망원경으로 본 천체의 크기는 어떻게 판단하나요?
망원경으로 천체를 관찰할텐데 직접 가지 않았을텐데 무엇을보고 천체의 크기를 판단하나요?? 그리고 망원경으로 어느정도의 거리까지 관측이 가능한가요??
안녕하세요. 포근한날쥐24입니다.
가장 최초로 크기가 측정된 항성은 Betelgeuse (or Alpha Orionis, 베텔기우스, 오리온자리 알파성)입니다. 1921년 Albert Abraham Michelson은 항성이 점 광원이 아닌 원반형태의 광원이라고 가정하고 베텔기우스의 각크기를 측정하였습니다. 빛의 간섭현상을 이용하면 구형광원체의 직경을 첫 번째 fringe의 길이로 추정할 수 있습니다. 마이컬슨은 간섭계를 만들어 베텔기우스에서 나오는 빛이 만드는 간섭현상을 관찰했습니다. 이로부터 베텔기우스의 각거리를 얻어내고, 이미 알려져 있던 베텔기우스까지의 거리를 이용해 베텔기우스의 반지름을 추정해냈습니다.
현재에도 마이컬슨이 발명한 기술을 이용해 항성의 직경을 정확히 측정하려는 시도는 진행중입니다. 쌍둥이 천문대로 유명한 W. M. Keck Observatory에는 마이컬슨이 이용했던 기술과 같은 원리를 이용하기 위해 지어졌습니다. 쌍둥이 천문대에 있는 두 망원경 사이의 거리를 미세하게 조절해가면서 항성이 만드는 간섭무늬의 변화를 관찰합니다. 이로부터 잘 알려진 간섭이론을 통해 항성의 각거리를 얻어내고, 항성까지의 거리를 이에 곱하면 항성의 직경이 얻어집니다.
하지만 이 방법은 직경이 상당히 크고 지구에 상대적으로 가까운 항성에 대해서만 적용할 수 있기에 한정적입니다.
Hertzsprung-Russell Diagram은 알려진 항성들의 성질을 이용해 그려진 도표입니다. 이로부터 알 수 있는 사실은 헤르츠스프룽-러셀 도에서 비슷한 위치에 있는 항성들은 성질들이 비슷하다는 것입니다. 항성의 직경도 실제로 비슷한 범위 안에 들어가게 되는데요. 이로부터 어떠한 항성의 표면 온도와 절대등급이 측정된다면 항성의 직경을 추정해 볼 수 있습니다. 일반적으로 다음의 과정을 거쳐 항성의 직경을 추정합니다.
1. 항성의 절대등급은 항성이 발하는 빛에너지의 총량과 비례합니다. 항성의 절대등급은 항성까지의 거리와 겉보기 등급을 알면 distance modulus를 통해 추정할 수 있습니다.
2. 항성이 내보내는 복사에서 극대점의 파장을 알면 Wien's displacement law를 통해 항성의 온도를 추정할 수 있습니다. 일반적으로 항성의 색지수를 측정하여 온도를 추정합니다.
3. 항성이 내보내는 에너지의 총량과 항성의 표면온도가 1.과 2.에서 추정되면 Stefan-Boltzmann law를 이용하여 항성의 직경을 추정할 수 있게 됩니다.
