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최근 수정 시각 : 2024-04-14 20:43:30

별의 등급

절대등급에서 넘어옴
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1. 개요2. 상세3. 겉보기 등급과 절대 등급
3.1. 겉보기 등급이 높은 항성 목록3.2. 태양계 주요 천체의 겉보기 등급
4. 어색함5. 여담

1. 개요

별의 밝기에 대한 척도. 로그 스케일의 단위이며, 별이 밝을 수록 값이 낮아진다.

2. 상세

기원전 135년경 히파르코스가 별을 밝기에 따라 1등급에서 6등급으로 분류한 것이 그 시초로 알려져 있다. 하늘에서 가장 밝은 별들을 1등급, 맨눈으로 간신히 보이는 별들을 6등급으로 정하였다.

이후 등급 시스템이 체계화되면서 현재는 1등급이 6등급보다 100배의 밝기를 가지도록 정의되어 있다. 즉, 지구 대기권 위에서 [math(2.48 \times 10^{-8} {\rm W} \cdot {\rm m}^{-2})]의 밝기일 때 이를 [math(I_0)] 라고 하면, 밝기 [math(I)] 인 별의 등급은 다음과 같이 계산된다.

[math(m = -2.5 \log_{10} \dfrac {I} {I_0} )] 또는 [math(I = 10^{-0.4m} I_0 \approx 2.512^{-m}I_0)]

위 식을 보면 로그 앞에 2.5가 있고, 등급 간의 밝기 차가 약 2.512(=100의 다섯제곱근)배인데 두 숫자가 우연히도 비슷해서 혼동하는 사람들이 많다. 단순히 우연히 비슷한 것이기 때문에(포그슨 방정식을 직접 유도해보면 알 수 있다) 숫자를 바꿔보면 [1] 확연히 차이나는 걸 알 수 있다. 그래서 특정 등급의 별은 그 다음 등급의 별보다 정확히 2.5배 밝도록 정의되었다고 생각하는 사람들이 많은데, 정확히는 1등급의 차이가 1001/5배로 정의되며 이는 약 2.512배이다.

1등급 별보다 밝은 별은 0등급이나 마이너스(-) 등급을 가질 수도 있다. 이를테면 밤하늘에서 가장 밝은 항성인 시리우스는 -1.5등급이다. 물론, 6등급보다 어두운 별도 그보다 높은 등급을 갖게 된다.

0등급에 해당하는 밝기는 현대적인 등급 체계가 처음 확립되었을 때는 밝기를 측정하는 파장대에서 베가가 갖는 밝기를 0등급으로 하여 등급을 정했다. 그러나 이 방법은 자연물을 기준으로 삼기에 다소 비직관적이고 등급의 영점에 해당하는 밝기가 관측 대역별로 제각각이라는 단점이 있어 현대에는 보통 3631 Jy[2]의 플럭스를 등급의 영점으로 삼는 AB 등급을 보다 널리 사용하나, 관습상의 이유로 고전적인 베가 등급도 아직 부분적으로 혼용한다.

겉보기 등급이 1.4인 레굴루스까지를 1등성으로 치며, 그 다음으로 밝은 겉보기 등급 1.5의 큰개자리 엡실론별(아드하라, Adhara)부터를 2등성으로 친다. 밤하늘에 1등성 이상의 별은 총 21개 있으며, 그 중 한국 전역에서 관측 가능한 것은 총 15개이다. 겨울 하늘에 7개로 가장 많으며, 여름에 4개, 봄에 3개, 가을에 1개로 분류된다.

항성이 전 파장에 걸쳐 방출하는 복사 에너지의 총량은 절대복사등급(Absolute Bolometric Magnitude)이라고 하며, 절대복사등급의 영점은 별도로 2015년의 국제천문연맹 결의안에 따라 3.0128×1028 W로 정의한다.[3]

3. 겉보기 등급과 절대 등급

우리가 보통 사용하는 것은 지구에서 보이는 밝기인 겉보기 등급(실시 등급)이다. 그러나 별의 거리는 제각기 모두 다르기 때문에, 빛의 세기가 거리의 제곱에 반비례한다는 원리에 따라 겉보기 등급으로 별의 실제 밝기를 비교하는 것은 무리가 있다. 이 때문에 별의 실제 밝기를 비교하기 위해서는 절대 등급을 사용한다. 절대 등급은 별을 지구로부터 10파섹(=32.6광년)의 거리에 놓았음을 가정했을 때 지구에서 보이는 밝기이다. 별의 거리가 모두 같은 것으로 가정했으므로 별의 밝기만 등급에 영향을 줄 수 있다. 따라서 절대 등급으로 별의 실제 밝기를 알 수 있는 것이다. 겉보기 등급이 무려 -26.74등급인 태양의 절대 등급은 고작 4.8등급에 불과하다. 그저 지구와 너무나 가깝기 때문에 밝게 보인다는 뜻이다.[4]

겉보기 등급과 절대 등급을 모두 알고 있다면, 이를 이용해 별의 거리 또한 구할 수 있다. 이 관계는 다음과 같다.

[math( M = m - 5(\log_{10}d - 1) )]

[math(M)]은 절대 등급, [math(m)]은 겉보기 등급, [math(d)]는 거리(파섹)이다.

혹은 이런 식으로 변형해서 쓰기도 한다.

[math( m - M = - 5 + 5\log_{10}d )]

여기서 실시등급과 절대등급의 차이인 m-M 값을 거리지수(Distance modulus)라고 하며 거리와 직접 변환되는 관계식을 가지고 있다.

세페이드 변광성 같은 경우에는 변광 주기와 별의 절대 밝기가 비례한다는 사실을 통해서 별의 절대 등급을 구할 수 있고, 이를 통해 별까지의 거리를 알아낼 수 있다. 반대로 연주시차법이나 허블 상수 등 별개의 방법을 통해 천체까지의 거리를 가늠할 수 있다면 겉보기 등급의 측정을 통해 절대 등급을 구할 수 있다.

실제로 이 방법을 천체에 적용할 때에는 빛이 성간 물질을 통과할 때 흡수되어 약해지는 효과를 추가로 고려해야 한다. 이를 성간 소광이라 하며 일반적으로는 성간 적색화의 정도를 측정하여 성간 소광량을 추정한다.

3.1. 겉보기 등급이 높은 항성 목록

태양을 제외하고 2등급까지의 항성들을 나열하면 아래와 같다.
명칭 학명 위치 겉보기 등급
시리우스[겨울] α CMa 큰개자리 -1.46
카노푸스[장해] α Car 용골자리 -0.74
알파 센타우리[불가] α Cen 센타우루스자리 -0.27[8]
아크투루스[봄] α Boo 목동자리 -0.04[V]
베가[여름] α Lyr 거문고자리 0.03
카펠라[겨울] α Aur 마차부자리 0.08
리겔[겨울] β Ori 오리온자리 0.13[V]
프로키온[겨울] α CMi 작은개자리 0.37
아케르나르[불가] α Eri 에리다누스자리 0.46
하다르[불가] β Cen 센타우루스자리 0.60
베텔게우스[겨울] α Ori 오리온자리 0.42[19][V]
알타이르[여름] α Aql 독수리자리 0.76
아크룩스[불가] α Cru 남십자자리 0.81
알데바란[겨울] α Tau 황소자리 0.86[V]
안타레스[여름] α Sco 전갈자리 0.91[V]
스피카[봄] α Vir 처녀자리 0.97
폴룩스[겨울] β Gem 쌍둥이자리 1.14
포말하우트[가을] α PsA 남쪽물고기자리 1.16
데네브[여름] α Cyg 백조자리 1.25[V]
베크룩스(미모사)[불가] β Cru 남십자자리 1.25
레굴루스[봄] α Leo 사자자리 1.35
아드하라[겨울] ε CMa 큰개자리 1.50
카스토르[겨울] α Gem 쌍둥이자리 1.58
가크룩스[불가] γ Cru 남십자자리 1.63
샤울라[여름] λ Sco 전갈자리 1.63
벨라트릭스[겨울] γ Ori 오리온자리 1.64
엘나스[겨울] β Tau 황소자리 1.65
미아플라시두스[불가] β Car 용골자리 1.68
알닐람[겨울] ε Ori 오리온자리 1.70
레고르[겨울] γ Vel 돛자리 1.72
알니탁[겨울] ζ Ori 오리온자리 1.74
알나이르[가을] α Gru 두루미자리 1.73
알니탁[겨울] ζ Ori 오리온자리 1.77
알리오스[항상] ε UMa 큰곰자리 1.77
두베[항상] α UMa 큰곰자리 1.79
미르파크[가을] α Per 페르세우스자리 1.80
웨젠[겨울] δ CMa 큰개자리 1.82
사르가스[여름] θ Sco 전갈자리 1.84
카우스 오스트랄리스[여름] ε Sgr 궁수자리 1.85
아비오르[불가] ε Car 용골자리 1.86
알카이드[항상] η UMa 큰곰자리 1.86
멘칼리난[겨울] β Aur 마차부자리 1.90
아트리아[불가] α TrA 남쪽삼각형자리 1.91
알헤나[겨울] γ Gem 쌍둥이자리 1.92
피콕[불가] α Pav 공작자리 1.94
알세피나[장해] δ Vel 돛자리 1.96[59][V]
미르잠[겨울] β CMa 큰개자리 1.98
폴라리스[항상] α UMi 작은곰자리 1.98[63][V]
알파드[봄] α Hya 바다뱀자리 2.00
하말[가을] α Ari 양자리 2.00
디프다[가을] β Cet 고래자리 2.02
미자르[항상] ζ UMa 큰곰자리 2.04
눈키[여름] σ Sgr 궁수자리 2.05
미라크[가을] β And 안드로메다자리 2.05
멘켄트[여름] θ Cen 센타우루스자리 2.06
알페라츠[가을] α And 안드로메다자리 2.06
라스 알하게[여름] α Oph 뱀주인자리 2.07
코카브[항상] β UMi 작은개자리 2.08
사이프[겨울] κ Ori 오리온자리 2.09
데네볼라[봄] β Leo 사자자리 2.11
알골[가을] β Per 페르세우스자리 2.12[78][V]
티아키[가을] β Gru 두루미자리 2.15
물리파인[여름] γ Cen 센타우루스자리 2.17
아스피디스케[불가] ι Car 용골자리 2.21
수하일[겨울] λ Vel 돛자리 2.21
알페카[봄] α CrB 북쪽왕관자리 2.23
민타카[겨울] δ Ori 오리온자리 2.23
사드르[여름] γ Cyg 백조자리 2.23
엘타닌[항상] γ Dra 용자리 2.23
스케다르[항상] α Cas 카시오페이아자리 2.24
나오스[겨울] ζ Pup 고물자리 2.25
알마크[가을] γ And 안드로메다자리 2.26
이자르[봄] ε Boo 목동자리 2.29
이리자리 알파[여름] α Lup 이리자리 2.30
센타우루스자리 엡실론[여름] ε Cen 센타우루스자리 2.30
드슈바[여름] δ Sco 전갈자리 2.31
라라와그[여름] ε Sco 전갈자리 2.31
센타우루스자리 에타[여름] η Cen 센타우루스자리 2.35
메라크[항상] β UMa 큰곰자리 2.37
안카[가을] α Phe 봉황자리 2.38
전갈자리 카파[여름] κ Sco 전갈자리 2.39
에니프[가을] ε Peg 페가수스자리 2.40
스치트[가을] β Peg 페가수스자리 2.42
사비크[여름] η Oph 뱀주인자리 2.43
페크다[항상] γ UMa 큰곰자리 2.44
알루드라[겨울] η CMa 큰개자리 2.45
마르케브[장해] κ Vel 돛자리 2.46
나비[항상] γ Cas 카시오페이아자리 2.47[107][V]
마르카브[가을] α Peg 페가수스자리 2.48
알지나흐[여름] ε Cyg 백조자리 2.48
아크라브[여름] β Sco 전갈자리 2.50

각 계절을 대표하는 도형들 중 여름의 대삼각형의 3개 항성, 겨울의 대삼각형 및 대육각형의 7개 항성은 모두 1등성이다. 봄의 대곡선 및 대삼각형은 4개 항성 중 2개 항성은 1등성이지만 데네볼라(2.16)와 알카이드(1.80)는 2등성이다. 가을의 대사각형은 아예 모두 2등성이나 3등성이다(알페라츠 2.03, 마르카브 2.47, 쉬트 2.48, 알게니브 2.75). 즉, 이들 18개 항성들 중 12개 항성만 1등성에 속한다.

나머지 1등급 항성 3개는 사자자리의 레굴루스와 전갈자리의 안타레스와 남쪽물고기자리의 포말하우트. 별을 보다보면 이 셋이 오히려 가을의 대사각형보다도 밝은 것을 알 수 있다. 위 도형들에 안 들어있는 이유는 거리가 멀어서. 봄의 대삼각형을 보면 딱 예쁜 정삼각형인데, 레굴루스를 넣으면 정삼각형의 높이를 2배로 늘린 길쭉한 삼각형이 되어버린다. 안타레스는 더 멀리 떨어져있고, 포말하우트는 아예 주변에 밝은 별이 없어 별명이 '가을철의 외로운 별'이다. 다만 이들은 고대 페르시아 시대에 동서남북을 수호하는 하늘의 수호자인 네 개의 황제별로 불렸다. 동쪽(봄)의 알데바란, 남쪽(여름)의 레굴루스, 서쪽(가을)의 안타레스, 북쪽(겨울) 의 포말하우트다.[112]# 즉, 1등성들은 다 엮어서 외우는 방법이 있는 셈.

별을 찾는 방법은 여기로.#

3.2. 태양계 주요 천체의 겉보기 등급

한편, 태양계 주요 천체의 겉보기 등급과 절대 등급은 다음과 같다. 최대 밝기 기준.
천체 겉보기 등급 절대 등급1[출처1] 절대 등급2[출처2][115]
태양 -26.73 4.83 -
달 -12.6 32.2 0.28
국제우주정거장 -5.9 - -
금성 -4.6 26.4 -4.38
목성 -2.94 25.6 -9.4
화성 -2.91 30.7 -1.6
수성 -1.9 29.4 -0.61
토성 -0.24 26.7 -8.91
천왕성 5.32 30.7 -7.11
해왕성 7.78 32.07 -7
명왕성 13.65 37.93 -

4. 어색함

등급이 낮을수록 밝은 별이라는 것 하나 때문에 계산 과정에 익숙하지 못한 사람들에게는 매우 어색하다. 이 단위를 바로 광도나 광선속 등으로 환산하게 되면 숫자가 낮은 것이 더 큰 값이 나온다거나, 음의 값을 가지는 경우가 더 밝은 경우라 그래프의 형태가 이상하게 변하는 현상 등을 예로 들 수 있다.

현대에도 이 등급을 계속 쓰는 것은 직관성이 떨어지는 점이나 통상의 숫자 개념에는 반하여 다소 문제가 있는 점이긴 하나, 2천 년을 넘게 사용하여 굳어 버린 것이기도 하고, 딱히 대안으로 사용 할 만한 보기 편한 수치나 단위계의 등장도 없었고, SI 단위계 기반의 광도(Luminosity), 광선속(Flux) 등이 이것보다 훨씬 직관적이지 못하다는 것[116], 그리고 아래에 설명하는 문제 때문에 여전히 사용하고 있다.

모르는 사람이 보게 되면 하필 지구 기준으로 그렇게 아주 밝지도 않은 별인 베가(직녀성)를 0.0등급으로 잡는 바람에 마이너스 등급의 별들이 탄생하게 되었다.[117] 겉보기등급은 물론, 엄연히 별인 태양을 기준으로 잡아 모든 별들을 기본 20등급 이상으로 할 수도 없는 노릇이고, 태양 제외하고 가장 밝은 별인 시리우스를 기준으로 하자니 명분도 부족해서 여차저차 큰 탈 없이 사용하고 있는 단위. 베가는 하버드 분류법의 기준이 되는 별이다. 무려 상대 등급 0.0에 하버드 분류상 A0형 별. 국내에서도 직녀성으로 이름이 알려진 별이고, 이 별의 이름을 따서 당차게 스마트폰의 기준이 되겠다! 라는 의미에서 휴대폰 브랜드의 이름으로 채택된 경력이 있다.

더불어 히파르코스가 정한 별의 등급은 어디까지나 '지구에서 보이는' 별들을 '지구에서 봤을 때'의 밝기를 기준으로 등급을 나누었기 때문에 얼마든지 밝은 별이 있을 수 있고, 얼마든지 더 어두운 별이 있을 수 있다는 것은 아예 빼고 정한 등급이다. 이것을 이후의 발견에 끼워맞추다 보니 이렇게 된 것으로 딱히 히파르코스에게는 죄가 없다.[118] 절대 등급이 -20 아래인 은하나 퀘이사에 대해서 이야기 하고자 하면 그냥 숫자가 이만큼 크다 정도로 요약 할 뿐, 어차피 그것들이 10pc 거리에 오면 너무 크기 때문에 관측자를 아예 집어삼키고도 남는다. 당장에 우리 은하의 형태조차 몰라서 전전긍긍했던 과거를 생각해보면 딱히 이런 천체들의 등급이 그렇게 의미가 크다는 생각은 들지 않을 것이다. 전공 심화 혹은 연구 과정으로 가면 이 등급 조차도 그냥 계산을 위한 숫자의 일부이지 아주 중요한 요소로 꼽히지 않기도 한다. 계산이 고등학교 수준의 수학을 요구하는지라 그리 어렵지도 않으며, 중요한 것은 이를 이용하여 목적을 이루느냐뿐.

그 외에 분야 특유의 폐쇄성 혹은 전문성도 한몫 했다고 볼 수 있다. 이 점은 거리 단위라거나 각종 용어 등에서도 그대로 나타나는 점.[119] 이는 타 분야에서도 종종 나타나는 현상으로 전자기학 분야에도 전류의 방향이 있고, 번역의 문제이지만 역학 분야에도 속도와 속력의 벡터, 스칼라 용어 일관성 문제 등이 존재한다. 이런 일반인의 시점에서 이해하기 힘든 분야는 종종 있지만 아무래도 수치를 이용한 계산 영역으로 들어가지 않는 사람들의 기준에는 "아, 쟤가 1등 별이구나." 정도로 인식되고 넘어가는 탓에 의외로 별 말이 없는 부분이기도 하다. 그저 그것을 배우는 중등, 고등 교과 과정 시점에서 조금 애를 먹는다.

5. 여담


[1] [math(m = -4 \log_{10} \dfrac {I} {I_0} )] 또는 [math(I \approx 1.778^{-m}I_0)]
이렇게 4로 바꿔보면 4와 1.778로 확연히 차이난다.[2] Jy(잰스키)는 플럭스의 단위로, 1 Jy=10-26 WHz-1m-2이다. 여기서 플럭스는 '단위시간당 단위 면적에 단위 주파수당 입사하는 복사 에너지'로 정의되는 물리량이다. 3631 Jy는 베가의 V밴드 플럭스에 해당하는 값이다.[3] 그 이전에는 태양의 절대복사등급을 4.74등급으로 하여 다른 별의 복사등급을 정했다.[4] 고작이라고 표현되어 있긴 하지만 절대등급이 4.8인 태양의 밝기는 전 우주 상위 1% 정도 된다. 우주에 있는 대다수의 별들이 태양 질량의 40% 이하이면서 밝기가 약 15등급 수준인 적색왜성이기 때문.[겨울] 시리우스, 프로키온, 베텔게우스는 겨울의 대삼각형을 이루고, 시리우스, 프로키온, 리겔, 알데바란, 카펠라, 폴룩스는 겨울의 대육각형을 이룬다.[장해] 카노푸스는 북위 37도 18분 경이 북방한계선으로, 수원시-이천시-원주시-삼척시 정도에서 겨우 남쪽 땅에 걸쳐 보인다. 알세피나는 북위 35도 58분 경이 북방한계선이며, 마르케브는 북위 35도경이 북방한계선이므로 부산광역시-목포시 정도에서 겨우 남쪽 땅에 걸쳐 보인다.[불가] 대한민국 영토 내에서 절대로 관측이 불가능.[8] 이중성의 밝기를 합친 것[봄] 알카이드(북두칠성), 아크투루스, 스피카는 봄의 대곡선을 이루고, 아크투루스, 스피카, 데네볼라는 봄의 대삼각형을 이룬다. 레굴루스는 데네볼라보다 밝지만 데네볼라가 대신 들어가있다.[V] 변광성[여름] 베가(직녀성), 알타이르(견우성), 데네브는 여름의 대삼각형을 이룬다. 여름의 대삼각형은 말이 여름이지 늦봄부터 초겨울까지 잘만 보인다. 안타레스는 여름철 별자리인 전갈자리의 붉은빛 알파성으로, 전갈의 심장이라는 뜻도 있다. 안타레스는 여름의 대삼각형에서 한참 떨어져있다.[겨울] [겨울] [V] 변광성[겨울] [불가] [불가] [겨울] [19] 반규칙[V] 변광성[여름] [불가] [겨울] [V] 변광성[여름] [V] 변광성[봄] [겨울] [가을] 주로 가을철 남쪽하늘에 낮게 뜬다. 남쪽물고기자리의 알파성으로, 물고기의 입이라는 뜻도 있다. 가을의 대사각형은 페가수스자리 자리에 속하는데, 전부다 2등급 대라 오히려 포말하우트가 더 밝다.[여름] [V] 변광성[불가] [봄] [겨울] [겨울] [불가] [여름] [겨울] [겨울] [불가] [겨울] [겨울] [겨울] [가을] [겨울] [항상] 가능[항상] 가능[가을] [겨울] [여름] [여름] [불가] [항상] 가능[겨울] [불가] [겨울] [불가] 이어도에선 관측이 가능하다.[장해] [59] 알골형[V] 변광성[겨울] [항상] 가능[63] 세페이드[V] 변광성[봄] [가을] [가을] [항상] 가능[여름] [가을] [여름] [가을] [여름] [항상] 가능[겨울] [봄] [가을] [78] 알골형[V] 변광성[가을] [여름] [불가] [겨울] [봄] [겨울] [여름] [항상] 가능[항상] 가능[겨울] [가을] [봄] [여름] [여름] [여름] [여름] [여름] [항상] 가능[가을] [여름] [가을] [가을] [여름] [항상] 가능[겨울] [장해] [항상] 가능[107] 카시오페이아자리 감마형[V] 변광성[가을] [여름] [여름] [112] 세차운동 때문에 계절이 조금씩 밀려났다.[출처1] 스텔라리움[출처2] 영어 위키백과 여기서 말하는 절대등급은 각 행성을 지구에서 태양과 정반대 방향으로 1AU 만큼 떨어진 위치(즉, 외행성의 충에 해당하며 태양과 그 행성의 중점에 지구가 놓이는 위치를 말한다)에 가져다 놓고 지구에서 관측했을 때의 겉보기등급이다.[115] 소수 셋째 자리에서 반올림[116] 입체각이라는 개념이 필요하다.[117] 상기한 바와 같이 현대에는 이 방법의 비직관성과 불편함 때문에 특정한 수치의 플럭스를 등급의 영점으로 잡는 방법을 주로 사용한다.[118] 사실 히파르코스가 살던 시대는 고대로서 천문도구의 및 천문학의 발전에도 한계가 있었을 것이고, 따라서 히파르코스가 처음 등급을 정의한 것은 과학적으로 정확한 수치로 정의하기 보단, 가장 잘 보이는 별을 그룹으로 묶어 1등급, 그 다음으로 잘 보이는 별을 2등급...... 눈으로 겨우 볼 수 있는 별을 6등급으로 묶어낸 것에 더 가깝긴 하다. 따라서 수능 등급제에 국어영역에 비유하면 베가는 상위 4%로 1등급 턱걸이이자 1등급의 최소기준인 셈이고 베가 앞에는 같은 등급이면서 더 밝은 상위 0~3%의 별이 있는 것과 같은 이치이다. 반면 현대에 와서 정확한 광도가 측정되어 재정의된 별의 등급의 경우 세부화된 점수 개념에 더 가깝다고 할 수 있다. 다만 히파르코스 시대부터 계속 사용해온 기준이 흔적으로 남은 것일 뿐이다.[119] 대표적으로 환원 불능(casus irreducibilis)인 수를 비례상수로 하는 거리의 단위인 파섹이나, 헬륨 이후를 죄다 묶어 부르는 'metal'이라는 용어 등

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