니다. 많은 별들은 아랍어나 라틴어 이름을 가지고 있습니다.
태양과 특정 별자리처럼 별들은 그들만의 고유 신화를 가지고 있습니다. 별은 죽은 사람이나 신의 영혼으로 여겨졌습니다. 전형적으로 알골은 고르곤 메두사의 눈의 상징이었습니다.
17세기 별자리의 이름은 그 지역의 별 이름을 따서 지어졌습니다. 독일의 천문학자 요한 바이어는 성도를 만들고 각 별자리 영역 내의 별의 밝기를 바탕으로 그리스 문자를 붙였습니다. 그 후 영국의 천문학자 존 플램스티드는 아라비아 숫자를 사용하여 플램스티드를 명명하는 방법을 개발합니다. 그 후 여러 성표가 만들어짐에 따라 다양한 항성 목록 분류 방법이 개발되었다고 합니다.
오늘날의 과학계에서 항성이나 다른 천체의 이름을 짓도록 허가된 조직은 국제천문연맹입니다. 현재 많은 기업들이 돈을 받고 별 이름을 짓는 작업을 하고 있지만 이들의 이름은 과학계에서 인정받지 못하고 있습니다. 과학계에선 이런 민간기업을 별 이름을 붙이는 과정에 익숙하지 않은 시민들을 사기 치는 집단으로 보는 시각이 많다고 합니다.

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