통합과학 중2 별과 우주

별과 우주(중2)

별의 거리와 밝기, 별의 진화 과정 및 은하의 종류와 우주의 구조를 이해한다.

별은 스스로 빛을 내는 천체로 태어나 진화하다 사라지며, 별들이 중력으로 모인 것이 은하이고, 그 은하들이 모여 우주의 거대한 구조를 이룹니다.

태양은 특별한 존재가 아니라 우리은하에 있는 수많은 별 중 하나입니다. 태양계를 다 배웠다면, 이제 그 태양 자체가 어떤 존재인지 묻는 단계로 넘어가는 것입니다.

쉽게 말하면

태양계와 행성의 운동과 케플러 법칙에서 태양을 중심에 두고 도는 천체들을 살펴봤습니다. 이제 시야를 태양계 바깥으로 넓히면, 태양도 스스로 빛을 내는 별 하나일 뿐임을 알게 됩니다. 별과 행성의 결정적인 차이는 스스로 빛을 내는가입니다. 별은 중심부에서 수소가 핵융합하며 막대한 에너지를 만들어 스스로 빛나고, 행성은 그 빛을 반사할 뿐입니다.

별을 관찰할 때 가장 먼저 배워야 할 것은 '밝게 보인다'와 '실제로 밝다'가 다르다는 사실입니다. 아무리 밝은 별이라도 아주 멀리 있으면 희미해 보이고, 어두운 별이라도 가까우면 밝게 보입니다. 그래서 별의 진짜 밝기를 알려면 먼저 거리를 알아야 합니다(별의 거리와 밝기). 또 하나 중요한 단서는 색입니다. 별의 색은 표면 온도를 말해 주는데, 파란색 별이 가장 뜨겁고 붉은색 별이 가장 차갑습니다.

별에도 일생이 있습니다. 우주에 떠 있는 가스와 먼지 구름(성운)이 중력으로 뭉치면 원시별이 되고, 중심 온도가 충분히 높아지면 수소 핵융합이 시작되어 주계열성이 됩니다. 별은 일생의 대부분을 이 시기에 보내며, 태양도 지금 여기에 있습니다. 중심의 수소를 다 쓰면 별은 크게 부풀어 적색 거성이 되고, 그다음은 별의 질량이 갈라놓습니다. 질량이 작은 별은 바깥층을 흩뿌리고 작고 뜨거운 백색 왜성으로 남지만, 질량이 아주 큰 별은 초신성으로 폭발한 뒤 중성자별이나 블랙홀이 됩니다. 이때 별 내부와 폭발 과정에서 만들어진 무거운 원소들이 우주로 흩어져 다음 세대의 별과 행성, 그리고 우리 몸의 재료가 됩니다.

별들은 홀로 흩어져 있지 않고 중력으로 모여 은하를 이룹니다. 은하는 모양에 따라 타원 은하, 나선 은하, 불규칙 은하로 나뉩니다. 우리가 속한 우리은하는 나선 모양이고, 태양계는 그 중심이 아니라 중심에서 한참 떨어진 나선팔 부근에 있습니다. 밤하늘을 가로지르는 은하수는 다름 아닌 우리은하를 그 안에서 옆으로 바라본 모습입니다. 그리고 은하들도 다시 모여 은하군과 은하단을 이루고, 우주 전체는 이런 구조들이 얽힌 거대한 그물처럼 보입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

별의 색만 봐도 온도를 안다

가스레인지 불꽃에서 파란 부분이 노란 부분보다 뜨겁듯, 별도 파란색일수록 표면 온도가 높습니다. 오리온자리에서 밝게 빛나는 두 별을 비교하면 색이 확연히 다른데, 그 색 차이가 곧 표면 온도의 차이입니다. 망원경 없이 색만 봐도 그 별의 성질을 하나 알아낼 수 있다는 뜻입니다.
예시 2

은하수가 띠 모양으로 보이는 이유

우리은하는 납작한 원반 모양이고 태양계는 그 원반 안에 있습니다. 원반을 안에서 옆으로 바라보면 별들이 겹겹이 쌓여 보이는 방향이 생기고, 그 방향이 하늘에 띠처럼 나타납니다. 우리은하 밖에서 봤다면 은하수는 띠가 아니라 나선 모양으로 보였을 것입니다.
예시 3

우리 몸의 원소는 별에서 왔다

우주 초기에는 가벼운 원소가 대부분이었습니다. 우리 몸을 이루는 탄소, 산소, 철 같은 무거운 원소는 별의 내부와 초신성 폭발에서 만들어져 우주로 흩어진 것입니다. 별의 죽음이 다음 세대 별과 행성의 재료가 되므로, 별의 일생은 끝이 아니라 순환입니다.

별의 색과 표면 온도

구분	파란색 별	흰색·노란색 별	붉은색 별
표면 온도	가장 높다	중간이다	가장 낮다
많이 내보내는 빛	파장이 짧은 빛	중간 파장의 빛	파장이 긴 빛
예	청백색으로 보이는 별	태양처럼 노랗게 보이는 별	붉게 보이는 별

자주 하는 오해

붉은 별이 더 뜨겁다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움불은 빨간색이니까 붉은 별이 파란 별보다 뜨거울 것이다

실제로는파란색 별이 더 뜨겁고, 붉은색 별이 더 차갑습니다.

물체는 온도가 높을수록 파장이 짧은 빛(파란 쪽)을 더 많이 내보냅니다. 가스레인지 불꽃에서도 온도가 높은 안쪽이 파랗고, 쇠를 계속 가열하면 붉게 달아올랐다가 더 뜨거워지면 하얗게 변합니다. '뜨거운 것은 빨갛다'는 일상의 인상이 별의 색을 거꾸로 읽게 만드는 것입니다.

태양계가 우리은하의 중심에 있다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움은하수가 하늘 전체를 둘러싸고 있으니 우리가 은하의 한가운데 있는 것이다

실제로는태양계는 우리은하의 중심이 아니라 중심에서 한참 떨어진 나선팔 부근에 있습니다.

우리가 원반 안에 있기 때문에 원반의 옆 방향을 보면 어디를 봐도 별이 겹쳐 보여 띠가 하늘을 둘러싸는 것뿐입니다. 오히려 은하수는 방향에 따라 두께와 밝기가 다른데, 별이 훨씬 빽빽하게 보이는 방향이 바로 우리은하의 중심 쪽입니다. 하늘이 사방으로 보인다고 해서 우리가 가운데 있는 것은 아닙니다.