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색지수

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목차

1. 개요

색지수는 천체의 겉보기 등급을 서로 다른 색 필터를 사용하여 측정하고, 등급 차이를 계산하여 얻는 값이다. 주로 U, B, V 필터를 사용하는 UBV 측광계가 사용되며, U-B, B-V 등의 색지수가 활용된다. 색지수는 파장이 짧은 필터 등급에서 긴 필터 등급을 뺀 값으로, 값이 작을수록 푸른색, 클수록 붉은색을 나타낸다. 원거리 천체의 경우 성간 물질에 의한 적색화 현상이 나타나며, 이를 보정하기 위해 색초과를 사용한다. UBVRI 필터 시스템과 같은 다양한 측광계를 통해 천체의 색온도에 따라 적절한 필터를 선택하여 활용한다.

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색지수
개요
색지수 (영문)Color index
색지수 (로마자 표기)Saekjisu
설명천체의 색깔을 나타내는 지수
정의
측정 방법서로 다른 두 파장 영역에서의 등급 차이를 이용
공식B-V = mB - mV (B는 청색 등급, V는 가시광선 등급)
의미B-V 값이 작을수록 (음수), 천체는 푸른색을 띔.
B-V 값이 클수록 (양수), 천체는 붉은색을 띔.
색지수와 항성의 관계
항성 표면 온도와의 관계색지수는 항성의 표면 온도와 밀접한 관련이 있음.
예시청색 초거성: B-V ≈ -0.3
태양: B-V ≈ 0.656 ± 0.005
적색 거성: B-V ≈ 2.0
다양한 색지수 시스템
UBV 시스템U(자외선), B(청색), V(가시광선) 등급을 사용
Johnson-Cousins 시스템UBVRI 등급을 사용 (R은 적색, I는 근적외선)
Strömgren 시스템좁은 대역 필터를 사용 (uvbyβ)
활용
항성 연구항성의 유효 온도, 광도, 분광형 추정
성간 소광 연구성간 물질에 의한 빛의 흡수 및 산란 정도 측정
적색편이 측정멀리 떨어진 천체의 거리 측정
색온도 예시
42000 K'#48B3FF'
30000 K'#63B7FF'
9790 K'#BAD7FF'
7300 K'#D2E2FF'
5940 K'#F0F5FF'
5150 K'#FFF9F2'
3840 K'#FFEDD0'

2. 색지수의 정의 및 원리

색지수는 천체의 밝기를 서로 다른 색 필터를 사용하여 측정하고, 그 차이를 통해 천체의 색깔을 수치화한 값이다. 일반적으로 파장이 짧은 쪽 필터에서의 등급에서 파장이 긴 쪽 필터에서의 등급을 뺀 값으로 정의된다. 따라서 색지수 값이 작을수록 천체는 더 푸른색(또는 더 높은 온도)을 띠고, 값이 클수록 더 붉은색(또는 더 낮은 온도)을 띤다.

일반적인 색상 레이블(예: 적색 초거성)은 주관적이며 별 베가를 기준으로 사용한다. 그러나 이러한 레이블은 정량적 근거를 가지고 있지만, 인간의 눈이 이러한 별의 색상을 어떻게 인식하는지를 반영하지는 않는다. 예를 들어, 베가는 청백색을 띠는 반면, 태양은 우주 공간에서 볼 때 광원 D65 (약간 차가운 백색으로 간주될 수 있음)보다 약간 더 따뜻한 중성적인 백색으로 보일 것이다.

정량적 색지수 용어[8]
색상 (베가 기준)색지수 (B-V)분광형 (주계열성)분광형 (거성)분광형 (초거성)예시
적색≥1.40MK4-M9K3-M9베텔게우스, 안타레스
오렌지색0.80-1.40KG4-K3G1-K2아크투루스, 폴룩스
황색0.60-0.80GG0-G3F8-G0태양, 켄타우루스자리 알파
녹색0.30-0.60FFF4-7프로키온
백색0.00-0.30AAA0-F3시리우스, 베가
청색-0.33-0.00OBOBOB스피카, 리겔


2. 1. UBV 측광계

UBV 측광계는 자외선 영역의 빛을 투과하는 '''U 밴드''' 필터, 청색을 투과하는 '''B 밴드''' 필터, 녹색에서 황색의 파장역을 투과하는 '''V 밴드''' 필터를 사용하는 측광 방법이다. U 밴드와 B 밴드, B 밴드와 V 밴드의 등급 차이를 각각 '''U-B''' 색지수, '''B-V''' 색지수 등으로 부른다.

예를 들어 황색 별인 태양의 B-V 색지수는 0.65이다. 푸른빛을 띠는 별인 리겔은 B 등급이 0.09 등급, V 등급이 0.12 등급이므로, B-V 색지수는 -0.03이다.[14]

2. 2. 색지수 계산

색지수는 천체의 등급을 두 종류의 다른 색 필터를 사용하여 측정하고, 그 등급의 차이를 구함으로써 얻어진다. 이 측광에는 특정 파장역의 빛만을 투과하는 밴드 패스 필터가 사용된다. 대표적인 필터로는 자외선 영역의 빛을 투과하는 '''U 밴드''' 필터, 청색을 투과하는 '''B 밴드''' 필터, 녹색에서 황색의 파장역을 투과하는 '''V 밴드''' 필터 등이 있다. 이 U, B, V 세 가지 색의 파장역을 사용하는 측광 방법을 UBV 측광계라고 부르며, U 밴드와 B 밴드, B 밴드와 V 밴드의 등급 차이를 각각 '''U-B''' 색지수, '''B-V''' 색지수 등으로 부른다.

색지수는 일반적으로 파장이 짧은 밴드에서의 등급에서 파장이 긴 밴드에서의 등급을 뺀 값을 사용하므로, 색지수의 값이 작을수록 그 천체는 푸른색(또는 온도가 높다)을 나타낸다. 반대로 색지수의 값이 클수록 그 천체는 붉은색(또는 온도가 낮다)을 나타낸다. 예를 들어 황색 별로 알려진 태양의 색지수는 B-V = 0.65이다. 또한, 푸른빛을 띠는 별인 리겔은 B 등급이 0.09 등급, V 등급이 0.12 등급이므로, B-V 색지수는 -0.03이 된다[14].

원거리에 있는 천체의 색지수는 많은 경우 성간 물질에 의한 소광의 영향을 받으며, 그 천체의 실제 색에 비해 더 붉은색으로 관측된다. 이를 성간 적색화라고 부른다. 천체를 실제로 관측했을 때의 색지수에서 소광의 영향을 받지 않은 실제 색지수를 뺀 값을 색초과(Color excess영어)라고 부르며, 적색화의 정도를 나타낸다[15].

가시광선에서의 측광 관측에서 가장 많이 사용되는 것은 '''UBVRI''' 필터 시스템이다. 이 중 U, B, V 각 필터는 위에 언급된 것이며, 여기에 적색을 투과하는 '''R 밴드'''와 적외선을 투과하는 '''I 밴드'''를 더한 측광계이다. 이 측광계는 고안자의 이름을 따서 존슨-모건 측광계(또는 존슨-카즌스 측광계) 등으로 불린다. 실제 측광 관측은 이러한 각 파장역을 투과하는 유리 필터와 광전자 증배관을 조합하여 수행된다. 색지수를 구하기 위한 두 가지 색의 필터는 천체의 색온도에 맞춰 적절한 조합을 선택한다. '''B-V'''는 항성 등에 널리 사용된다. '''U-V'''는 보다 고온의 천체에 사용되며, '''R-I'''는 저온의 천체에 사용된다.

3. 정량적 색지수 용어 (영어)

정량적 색지수 용어[8]
색상 (베가 기준)색지수 (B-V)분광형 (주계열성)분광형 (거성)분광형 (초거성)예시
적색≥1.40MK4-M9K3-M9베텔게우스, 안타레스
오렌지색0.80-1.40KG4-K3G1-K2아크투루스, 폴룩스
황색0.60-0.80GG0-G3F8-G0태양, 켄타우루스자리 알파
녹색0.30-0.60FFF4-7프로키온
백색0.00-0.30AA0-F3시리우스, 베가
청색-0.33-0.00OBOBOB스피카, 리겔



일반적인 색상 레이블(예: 적색 초거성)은 주관적이며 베가를 기준으로 사용한다. 그러나 이러한 레이블은 정량적 근거를 가지고 있지만, 인간의 눈이 이러한 별의 색상을 어떻게 인식하는지를 반영하지는 않는다. 예를 들어, 베가는 청백색을 띠는 반면, 태양은 우주 공간에서 볼 때 광원 D65 (약간 차가운 백색으로 간주될 수 있음)보다 약간 더 따뜻한 중성적인 백색으로 보일 것이다. "녹색" 별은 인간의 눈에 흰색으로 인식될 것이다.

4. 성간 적색화와 색초과

색지수는 일반적으로 파장이 짧은 밴드에서의 등급에서 파장이 긴 밴드에서의 등급을 뺀 값을 사용하므로, 색지수의 값이 작을수록 그 천체는 푸른색(또는 온도가 높다)을 나타낸다. 반대로 색지수의 값이 클수록 그 천체는 붉은색(또는 온도가 낮다)을 나타낸다. 예를 들어 황색 별로 알려진 태양의 색지수는 B-V = 0.65이다. 또한, 푸른빛을 띠는 별인 리겔은 B 등급이 0.09 등급, V 등급이 0.12 등급이므로, B-V 색지수는 -0.03이 된다[14]。

원거리에 있는 천체의 색지수는 많은 경우 성간 물질에 의한 소광의 영향을 받으며, 그 천체의 실제 색에 비해 더 붉은색으로 관측된다. 이를 성간 적색화라고 부른다. 천체를 실제로 관측했을 때의 색지수에서 소광의 영향을 받지 않은 실제 색지수를 뺀 값을 색초과(Color excess|컬러 익세스영어)[15]라고 부르며, 적색화의 정도를 나타낸다.

5. UBVRI 측광계 및 기타 측광계

UBV 측광계는 자외선 영역의 빛을 투과하는 '''U 밴드''' 필터, 청색을 투과하는 '''B 밴드''' 필터, 녹색에서 황색의 파장역을 투과하는 '''V 밴드''' 필터를 사용하여 천체의 등급을 측정하는 방법이다. U-B 색지수는 U 밴드와 B 밴드의 등급 차이, B-V 색지수는 B 밴드와 V 밴드의 등급 차이를 의미한다.

색지수는 파장이 짧은 밴드에서의 등급에서 파장이 긴 밴드에서의 등급을 뺀 값이다. 따라서 색지수 값이 작을수록 천체는 푸른색(또는 높은 온도)을, 클수록 붉은색(또는 낮은 온도)을 나타낸다. 예를 들어 황색 별인 태양의 B-V 색지수는 0.65이다. 푸른 별 리겔은 B 등급이 0.09 등급, V 등급이 0.12 등급이므로 B-V 색지수는 -0.03이다[14]。

원거리 천체의 색지수는 성간 물질에 의한 소광의 영향을 받아 실제보다 붉게 관측되는 성간 적색화 현상이 나타난다. 색초과[15] (Color excess영어)는 실제 관측된 색지수에서 소광의 영향을 받지 않은 실제 색지수를 뺀 값으로, 적색화 정도를 나타낸다.

가시광선 측광 관측에서 가장 많이 사용되는 것은 U, B, V 필터에 적색 '''R 밴드'''와 적외선 '''I 밴드'''를 더한 '''UBVRI''' 필터 시스템이다. 이는 존슨-모건 측광계(또는 존슨-카즌스 측광계)로도 불린다. 실제 관측은 각 파장역을 투과하는 유리 필터와 광전자 증배관을 조합하여 수행된다. 색지수를 얻기 위한 두 필터는 천체의 색온도에 맞춰 선택한다. '''B-V'''는 항성, '''U-V'''는 고온 천체, '''R-I'''는 저온 천체에 주로 사용된다.

6. 색지수의 활용

색지수는 일반적으로 파장이 짧은 밴드에서의 등급에서 파장이 긴 밴드에서의 등급을 뺀 값을 사용하므로, 색지수의 값이 작을수록 그 천체는 푸른색(또는 온도가 높다)을 나타낸다. 반대로 색지수의 값이 클수록 그 천체는 붉은색(또는 온도가 낮다)을 나타낸다. 예를 들어 황색 별로 알려진 태양의 색지수는 B-V = 0.65이다. 또한, 푸른빛을 띠는 별인 리겔은 B 등급이 0.09 등급, V 등급이 0.12 등급이므로, B-V 색지수는 -0.03이 된다[14]。

원거리에 있는 천체의 색지수는 많은 경우 성간 물질에 의한 소광의 영향을 받으며, 그 천체의 실제 색에 비해 더 붉은색으로 관측된다. 이를 성간 적색화라고 부른다. 천체를 실제로 관측했을 때의 색지수에서 소광의 영향을 받지 않은 실제 색지수를 뺀 값을 색초과[15] (Color excess|컬러 엑세스영어)라고 부르며, 적색화의 정도를 나타낸다.

가시광선에서의 측광 관측에서 가장 많이 사용되는 것은 '''UBVRI''' 필터 시스템이다. 이 중 U, B, V 각 필터는 위에 언급된 것이며, 여기에 적색을 투과하는 '''R 밴드'''와 적외선을 투과하는 '''I 밴드'''를 더한 측광계이다. 이 측광계는 고안자의 이름을 따서 존슨-모건 측광계(또는 존슨-카즌스 측광계) 등으로 불린다. 실제 측광 관측은 이러한 각 파장역을 투과하는 유리 필터와 광전자 증배관을 조합하여 수행된다. 색지수를 구하기 위한 두 가지 색의 필터는 천체의 색온도에 맞춰 적절한 조합을 선택한다. '''B-V'''는 항성 등에 널리 사용된다. '''U-V'''는 보다 고온의 천체에 사용되며, '''R-I'''는 저온의 천체에 사용된다.

참조

[1] 서적 Encyclopedia of Astronomy & Astrophysics https://www.taylorfr[...] CRC Press 2001-01-01
[2] 웹사이트 VizieR http://webviz.u-stra[...] 2024-04-02
[3] 논문 A STUDY OF THE B-V COLOR-TEMPERATURE RELATION http://iopscience.io[...] 2000
[4] 논문 New insights into black bodies 2012
[5] 문서 BallesterosBV_T API http://www.hs.uni-ha[...]
[6] 간행물 UBVRI Photometric Standard Stars in the Magnitude Range 11.5 < V < 16.0 Around the Celestial Equator https://ui.adsabs.ha[...] 1992-07-01
[7] Technical report UBV: Subroutine to Compute Photometric Magnitudes of the Planets and Their Satellites https://ntrs.nasa.go[...] Jet Propulsion Laboratory 1971-02-15
[8] 간행물 Colour evolution of Betelgeuse and Antares over two millennia, derived from historical records, as a new constraint on mass and age 2022-07-29
[9] 서적 Handbook of Space Astronomy and Astrophysics https://archive.org/[...] Cambridge University Press
[10] simbad * bet Ori
[11] 간행물 The Inferred Color Index of the Sun http://adsabs.harvar[...] 1992-11
[12] 간행물 UBVRI passbands http://adsabs.harvar[...] 1990-10
[13] 웹사이트 色指数 https://astro-dic.jp[...] 日本天文学会 2019-05-31
[14] 데이터베이스 Simbad Astronomical Database Rigel page http://simbad.u-stra[...]
[15] 웹사이트 色超過 https://astro-dic.jp[...] 日本天文学会 2019-05-31


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