(1) 별의 표면 온도와 크기-별의 표면 온도와 광도를 이용하여 별의 크기를 구할 수 있다.- 별의 분광형과 표면 온도의 관계를 설명할 수 있다.- 별을 표면 온도와 광도에 따라 분류할 수 있다.(1)별의 표면 온도와 크기의 머리글자 이번 소단원부터는 3단원 ‘우주’에 대한 내용을 배웁니다.blog.naver.com 3 단원별 표면온도와 크기 – 출제유형과 학습방법, 별의 물리량 기초(필수)
들어가기 전 해당 내용은 지구과학1 교육과정을 벗어나는 내용으로 관측이 무엇을 제시하고 이를 통해.blog.naver.com 3 단원 개념 심화 – 관측의 기초(참고)
③ 별의 광도와 크기 – 별의 방사선 작(1) 슈테판 볼츠만 법칙: 흑체가 단위 시간당 단위 면적당 방출하는 에너지량은 표면 온도의 4제곱에 비례합니다. 식은 다음과 같이 나타냅니다. 항성(흑체)을 둘러싼 항성 표면의 단위 면적소에서 단위 시간당 방출하고 있는 에너지량을 의미하며, 이 에너지는 오로지 온도에만 의존하는 것을 알 수 있습니다. (2) 항성 광도: 단위 면적에 대해 항성 표면을 모두 적분하면 항성 표면 전체에서 단위 시간 방출하는 에너지량이 되는데, 이를 광도라고 합니다. 따라서 광도식은 구의 단위 면적이 모두 적분되어 나타낼 수 있게 되므로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.L, R, T를 제외하고는 모두 상수이기 때문에 우리는 이 식을 통해 항성의 광도, 온도, 반지름 두 가지 물리량을 알고 있으면 나머지 하나의 물리량을 알게 됩니다.
- 별의 등급과 광도관계(1) 겉보기 등급과 절대 등급: 별의 등급은 별의 밝고 어두움에 대한 정도를 나타내는 척도를 의미하며 숫자가 작아질수록 별의 밝기는 증가하게 됩니다. 별의 밝기는 거리에 따라 달라지지만 아무리 어두운 별이라도 지구와 가까이 위치하면 밝아 보일 것이고 아무리 밝은 별이라도 아주 먼 곳에 위치하면 지구에서는 어두워 보일 것입니다. 이 차이를 구별하기 위해 천문학자는 겉보기 등급과 절대 등급을 활용하게 됩니다.
- ㉠ 겉보기 등급: 겉보기 등급은 지구의 관측기기(혹은 사람의 눈)에서 관측한 밝기입니다. 따라서 외형 등급은 지구와 별의 거리에 따라 달라지기 때문에 그 별의 절대적인 밝기를 알 수 없습니다.
- ㉡ 절대등급: 모든 별이 지구에서 10pc(파섹, 32.6광년) 거리에 위치한다고 가정했을 때 그때 별의 밝기를 등급으로 나타낸 것을 의미합니다. 일정한 거리에 위치한다고 가정했기 때문에 별의 실제 밝기를 알 수 있습니다.
(2) 포그슨 방정식: 천문학에서는 오래전부터 히파르코스라는 사람에 따라 별의 등급을 1~6등급으로 나누어 밝기를 비교했습니다. 이후 과학기술이 발전함에 따라 별의 밝기에 대해 정확히 측정 가능했을 때 포그슨이라는 천문학자는 1등급과 6등급의 밝기 차이가 100배가 된다는 것을 발견했습니다. 따라서 한 클래스 간의 밝기 차이는 약 2.5배임을 알 수 있습니다.또, 이것에 의해 별 1과 별 2의 겉보기 등급을 m1, m2, 광도를 l1, l2로 할 때의 관계를 유도하면,
[참고 자료 2] 포그슨 방정식의 유도 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
(3) 거리 지수: 포그슨 방정식을 응용하면 겉보기 등급과 절대 등급 사이의 관계를 얻을 수 있습니다.거리 지수에 대한 유도는 개념 심화 과정에서 다루도록 합니다.
- 별의 광도계급(1) 요키스 분광분류: 별을 표면온도만을 이용하여 만든 분광형은 분광형이 같아도 별의 반경에 따라 흡수선의 선폭이 달라진다는 것을 발견했습니다. 따라서 표면 온도만으로는 별을 분류하기 어려우며, 요키스 천문대의 모건과 키넌은 광도에 따라 별을 분류했는데, 이를 요키스 분광 분류라고 합니다.
(2) 광도와 흡수선의 관계: 같은 파장대의 흡수선에 대하여 별의 광도와 반경이 증가할수록 흡수선 폭은 좁아지고 세기는 강해집니다.
(3) 광도 계급: 요키스 분광 분류에 따라 분류된 별은 광도 계급으로 나뉘는데 단위는 로마 숫자로 사용되며 숫자가 커질수록 광도와 반지름이 작아집니다. 또 별의 광도는 표면온도와 반경에 따라 결정되므로 표면온도(분광형)가 같아도 반경이 커져 광도가 같을 수 있습니다. 별의 표면 온도와 광도를 2차원 형태로 나타내면 별의 표면 온도, 광도, 반경을 동시에 비교할 수 있습니다. 이것은 다음 소단원에서 배우게 됩니다.
광도계급은 꾸준히 선사로부터 묻는 형태로 나오고 있기 때문에 무조건 외워야 합니다.
[참고자료3] H-R도와 광도계급(4) 태양의 물리량: 태양은 표면온도가 약 5,800K인 주계열별에 해당하므로 태양의 분광형과 광도계급 G2V입니다. 또한 태양은 분광형이 G형이기 때문에 노랗고 이온화된 칼슘 흡수선이 가장 강하게 나타납니다. 태양의 절대등급은 4.3등급이고, 외형등급은 -26.3등급입니다.
태양과 관련된 물리량은 무조건 외우는 것이 중요합니다.
3단원 내용은 어려울 수 있으니 이해가 안 되는 부분은 언제든지 댓글로 물어주시면 바로 답변드리겠습니다.