별을 흑체로 가정하는 이유

흑체복사에 대한 글을 쓰다보니, 갑자기 별을 흑체로 보는 이유에 대한 글이 쓰고 싶어졌다. 오히려 이전 포스팅보다 더 호기심을 자극하고 유용할지도 모르겠다.

 

1. SOHO LASCO C3 실시간 태양 영상

출처 : https://lasco-www.nrl.navy.mil/

 

위의 사진은 NASA의 태양 관측용 위성인 SOHO에서 촬영한 영상이다. 왼쪽부터 파장 171nm, 195nm, 가시광선 전범위에서 촬영된 것이다. 이렇게 모든 범위의 전자기파에서 태양을 관측하여도 태양의 내부를 볼 수 없는 것은, 태양의 광구가 모든 파장의 복사에 대해 불투명하기 때문이다. 

 

 

2. 광구는 불투명하다.

 

태양의 표면이 5,800K나 되는 높은 온도를 가지고 있는 것은 핵에서 에너지를 생산하기 때문이다. 태양의 핵에서 생성된 에너지는 복사, 대류, 전도를 통해 표면으로 전달되어 나온다. 만일, 광구가 핵 부근에서 방출되는 복사 에너지를 모두 흡수하지 않는다면, 우리는 핵융합이 일어나는 태양의 내부를 관측할 수 있을 것이다. 마치 유리창 너머의 바깥을 보는 것과 비슷하다. 하지만 SOHO에서 촬영한 영상처럼 태양 내부를 볼 수 없는 이유는 태양 내부에서 나오는 복사가 모두 광구에서 흡수되기 때문이다. 따라서 광구는 내부에서 나오는 모든 복사를 흡수하고, 다시 복사로 재방출하는 흑체로 볼 수 있다. 

 

3. 결론 : 별을 흑체로 가정하는 이유

 

별의 대기를 흑체로 보는 이유는, 별의 대기가 불투명하여 내부에서 방출되는 모든 복사를 흡수하기 때문이다. 하지만 실제 별의 스펙트럼을 관찰해보면, 별을 흑체라고 예상했을 때의 스펙트럼과는 비슷하지만 다른 양상을 보인다. 그렇기에 천문학에서는 별의 온도를 밝기 온도, 색 온도, 유효 온도 등 다양한 방식으로 별의 온도를 추론하게 된다.

 

2013년 1월경에 촬영한 별. 3개의 별 색이 모두 다르다.