별빛

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1. 개요
2. 관측
- 2.1. 분광학
- 2.2. 오래된 별빛
3. 촬영
4. 편광
- 4.1. 원편광
참조

1. 개요

별빛은 별에서 나오는 빛으로, 천문학 연구, 문화적 현상, 군사 기술 등 다양한 분야에서 활용된다. 망원경을 이용한 관측과 측정을 통해 별의 밝기, 분광학적 특성을 분석하며, 별빛 분광학은 별의 구성 성분, 온도, 밀도 등을 파악하는 데 기여한다. 또한, 별빛은 야간 촬영 및 천체 사진술의 주요 대상이며, 우주 먼지에 의해 편광되는 현상을 보이기도 한다. 별빛의 편광 관측은 은하 자기장 연구에 활용되며, 원편광 현상도 관찰된다.

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별빛
별빛
론 강 위로 쏟아지는 별빛을 묘사한 빈센트 반 고흐의 그림
특성
구성 요소	전자기 복사 가시광선 자외선 적외선
스펙트럼	별의 스펙트럼
색	별의 색깔
관측
측정	광도 스펙트럼
망원경	천체망원경
활용
천문학	항성 천문학 분광학
기타
관련 주제	밤하늘 대기 산란

2. 관측

별빛 관측은 망원경을 통해 이루어지며, 광도측정과 별 분광학 등 다양한 천문학 분야의 기초가 된다.^[1]^[5] 히파르코스는 최초로 별의 밝기를 등급으로 분류한 천문학자로, 육안 관측을 통해 별들을 6개의 등급으로 나누었다.^[2] 그는 가장 밝은 별을 1등급, 가장 희미한 별을 6등급으로 분류했다.

별빛은 시, 천문학, 군사 전략 등 인간 문화의 다양한 측면에 영향을 미쳤다.^[1]^[4] 미국 육군은 1950년대부터 별빛 조준경을 개발하여 야간 작전 능력을 향상시켰다.^[4] 이는 별빛, 달빛, 식물의 형광 등을 증폭시켜 어둠 속에서도 시야를 확보하는 기술이다.

관측 가능한 우주에서 별빛의 평균 색상은 우주 라테라는 황백색 계열이다. 별빛 조도는 인간 눈의 최소 조도(~0.1 mlx)와 일치하며, 달빛은 인간 눈의 최소 색상 시각 조도(~50 mlx)와 일치한다.^[7]^[8]

2. 1. 분광학

별빛 분광학은 1814년 요제프 폰 프라운호퍼에 의해 개척되었다.^[5] 별빛은 연속 스펙트럼, 선 스펙트럼, 흡수 스펙트럼의 세 가지 주요 스펙트럼 유형으로 구성된다.^[6]

2. 2. 오래된 별빛

2014년에 확인된 가장 오래된 별 중 하나는 SMSS J031300.36−670839.3이다. 이 별은 태양계에서 6,000광년 떨어져 있으며, 138억 년 전에 탄생한 것으로 추정된다.^[9]^[25] 이는 우주의 나이와 거의 같은 나이이다. 지구를 비추는 별빛에는 이 별로부터의 빛도 포함된다.^[9]^[25]

3. 촬영

야간 촬영에는 주로 별빛으로 조명된 피사체를 촬영하는 것이 포함된다.^[10] 밤하늘을 직접 촬영하는 것은 천체 사진술의 일부이기도 하다.^[11] 다른 사진술과 마찬가지로 과학적 탐구 및/또는 여가 활동에 사용될 수 있다.^[12]^[13] 피사체에는 야행성 동물이 포함된다.^[11] 많은 경우 별빛 사진술은 달빛의 영향을 이해해야 할 필요성과도 중복될 수 있다.^[11]

4. 편광

별빛은 성간 먼지 입자에 의해 산란되면서 부분적으로 선형 편광되는 현상을 보인다. 데이비스-그린스타인 메커니즘에 따르면, 은하 자기장에 의해 성간 먼지 입자들이 정렬되고 회전하면서 별빛이 편광된다. 이러한 편광 방향을 관측하여 은하 자기장의 구조를 연구할 수 있다.^[14] 1,000 파섹 떨어진 별의 경우 편광도는 약 1.5%이다.

초기형 별에서 나오는 빛은 본질적인 편광이 거의 없다. Kemp 등은 태양의 광학 편광을 정밀하게 측정하여 선형 편광 및 원편광 비율 모두에 대해 매우 낮은 상한값( $10^{-6}$ )을 발견했다.^[16]

4. 1. 원편광

성간 매질은 비편광된 빛을 원편광으로 만들 수 있다. 이는 시선 방향에 따라 꼬인 입자 정렬이나 여러 구름을 통과하는 과정에서 발생할 수 있다. 게 성운과 같은 천체에서는 복잡한 굴절률을 가진 성간 물질 입자에 의해 선형 편광된 빛이 원편광으로 변환되는 현상이 관측된다.^[18]^[19] 광학적으로 두꺼운 별 주위 환경에서는 다중 산란으로 인해 더 큰 원편광이 생성될 수 있다.^[18]

일반적으로 별빛에서는 훨씬 작은 비율의 원편광이 발견된다. Serkowski, Mathewson 및 Ford는^[15] UBVR 필터에서 180개 별의 편광을 측정했고, R 필터에서 최대 원편광 비율

q = 6 \times 10^{-4}

를 발견했다.

성간 매질은 광학적으로 얇기 때문에 킬로파섹 거리의 기둥을 통과하는 별빛은 약 1등급의 소광을 겪으며, 광학 깊이는 ~ 1이다. 이는 평균적으로 별빛 광자가 하나의 성간 입자에서 산란되며, 다중 산란은 발생할 가능성이 훨씬 적다는 것을 의미한다. 관측적으로,^[14] 선형 편광 비율 p ~ 0.015는 단일 산란에서 나타나며, 다중 산란에 의한 원편광은

p^{2}

에 비례하므로, 원편광 비율은

q \sim 2 \times 10^{-4}

로 예상할 수 있다.

성간 매질은 서로 다른 방향으로 정렬된 길쭉한 성간 입자로부터 순차적인 산란을 통해 비편광된 빛으로부터 원편광을 생성할 수 있다. 은하 자기장의 변화로 인해 시선 방향을 따라 꼬인 입자 정렬이 발생하거나, 시선이 여러 구름을 통과할 수 있다. 이러한 메커니즘에서 예상되는 최대 원편광 비율은

q \sim p^{2}

이며, 여기서

p

는 선형 편광 빛의 비율이다.

광학적으로 두꺼운 별 주위 환경은 성간 매질보다 훨씬 큰 원편광을 생성할 수 있다. 별 근처에서 광학적으로 두꺼운 비대칭 별 주위 먼지 구름에서 다중 산란을 통해 선형 편광된 빛이 원편광이 될 수 있다.

참조

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_[2] 간행물 Astronomy https://d3bxy9euw4e1[...] Rice University 2016
_[3] 서적 Wells Hawks Skinner – Studies in literature and composition for high schools, normal schools, and ... https://archive.org/[...] 1897
_[4] 뉴스 "How the Army Learned to See in the Dark" by Mort Schultz https://books.google[...] Popular Mechanics 1969-01
_[5] 서적 The Analysis of Starlight: One Hundred and Fifty Years of Astronomical Spectroscopy https://books.google[...] CUP Archive
_[6] 서적 Starlight: An Introduction to Stellar Physics for Amateurs https://books.google[...] Springer Science & Business Media
_[7] 웹사이트 Radiometry and photometry in astronomy http://stjarnhimlen.[...]
_[8] 간행물 IEE Reviews https://books.google[...] 1972
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_[10] 서적 Sierra Starlight: The Astrophotography of Tony Rowell https://books.google[...] Heyday 2018-04-02
_[11] 서적 Scientific Photography and Applied Imaging https://books.google[...] CRC Press 2015-10-23
_[12] 서적 Scientific Photography and Applied Imaging https://books.google[...] CRC Press 2015-10-23
_[13] 서적 Scientific Photography and Applied Imaging https://books.google[...] CRC Press 2015-10-23
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_[15] 논문 Wavelength dependence of interstellar polarization and ratio of total to selective extinction
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_[17] 논문 Interstellar Circular Polarization: Data for Six Stars and the Wavelength Dependence
_[18] 논문 Interstellar circular polarization
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_[20] 논문 Circular polarization in T Tauri stars. II - New observations and evidence for multiple scattering
_[21] 논문 Infrared Circular Polarization of NML Cygni and VY Canis Majoris
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_[40] 서적 文部省学術用語集天文学編（増訂版）文部省、日本天文学会 1994-11-15
_[41] 서적 The Analysis of Starlight: One Hundred and Fifty Years of Astronomical Spectroscopy https://books.google[...] CUP Archive
_[42] 서적 Starlight: An Introduction to Stellar Physics for Amateurs https://books.google[...] Springer Science & Business Media
_[43] 서적 Astronomy OpenStax College, Rice University,Open Textbook Library
_[44] APOD Cosmic Latte: The Average Color of the Universe 2020-12-27
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_[46] 논문 Wavelength dependence of interstellar polarization and ratio of total to selective extinction American Astronomical Society
_[47] 서적 Keith Robinson - Starlight: An Introduction to Stellar Physics for Amateurs http://books.google.[...]

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