시리우스(Sirius) / 플레이아데스성단(Pleiades star cluster)

1. 시리우스 (Sirius)

시리우스(Sirius)는 밤하늘에서 가장 밝은 별로, 천랑성(天狼星), 낭성(狼星), 큰개자리 알파^[19]라 부르기도 한다. '시리우스' 이름은 고대 그리스의 Σείριος (세이리오스,→불탐, 빛남)에서 유래했다. 겨울철 대삼각형의 꼭짓점이다. 시리우스는 실시등급(實視等級) -1.47로 두 번째로 밝은 카노푸스보다 두 배 정도 더 밝으며, 태양을 제외하고는 가장 밝은 별이다.

<-- 허블 우주 망원경이 찍은 시리우스 A와 B. 백색 왜성 B는 사진 왼쪽 아래에 보인다

 

시리우스는 지구에서 맨눈으로 볼 때는 단독성처럼 보이지만 실제로 이 별은 백색 왜성을 반성으로 거느리고 있는 쌍성계로, 우리 눈에 보이는 밝은 별은 시리우스 A로 분광형 A1 V의 A형 주계열성이며 맨눈으로 볼 수 없는 짝별은 시리우스 B로 분광형 DA2의 백색 왜성이다. 시리우스 A와 B는 서로의 질량 중심을 공전하고 있으며 둘 사이 거리는 가장 가까울 때 8.1천문단위, 가장 멀 때 31.5천문단위이다.^[20]

 

시리우스는 그 자체로도 밝은 A형 주계열성인데다 지구와 가깝기 때문에 우리 눈에 밝게 보인다. 히파르코스 위성이 측정한 시리우스까지의 거리는 8.6광년(2.6파섹)이며^[5][21][22] 태양계에서 가까운 이웃 항성계이다.^[23] 시리우스는 지구 북반구 위도 30~73도 사이에 거주하는 사람(유럽 대부분, 동아시아, 북아메리카 대부분 포함)이 맨눈으로 볼 수 있는 별 중 지구에서 태양 다음으로 가깝다. 시리우스는 태양계에 천천히 다가오고 있으며 앞으로 6만 년 후까지 점점 밝아질 것이다. 6만 년 후를 정점으로 다시 어두워지겠지만 이후 21만 년 동안 밤하늘에서 가장 밝은 별의 위치를 지킬 것이다.^[24]

 

시리우스 A의 질량은 대략 태양의 두 배 정도이며 절대 등급은 1.42이다. 광도는 태양의 24배이나^[6] 카노푸스, 리겔과 같은 다른 밝은 별에 비하면 매우 어둡다. 시리우스 항성계의 나이는 2억 년~3억 년 정도이다.^[6] 시리우스 계(系)는 처음 태어났을 때는 청색 및 백색 주계열성 둘로 구성되었으나 무거운 청색 별 시리우스 B는 빠르게 중심핵의 수소를 태우고 적색 거성이 되었고, 약 1억 2천만 년 전 외포층을 우주로 날려보내고 지금의 백색 왜성을 남겼다.^[6]

 

서구권에서는 시리우스를 구어체로 '개의 별'(Dog Star)로 부르며 이는 시리우스가 큰개자리에서 가장 밝은 별임을 반영하는 것이다.^[13] 고대 이집트인은 시리우스의 신출(新出) 시기를 나일 강이 범람하는 때로 인식했고 고대 그리스 사람들은 '개의 날들'로 불렀으며, 폴리네시아 사람들은 겨울이 시작되는 때로 받아들였다. 폴리네시아인은 시리우스를 태평양을 항해할 때 꼭 필요한 별로 여겼다.^[25]

 

2. 플레이아데스성단(Pleiades star cluster)

플레이아데스성단(Pleiades star cluster), 또는 좀생이성단(문화어: 모재기별떼)^[1]은 황소자리에 위치한 B형 항성들의 산개성단이다. 메시에 천체 목록에는 메시에 45(M45)로 등록되어 있다. 지구에 가장 가까운 산개성단 중 하나이며, 밤하늘에서 육안으로 가장 확실히 알아볼 수 있는 성단이다. 이 천체는 수많은 문화권에서 그 전통에 따라 각각 다른 이름과 의미를 지녔다.

이 성단은 최근 1억 년 안에 만들어진 매우 뜨겁고 밝은 청색 별들이 가장 두드러지게 보인다. 성단 중 가장 밝은 별들 주위로 희미한 반사성운을 이루는 티끌은 처음에는 성단의 형성 이후에 남은 물질으로 생각되었고, 때문에 마이아의 이름을 딴 마이아 성운(Maia Nebula)이라는 이름으로도 불렸다. 하지만 현재는 성단의 별들이 공간 속을 이동하면서 지나치고 있는 성간매질 속의, 전혀 무관한 티끌구름으로 알려져 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 플레이아데스성단은 아마 오리온성운과 유사한 밀집된 배열 속에서 형성되었음이 증명되었다.^[2] 천문학자들은 이 성단이 향후 약 2억 5천만 년 동안 유지되다가, 이웃 천체들과의 중력적 상호작용으로 인해 흩어져 버릴 것으로 추측하고 있다.^[3]

 

히파르코스 위성의 관측 이전까지 지구에서 플레이아데스까지의 거리는 135 파섹 정도로 측정되었다. 그러나 히파르코스 위성의 시차 측정으로 실제 거리는 118 파섹 정도에 불과함이 알려져 천문학자들을 놀라게 했다. 이후 히파르코스 위성의 거리 측정에 오류가 있음이 밝혀졌으나, 왜 오류가 발생했는지는 제대로 알려져 있지 않다.^[4] 현재 보정된 지구에서 성단까지의 거리는 다시 초기의 값으로 돌아가서 135파섹(약 440광년) 정도이다.^[5][6]

플레이아데스 성단의 핵심부 반지름은 8광년 수준이며, 중력이 미치는 범위 반지름은 약 43광년이다. 성단 내에 통계상 확인된 별들 숫자는 검증되지 않은 쌍성들을 빼도 1천 개가 넘는다.^[7] 성단의 별들 중 가장 많은 것은 뜨겁고 푸른 별들로 이들 중 14개는 관측 조건이 좋으면 맨눈으로 볼 수 있다. 밝은 별들의 배치 상태는 큰곰자리, 작은곰자리와 비슷하다. 성단의 총 질량은 태양질량의 800배 수준이다.^[7]

성단 내에는 갈색 왜성들이 많은데 이들은 태양 질량의 8퍼센트 미만에 불과하여 중심핵에서 핵융합을 하지 못해 별이 되지 못한 천체들이다. 갈색 왜성들은 개체수로는 성단 구성원의 25퍼센트를 차지하나 질량은 2퍼센트 미만이다.^[8] 천문학자들은 플레이아데스 및 다른 젊은 성단에 있는 갈색 왜성들을 자세히 연구해 왔는데, 이는 젊은 성단 내 갈색 왜성들은 아직 식지 않아서 많은 열을 뿜어 관측이 용이하기 때문이다. 반면 늙은 성단에 있는 갈색 왜성들은 식어서 어두워졌기 때문에 전자에 비해 연구하기가 훨씬 더 힘들다.

 

3. 알키오네 (Alcyone)

 

알키오네(황소자리 에타)는 황소자리에 있는 항성이다. 이 별은 산개 성단 플레이아데스에서 가장 밝다. 알키오네는 지구에서 약 440광년 떨어져 있다. 이 별의 이름은 그리스 신화에 등장하는 플레이아데스 중 한 명인 알키오네의 이름을 땄다.

 

주성 알키오네 A는 청백색 거성으로 겉보기 등급은 2.85이다. 식쌍성이기도 하며, 두 별은 0.031 초각만큼 떨어져 있다. 이 거리는 태양에서 목성 사이 정도 간격이다.

주성 주위로 동반성들이 세 개 있다. 알키오네 B와 알키오네 C는 둘 다 8등급의 백색 주계열성이며 A로부터 각각 117, 181 초각 떨어져 있다. 알키오네 D는 F형의 황백색 주계열성으로 주성에서 191 초각 떨어져 있으며 겉보기 등급은 8.7이다. 알키오네 C는 방패자리 델타 변광성이기도 하며, 1.13시간 주기로 8.25 ~ 8.30까지 겉보기 밝기가 변한다.

알키오네 A의 밝기는 태양의 1400배이며 표면 온도는 13,000 켈빈에 이른다. 분광형은 B7 IIIe로 방출성의 특징을 보여준다. 자전속도는 초당 215 킬로미터로 빠르게 회전하고 있는 탓에 적도면에 방출된 가스의 원반이 형성되어 있다.

중국에서는 이 별을 묘수육(昴宿六)이라고 부른다.

 

플레이아데스성단에서 가장 밝게 빛나는 아홉 별들은 그리스 신화의 '일곱 자매'(아스테로페, 메로페, 엘렉트라, 마이아, 타이게테, 켈라에노, 알키오네)와 그녀들의 부모(아틀라스, 플레이오네) 이름이 붙어 있다.

 

 

 

4. 폴라리스(Polaris)

폴라리스(Polaris, α UMi / 작은곰자리 알파)는 작은곰자리에서 가장 밝은 별이다. 겉보기 등급은 1.97로 47 번째로 밝은 별이다. 현재 천구의 북극에 가장 가까운 북극성이기도 하다. 폴라리스와 천구의 북극의 거리는 2006년 기준 42초이다.

폴라리스는 히파르코스 위성의 시차 측정에 따르면 지구에서 434광년 정도 떨어져 있다. 폴라리스는 삼중성계로 이중 가장 밝은 주성인 작은곰자리 알파 A의 분광형은 F0이며 광도분류로는 밝은 거성(II) 또는 초거성(Ib)에 속한다. 두 개의 반성 중 밝은 쪽인 작은곰자리 알파 B는 주성으로부터 2,400 천문단위 떨어져 있으며 F7 분광형의 주계열성이다. 반성 중 어두운 작은곰자리 알파 Aa는 주성에 매우 가까이 붙어 있는 주계열성으로 보인다. 최근의 연구 결과 폴라리스는 A 및 F형 항성들로 이루어져 있는 산개 성단의 일원일 가능성이 있다고 한다.

 

폴라리스는 전형적인 항성종족 I에 속하는, 세페이드 변광성이다. 한 때 은하면과 폴라리스가 멀리 떨어져 있었기 때문에 이 별을 항성종족 II로 보는 시각도 있었다. 세페이드 변광성은 지구에서 해당 천체까지의 거리를 알 수 있게 하는 표준 광원이다. 가까운 거리 덕분에 폴라리스는 연구가 많이 이루어졌다. 1900년을 전후하여 폴라리스는 평균 밝기가 0.15등급에서 3.97일 주기로 8퍼센트 등락을 보였다. 그러나 이 별의 밝기 편차는 20세기 중반 이후 줄어들었다. 1990년대 중반에는 밝기의 등락폭이 1퍼센트 부근까지 줄었다. 1세기에 걸쳐 폴라리스의 전체 밝기는 15퍼센트 증가했으며, 변광 주기는 매년 8초씩 늘어났다.

 

최근 사이언스 지에 실린 연구에 따르면 지금 폴라리스의 밝기는 과거 클라우디오스 프톨레마이오스 시절에 비해 두 배 반 증가했다고 한다.(현재 2등성, 고대 3등성) 천문학자 에드워드 구이넌은, 이 정도 밝기의 변화는 항성 진화 모델에 비교할 때 거의 100배에 이르는 수치이며, 천문 관측사에서 하나의 기록이라고 말했다.

반성 폴라리스 B는 작은 망원경을 이용하면 주성과 분리하여 관찰할 수 있다. B는 1780년 윌리엄 허셜이 최초로 발견하였다. 1929년 주성의 스펙트럼을 분석한 결과 주성 옆에 왜성이 붙어 돌고 있는 것을 알게 되었다. 2006년 1월 미 우주 항공국은 허블 우주 망원경으로 촬영한 폴라리스의 사진을 공개했다. 이 사진에는 폴라리스 항성계를 구성하는 3개의 별들이 뚜렷하게 구별되어 찍혀 있었다. 가장 가깝게 붙어서 돌고 있는 왜성은 주성에서 18.5 천문단위 떨어져서 돌고 있었으며, 이 거리는 태양에서 천왕성까지의 거리에 해당한다.^[1] 지구에서 멀리 떨어져 있는데다 주성의 밝기가 매우 강했기 때문에 이 거리에도 불구하고 왜성의 존재를 감지하기 힘들었던 것이다.^[2]

 

현 시점에서 폴라리스는 가상의 지구 자전축이 연장되어 천구 북극과 만나는 지점에 가까이 있는 것처럼 보인다.^[3] 따라서 폴라리스는 밤하늘에서 거의 움직이지 않고, 나머지 모든 별들은 폴라리스를 중심에 두고 회전하는 것처럼 보인다. 따라서 폴라리스는 천체 관측 및 측성학에 있어 좋은 기준점이 된다. 폴라리스는 1802년 나다니엘 보디치가 쓴 American Practical Navigator에 항해별 중 하나로 수록되어 있다.^[4] 현재 폴라리스는 천구 북극에서 0.7도 벗어난 곳에 자리잡고 있으며(이는 달 원반 지름의 1.4배이다) 하늘에서 1.5도 지름의 원을 그리면서 돈다.

 

폴라리스는 지구의 세차 운동 때문에 언젠가는 북극성의 지위를 다른 별에게 내주게 될 것이다. 지구의 자전축은 흔들리며 이로 인해 천구의 북극은 하늘에 원을 그리면서 지속적으로 변한다(그러나 약 25,800년 만에 천구 북극은 원래 있던 자리로 돌아온다).^[3] 이 보이지 않는 원 근처에 있는 별들은 과거 또는 미래 어느 순간마다 인간의 눈에 북극성처럼 보일 것이다. 대표적으로 기원전 1500년부터 기원후 500년 사이 북극성은 코카브였으며, 기원전 2500년 경에는 투반, 기원전 12000년 경의 북극성은 직녀성이었다.^[3]