고등학교 1~2학년 (15-17세)

별의 특성

Stellar Properties

밤하늘의 별은 색과 밝기가 저마다 다른데, 별의 색으로 표면 온도를 짐작할 수 있어서 파란 별은 뜨겁고 붉은 별은 상대적으로 차가워요. 별의 표면 온도를 가로축, 광도를 세로축에 놓은 H-R도에 별을 찍으면, 대부분은 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 이어지는 주계열에 모이고 거성, 초거성, 백색 왜성은 따로 떨어진 자리에 놓여요. 광도는 L = 4πR²σT⁴ 처럼 반지름과 표면 온도로 정해지므로, 온도가 같아도 반지름이 크면 훨씬 밝고 뜨거워도 작으면 어두워요. 그림에서 별의 무리를 바꾸면 그 무리가 H-R도의 어디에 있는지, 반지름이 같은 점선과 견주어 얼마나 큰 별인지 볼 수 있어요.

밤하늘의 별은 모두 같을까

⭐ 별마다 다른 성질

①밤하늘의 별은 크기, 표면 온도, 밝기가 모두 다르다

②표면 온도가 높은 별은 짧은 파장의 빛을 많이 내 파랗게 보이고, 온도가 낮은 별은 붉게 보인다

③별의 표면 온도와 광도를 한 그래프에 나타내면 별들이 몇 무리로 나뉘어 모이는데, 이 그래프가 H-R도다

H-R도(헤르츠스프룽 · 러셀도)

별의 무리주계열성

💡 그림에서 볼 것

①주계열성은 왼쪽 위(뜨겁고 밝음)에서 오른쪽 아래(차갑고 어두움)로 이어지는 띠에 모이고, 별의 약 90%가 여기에 속한다

②거성과 초거성은 오른쪽 위에 있어 온도는 낮지만, 반지름이 태양의 수십 ~ 천 배여서 매우 밝다

③백색 왜성은 왼쪽 아래에 있어 온도는 높지만 지구만 한 크기라 어둡다

④점선은 반지름이 같은 별을 이은 선으로, 오른쪽 위로 갈수록 반지름이 크다

별의 물리량

슈테판 · 볼츠만 법칙

L = 4πR²σT⁴

광도(L)는 반지름의 제곱과 표면 온도의 네제곱에 비례한다. 온도가 2배이면 광도는 16배가 된다

빈의 변위 법칙

λ_max = b / T

가장 세게 내는 빛의 파장은 표면 온도에 반비례한다(b ≈ 2.9 × 10⁻³ m·K). 태양은 약 500 nm 에서 가장 밝다

🔬 별의 색과 표면 온도

①푸른 별: 표면 온도 약 30000 K 이상(O형), 10000 ~ 30000 K(B형)

②흰 별: 약 10000 K(A형, 시리우스 A)

③노란 별: 약 6000 K(G형, 태양)

④주황 별: 약 4000 ~ 5000 K(K형, 알데바란)

⑤붉은 별: 약 3500 K 이하(M형, 베텔게우스, 프록시마 센타우리)

별의 밝기

겉보기 등급과 절대 등급

m − M = 5 log(d/10)

m 은 겉보기 등급, M 은 절대 등급, d 는 거리(pc)이고, 등급의 숫자가 작을수록 밝다

📏 등급의 뜻

①겉보기 등급(m)은 지구에서 보이는 밝기여서 거리의 영향을 받는다

②절대 등급(M)은 별을 10 pc 거리에 두었다고 할 때의 밝기여서 별이 실제로 내는 빛의 양을 비교할 수 있다

③1등급 차이는 밝기 약 2.5배, 5등급 차이는 정확히 100배다

④m − M 이 클수록 별이 멀리 있다

예제와 기출로 점검

예제 1

두 별의 등급이 5 차이가 난다. 더 밝은 별은 어두운 별보다 몇 배 밝은가?

등급이 1 작아질 때마다 밝기는 약 2.5배가 된다.

등급 5 차이는 정확히 100배의 밝기 차이로 정해져 있다(약 2.5⁵ ≈ 100).

▸ 100배

등급은 숫자가 작을수록 밝다. 5 등급마다 밝기가 정확히 100배씩 달라진다.

예제 2

표면 온도가 태양과 같고 반지름이 태양의 100배인 별의 광도는 태양의 약 몇 배인가? (L = 4πR²σT⁴)

온도가 같으면 슈테판 · 볼츠만 법칙에서 광도는 반지름의 제곱에 비례한다(L ∝ R²).

반지름이 100배이면 광도는 100² = 10000배다.

▸ 약 10000배

그림에서 100 R⊙ 점선이 태양과 같은 온도(약 5800 K)를 지나는 자리가 바로 광도 10⁴ 이다. 적색 거성이 차가워도 밝은 까닭이 이것이다.

수능 유형

H-R도와 별의 물리량에 대한 설명으로 옳은 것은?

①H-R도의 가로축은 왼쪽으로 갈수록 표면 온도가 낮다

②주계열성은 H-R도에서 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 분포한다

③적색 거성은 표면 온도가 높고 반지름이 작다

④절대 등급은 별을 실제 거리에 두었을 때의 밝기다

⑤등급의 숫자가 클수록 더 밝은 별이다

▸ ② 주계열성은 H-R도에서 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 분포한다

주계열성은 중심에서 수소 핵융합이 일어나는 별로, H-R도에서 뜨겁고 밝은 왼쪽 위부터 차갑고 어두운 오른쪽 아래까지 띠를 이룬다.

가로축은 왼쪽이 고온이고(①), 적색 거성은 온도가 낮고 반지름이 크며(③), 절대 등급은 10 pc 거리에 두었을 때의 밝기이고(④), 등급은 숫자가 작을수록 밝다(⑤).

정리

별의 성질의 핵심

L = 4πR²σT⁴ / H-R도: 가로 = 표면 온도(왼쪽이 높음), 세로 = 광도

별의 광도는 반지름과 표면 온도로 정해지고, H-R도에서 별의 무리와 진화 단계를 읽을 수 있다

🎯 시험 포인트

①H-R도의 가로축은 표면 온도(왼쪽이 높음), 세로축은 광도다

②주계열성은 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 이어지고, 별의 약 90%가 여기에 속한다

③L = 4πR²σT⁴ 이므로 온도가 같으면 반지름이 클수록 밝다

④거성은 온도가 낮아도 반지름이 커서 밝고, 백색 왜성은 온도가 높아도 반지름이 작아서 어둡다

⑤등급은 1 차이가 약 2.5배, 5 차이가 100배의 밝기 차이다

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마지막 수정 2026-10-17

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