일반지구과학 및 실습

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일반지구과학 및 실습 II

4 주 차 항 성 센 서 스 - 별 의 물 리 량 -

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1. 별의 물리량

밤하늘에 보이는

다양한 별들의 정체를

알아봅시다

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과학으로 답하는 여정을 떠나봅시다!

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우주에 대한 근원적인 질문에… 과학으로 답한다!

천문학

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항 성 센 서 스

4

• 많은 별에 대해 각종 특징들을 면밀하게 측정

• 별의 생애를 이해하는데 결정적인 자료가 무엇인지 가늠할 수 있어야

• 항성센서스: 별들 생애에서 서로 다른 단계에 있는 많은 별들의 스냅샷을 찍는다

• 다양한 삶의 여정에 있는 별들의 물리량을 얻어서 그 별의 현재상태를 진단

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모 든 별 들 은 서 로 다 르 다 !

5

• 색: 청백색 - 빨강색

• 밝기: 밝은 별 – 아주 어두운 별

• 오리온 자리: 여러형태의 별들이 놓여있는 별자리

• 베델규즈: 황적색의 초거성

• 리겔: 청백색 초거성

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별 들 의 주 요 성 질

6

• 색 = 표면온도

• 리겔(파랑) 10,000K

• 태양 (노랑) 6,000K

• 베델규즈 (황적색) 3,000 K

• 스펙트럼 = 화학적 조성

• 리겔, B

• 태양, G

• 베델규즈, M

• 오리온 자리: 여러 형태의 별들이 놓여있는 별자리

• 베델규즈: 오렌지-빨강의 초거성

• 리겔: 청백색 초거성

• 밝기

• 리겔, 60,000 L_Sun

• 베델규즈, 50,000 L_sun

• 질량

• 리겔, 16 M_Sun

• 베델규즈, 20 M_Sun

• 직경

• 베델규즈: 1,000 D_Sun

• 리겔: 7 D_Sun

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거 리

7

• 별센서스를 하는데 가장 중요한 물리량

• 천문학자들이 얻어내는 별의 물리량들중 부정확도가 제일 크다’

• 거리는 너무 커서 광년이라는 단위를 사용

• 1Ly (Iight year) = 9.46 x 10¹² km

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관 측 되 는 별 의 수

8

• 작은 별:

• 쉽게 관측되지 않는다

• 별센서스가 부정확해진다

• 최근 관측결과 갈색왜성같은 작은 별들이 큰 별들보다 더 많다

• 큰 별

• 수는 적지만 먼 거리에서도 관측

• 육안으로 보이는 대부분의 별들은 큰별

태양계 근처에 있는 별들의 광도함수, (태양광도를 1로 표준화)

태양보다 밝은 별 30개의 광도분포

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광 도

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• 광도 L

• 10⁶ L_Sun – 10^-6 L_Sun

• 밝게 보이는 별이 가까이 있고 어두운 별은 멀리 있다?

• NO!

• 아주 밝은 별들은 원래 광도가 아주 높기 때문에 밝은 것

• 가까이 있는 대부분의 별은 원래 아주 어두운 별

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온 도

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• 별은 흑체복사 스펙트럼을 방출

• 빈의 변위법칙

• 별의 연속스펙트럼 분포에서 온도가

높은 별일수록 피이크 파장은 짧아진다

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색

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• 별들의 온도는 서로 다르다

• 같은 색으로 보이지 않는다

• 별들의 색깔을 특정짓는 정량적인 방법을 고안해서 별의 온도를 결정하는데 사용하고 있다

• 색: 필터를 통과한 별의 밝기 (등급)

• U (Ultraviolet): 자외선, 360nm

• B(Blue): 파랑, 420nm

• V(Visual):안시, 540nm

• 색지수 (Color Index)

• 단파장필터 등급 – 장파장 필터 등급

• UBV시스템의 U,B,V등급은 10,000K인 별에서 색지수가 0이 되도록 조정

• 별의 겉보기 밝기는 거리에 따라 달라지지만, 색지수는 거리와 무관하게 일정하다 !

• B-V > 0 : 빨강색 별

• B - V < 0 : 파랑색 별

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질 량

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• 매우 중요한 물리량중 하나

• 질량을 알면 별의 현재상태와 생애 추정가능

• 직접 측정하기 힘들다

• 쌍성구조계에서 간접적으로 추정 가능

• 각각의 별들이 질량중심 주위를 돌고 있다

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질 량

13

D

• 두별의 질량은 케플러 3법칙으로 추정가능

• 주기 P와 타원궤도 장반경 D 그리고 두 별의 질량사이 관계:

D³ = (M₁+M₂) P²

• 쌍성의 장반경과 주기가 관측

• 쌍성계의 질량합

• 두별의 상대적인 궤도 속력이 관측

• 각별의 질량이 바로 추정가능

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안 시 쌍 성

14

• 두개의 별이 망원경으로 관측될 수 있는 쌍성계

• 예: 시리우스 A와 시리우스 B로 구성된 안시쌍성

• 1910년 부터 1990년까지 궤도운동하는 시리우스 쌍성계 (

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15

15 Sirius A and B

•

Sirius A

: 보통별

•

Sirius B

: 백색왜성 동반별

• 궤도는 척도에 맞게 그려졌으나 별의 크기는 과대표현 됨

•

Sirius A

: 태양보다 훨씩 크다

•

Sirius B : 지구정도 크기

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분 광 쌍 성

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• 알려진 대부분의 쌍성들은 분광쌍성

• 두 별들의 거리가 너무 크면 두별이 분해되어 육안관측 가능

• 쌍성성질은 이 별들이 서로를 중심으로 궤도운동을 하면서 나타나는 주기적인 스펙트럼 선의 편이로 관측

• 분광선의 도플러 편이를 관측하여 속도 측정

• 질량 추정 가능

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추 정 된 질 량

17

• 추정된 최대질량

• 태양질량의 100배인 별

• 현재 태양질량의 200배인 별까지 존재할 수 있다고 여겨진다

• 항성의 최소질량

• 태양질량의 1/12배

• 갈색왜성:

• 태양질량의 1/100배에서 1/12배사의의 천체는 핵융합으로 에너지를 방출하는 시간이 아주 짧아서 항성이 되지 못함

• 행성

• 태양질량의 1/100배보다 작은 천체는 행성형성

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지 름

18

• 성식: 위성이 모항성 앞을 지나갈 때 일어남

• 별의 밝기는 식이 진행되면서 점점 약해진다

• 약해지는 시간은 별의 크기에 따라 달라진다

• 쌍성에서 이런 일이 일어날 때 식쌍성이라 부른다

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지 름

19

• 식쌍성계

• 시선방향에 평행으로 놓인 평면에서 궤도운동을 하고 있는 두별

• 그림은 측면에서 관측되고 있다

• 한별은 주기젹으로 다른 한별을 가린다

• 두별에 나오는 합성밝기는 식이 일어날때 감소

• 밝기의 감소되는 정도는 두별의 광도와 상대크기에 따라 달라진다

• Small D = v x (t2 – t1)

• Large D = v x (t3 –t1)

• Small D = v x (t6 – t5)

• Large D = v x (t7 – t5)

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20

1. 겉보기 밝기 2. 등급

3. 색

4. 분광형 표면온도

화학적 성분비

관 측 으 로 부 터 얻 는 물 리 량

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21

1. 겉보기 밝기 2. 등급

3. 색

4. 분광형

9. 표면온도

12. ^{화학적 성분비} 5. 질량

6. 반경 7. 밀도

8. 표면중력

10. 자전속도 11. 자기장

직접관측 크기 유도됨

항 성 의 물 리 량

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항 성 의 물 리 량 측 정 방 법

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• 질량

• 리겔(청색거성) ~ 16x Sun

• 프록시마 센타우리 (적색거성) ~ 0.4x M_Sun

• 크기

• 리겔 ~ 7x R_Sun , 프록시마 ~ 0.6x R_Sun

• 색 =표면온도

• 리겔(파랑) 28,000 K, 태양 (노랑) 6000 K, 프록시마(빨강) 3,500 K

• 분광형=화학적성분비

• 리겔 B, 태양 G, 프록시마 센타우리 M

• 광도

• 리겔 27,000x L_Sun , 트록시마 0.05x L_Sun

보 통 별 의 물 리 량

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색

분 광 형

질량

(태양질량)

크기

(태양크기) 온도 (K) 예 특이한 분광선

가장

청색 O 20 – 100 분자선및

중성금속 40,000 10 Lacertae 이온헬륨선

청색 B 4 - 20 4 - 12 18,000 Rigel, Spica 중성 헬륨

중성수소

청백 A 2 - 4 1.5 - 4 10,000 Sirius 중성수소

백색 F 1.05 - 2 1.1 - 1.5 7,000 Canopus 중성수소

이온화 칼슘 황백 G 0.8 - 1.05 0.85 - 1.1 5,500 Sun,

-Centauri

중성수소

가장 심하게 이온화된 철

황색 K 0.5 - 0.8 0.6 - 0.85 4,000 Tau Ceti 중성금속(카슘,철)

이온화 칼슘 적색 M 0.08 - 0.5 0.1 - 0.6 3,000 Proxima Centauri

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