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[이광식의 천문학+] 별은 왜 반짝반짝 빛날까?

작성 2022.07.08 09:30 ㅣ 수정 2022.07.08 09:30
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별은 반짝거리지 않는다 

어두운 곳에서 맑은 밤하늘을 올려다보면 별이 반짝거리는 것을 볼 수 있다. 이것은 너무나 낯익은 풍경이라 '반짝 반짝 작은 별'이라는 역사상 가장 인기 있는 동요를 탄생시켰다. 

하지만 사실 별은 반짝거리지 않는다. 우리 눈에 그렇게 보일 뿐이다. 그러면 이 반짝거리는 별하늘 뒤에 숨어 있는 과학은 무엇일까? 별을 반짝거리게 만드는 것은 무엇일까? 

별이 반짝이지 않고 다만 빛날 뿐이다. 우리 눈에 별이 반짝이는 것처럼 보이는 것은 별 자체와는 전혀 상관없는 일이다. 그것은 우리가 지구 행성에 발을 딛고 밤하늘을 볼 때 그렇게 보이는 현상일 뿐이다. 

밤하늘의 별은 우리에게 늘 하나의 빛점으로 보이는데, 웬만한 대구경 망원경으로 보더라도 마찬가지다. 밤하늘에서 밝게 보이는 별은 대략 태양보다 수십 배 내지 수백 배 큰 별이라 할 수 있는데, 그래봤자 하나의 빛점으로 보일 뿐이다. 이유는 딱 하나다. 별들이 우리로부터 너무나 멀리 떨어져 있기 때문이다. 

얼마나 멀리 떨어져 있을까? 지구에서 태양 다음으로 가까운 별은 프록시마 센타우리라는 별인데, 거리는 4.2광년이다. 태양-지구 간 거리 8광분(1.5억km)의 무려 30만 배다. 오리온자리의 적색초거성 베텔게우스는 640광년 거리에 있고, 북극성은 430광년이다. 

영국 유니버시티 칼리지 런던(UCL)의 태양물리학자 라이언 프렌치는 "별빛은 맑은 밤에 우리 눈에 도달하기 위해 먼 거리를 여행한다"고 말하면서 "별빛이 우리 눈에 도달하기 전에 흔들리는 공기층을 통과하기 때문에 깜박이는 것처럼 보인다"라고 설명한다. 

요컨대 별빛이 먼 길을 달려 우리 눈에 도달하기까지 반드시 지구의 대기를 통과해야 하는데, 별이 반짝이는 것처럼 보이는 것은 바로 이 대기의 효과 때문이다. 개울물 아래 있는 돌들을 보면 늘 일렁이는 것처럼 보인다. 별도 역시 일렁이는 대기를 통과하기 때문에 그렇게 반짝반짝거려 보이는 것이다. 그러므로 흔들리는 대기권을 벗어나 우주에서 별을 본다면 별은 전혀 반짝거리지 않는다. 하나의 고정된 빛점으로 그 자리에 붙박혀 있을 뿐이다. 

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왜 어떤 별은 다른 별보다 더 반짝거릴까?

별이 반짝이는 것처럼 보이게 하는 데는 많은 요인들이 영향을 미친다. 한 가지 변수는 우리 시야에서 보이는 별의 위치다. 

"별빛이 우리 눈에 도달하기 전에 더 두터운 대기층을 통과하면 별이 더 반짝거리게 된다"고 설명하는 프렌치는 "수평선 근처의 별이 더 반짝거리는 것은 그만큼 더 두터운 대기층을 지나와야 하기 때문"이라고 예를 들면서 "날씨도 역할을 하는데, 습한 밤은 또한 대기층을 더 두껍게 만들어 별이 더 반짝거리는 것처럼 보이게 한다"고 덧붙였다. 

이러한 문제는 천문학자들이 세계에서 가장 크고 최고의 망원경을 배치할 위치를 결정할 때 지침을 제공한다. 천문학자들이 천문대를 산꼭대기에 짓는 이유는 되도록이면 흔들리는 대기의 영향을 덜 받기 위함이다. 허블 우주망원경을 궤도로 올린 이유도 마찬가지다. 대기의 난기류에 의해 이미지가 왜곡되지 않은 선명한 이미지를 얻을 수 있기 때문이다. 

되도록 건조한 지역을 선호하는 것에 대해 프렌치는 "천문대는 별과 망원경 사이의 공기를 최대한 제거하기 위해 높고 건조한 곳에 설치한다"고 설명한다. 

이상적인 장소로는 극도로 건조한 칠레의 아타카마 사막과 하와이의 화산 봉우리, 그리고 스페인 카나리아 제도 등이 꼽힌다. 이러한 장소의 건조하고 희박한 공기는 망원경의 상이 흔들거리거나 반짝거리게 하는 것을 최소한으로 만들어 좋은 이미지를 제공한다. 

밤하늘을 올려다보면 어떤 별은 반짝이면서 다른 색으로 바뀌는 것처럼 보리는 경우도 있는데, 지구 밤하늘에서 가장 밝은 별인 시리우스가 그 대표적인 예다. 

"별빛이 대기에 의해 약간 굴절되면 색이 변할 수 있다"라고 프렌치는 밝혔다. 이 같은 효과는 밝은 별에서 더 두드러지게 나타난다. 

'별' 중에는 전혀 깜박이지 않는 것들이 더러 있는데, 그것은 사실 별이 아니라 행성이기 때문이다. "하나의 빛점으로 보이는 별과 달리 행성은 너비를 가진 디스크이기 때문"이라고 설명하는 프렌치는 "행성은 우리에게 훨씬 더 가까이 있어 크게 보이기 때문에 약간 대기 굴절을 겪더라도 반짝거리는 현상은 나타나지 않는다"고 밝혔다. 


그러나 망원경을 통해 행성이나 달을 보면 눈에 들어오는 빛이 대기의 영향을 받아 반짝거리는 것처럼 보이기도 한다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com

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