도시에서는 별이 보이지 않을까?

1.도심 속 별

사람들은 도시에서는 별이 보이지 않을 것이라고 생각합니다.

하지만 고개를 들어 밤하늘을 보면 별은 항상 그 자리에서 그렇게 빛을 내고 있기 때문에, 거의 어디서든 별을 볼 수 있습니다. 그 자리에서 항상 빛을 내는 별들을 우리는 항성이라고 합니다. 지금부터 말하려는 별은 우주 공간에 자체 중력에 의해서 동그랗게 모여 있고 그 안에 에너지원이 존재해서 꾸준하고 일정하게 빛을 발하는 천체라고 정의하겠습니다. 그렇지 않은 별도 있지만 여기서 는 이 정의를 만족하는 별에 관해서만 이야기하려고 합니다.

 

천문학은 다른 과학과 달리 실험할 수 없는 학문입니다. 그래서 별에 대해 무엇을 알려고 할 때 우리가 얻고자 하는 정보의 가장 많은 부분을 별빛에서 찾습니다. 요약하면, 별빛에서 얻을 수 있는 정보를 최대한 많이 얻어내, 그것으로부터 별에 대하여 이해하려고 노력하는 것이 천문학입니다. 천문학은 관측의 학문입니다. 관측을 통해 별빛에서 우리가 별에 대해서 무엇을 알 수 있고, 얻어낼 수 있는지부터 살펴보겠습니다. 야심한 밤에 하늘을 보면 빛나는 별을 볼 수 있습니다. 수많은 별 가운데 어느 별은 좀 더 밝아 보이고, 어느 별은 좀 더 어두워 보입니다. 또 자세히 보면 붉은 별도 있고, 푸른 별도 있으며, 하얀 별과 노란 별도 있는 걸 알 수 있습니다. 언뜻 보면 사실 구분이 잘되지 않습니다. 오른쪽 사진은 오리온 별자리를 확대한 것입니다. 별의 색이 좀 더 확연히 구분되는 걸 알 수 있습니다.

 

 

2. 프리즘

빛을 프리즘에 통과시키면 빨주노초파남보로 분산됩니다. 이는 우리 눈이 인식할 수 있는 특정한 파장의 빛을 각각의 색깔로 이름 붙인 것입니다. 실제로는 우리 눈이 보지 못하는 빛이 훨씬 더 많습니다. 흔히 말하는 적외선, 자외선, 엑스선, 감마선 그리고 전파도 모두 빛입니다. 다만 우리 눈이 볼 수 있는 것에만 이름을 붙여 빨주노초파남보라고 부르는 것뿐입니다. 별의 밝기를 구분하고 별의 색깔을 구분할 수 있는 것과 함께 별빛을 모아 프리즘을 통과시키면 거기서 엄청나게 많은 정보를 얻을 수 있습니다.

 

 

여기 태양 빛을 모아 프리즘 통과시켜서 만든 무지개가 있습니다. 이 무지개를 들여다보면 검은 선들이 있습니다. 처음 이 선을 발견했을 때는 무엇인지 몰라 신기하게 여겼습니다. 그래서 검은 선 가운데 진한 선에는 대문자 ABCDE... 을 가는 선에는 소문자를 붙여 구분했습니다. 이후 연구를 통해 이 검은 선의 정체를 밝혀냈습니다.
검은 선이 존재하는지 하지 않는지, 어떤 선이 얼마나 더 진한지, 이런 것이 별빛이 지나온 경로를 따라 그 위치에 어떤 원소들이 어떤 상태로 존재하는지에 대한 정보를 담고 있습니다. 한때 화학과 물리학의 주요 연구 분야였습니다. 그래서 현재는 천문학자들이 별빛 스펙트럼을 만들어서 거기에 있는 검은 선들의 존재 여부, 검은 선의 세기 비율 등에서 별에 대한 많은 정보를 얻어낼 수 있게 되었습니다.
검은 선들이 존재하는지 하지 않는지, 어떤 게 더 센지는 별 표면의 온도, 표면 중력, 구성성분 그리고 자기장과 별이 얼마나 빨리 자전하는가 등에 의해서 결정됩니다. 별빛은 그냥 눈으로 보는 것 말고 파장별로 분석하면 별에 숨어 있는 모든 이야기를 알 수 있습니다.

이 태양 빛 스펙트럼으로부터 많은 것을 알게 되었습니다.
검은 선들을 통해 태양도 지구를 이루는 자연의 92개 원소와 같은 원소가 모여 있다는 것을 알 수 있었습니다. 즉 태양과 지구의 구성 성분이 다르지 않다는 것입니다. 다른 게 있다면 구성 성분비가 다른 것입니다. 예를 들어 지구에는 철이 제일 많고, 산소와 규소도 많지만, 태양은 주로 수소로 차 있고 나머지는 거의 없다는 것입니다.

 

 

3. 별의 색깔과 밝기의 비밀

별 색깔은 별 표면의 온도에 대한 정보를 제공해 줍니다. 어떤 물체이든 모든 파장의 빛을 다 내는데, 온도가 높을수록 모든 파장에 서 더 많은 빛을 발합니다.
다른 온도에 대하여, 파장에 따른 빛의 세기(밝기)를 보여주고 있다고 가정할 때 온도 4,000K, 5,270K, 7,000K로 표시된 3개의 곡선을 보면 모두 모든 파장의 빛을 낸다는 것과 그중 일부분이 우리 눈이 볼 수 있는 특정한 파장 영역인 무지개로 나타나고 있습니다. 그래프에 따르면 별의 온도가 높을수록 모든 색깔의 빛을 더 많이 내고, 동시에 우리 눈이 볼 수 있는 빛 중에서는 상대적으로 짧은 파장의 빛을 더 많이 냅니다.
즉 온도가 높은 별일수록 더 푸르게 보이는 것입니다. 그렇다고 온도가 높은 별이 빨간빛을 내지 않는 것이 아닙니다. 온도가 낮은 별에 비하면 훨씬 많은 빨간빛을 내지만 그보다는 파란빛을 더 많이 내기 때문에 푸르게 보이는 것입니다.
별의 밝기도 우리에게 비밀을 알려줍니다. 별의 밝기는 표면 온도 와 크기 그리고 별과 우리 사이의 거리에 따라 결정됩니다. 별의 색깔은 온도와 관련돼 있습니다. 그리고 온도가 높을수록 더 밝습니다. 그래서 관찰자가 볼 때, 같은 온도라면 가까운 별이 더 밝아 보이고, 같은 거리라면 온도가 더 높은 별이 밝아 보입니다. 거리도 같고 온도도 같다면 더 큰 별이 밝아 보이는 것입니다. 우리와 떨어진 거리는 별의 고유한 성질과는 무관하니 제외하면, 별의 밝기로부터 온도와 반경에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

 

4. 붉고 큰 별의 이유

그렇다면 여기서 의문이 생깁니다. 붉고 크게 태어나서 존재하는 별은 누가 왜 그렇게 결정하느냐입니다. 또 다른 하나는 별들은 태어나 변화하는데, 그 와중에 이 위치에서 머무는 시간이 길기 때문에 우리가 볼 수 있는 별들 대부분이 이 위치에서 관측되는 것이라는 추측입니다.

 

별들이 몇 개 없는 위치는 그 위치에 머무는 시간이 짧아서라고 설명할 수 있습니다. 하나의 별이 태어나서 죽는 일생을 지속해서 관찰하기에는 우주의 한 지점에서 짧은 순간을 사는 인간의 일생이 그리고 인류의 역사가 너무 짧습니다. 하지만 다양한 단계에 있는 우리 주위의 많은 별의 지금 한순간의 모습은 볼 수 있습니다.