유효온도
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1. 개요
유효 온도는 흑체의 온도로, 천체가 방출하는 복사 에너지와 단위 표면적이 방출하는 에너지가 같을 때를 의미한다. 항성의 유효 온도는 슈테판-볼츠만 법칙으로 정의되며, 광도와 반지름을 통해 계산할 수 있다. 행성의 유효 온도는 받는 에너지와 같은 양의 에너지를 방출하는 흑체의 온도로 정의되며, 항성의 광도, 행성의 거리, 반사도를 통해 계산된다. 또한 인체의 유효 온도는 기온, 습도, 풍속을 이용하여 쾌적함을 나타내는 지표로, 수정 유효 온도, 신 유효 온도, 표준 신 유효 온도 등이 있다.
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| 유효온도 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 정의 | 천체가 방출하는 총 복사 에너지와 동일한 에너지를 방출하는 흑체의 온도 |
| 기호 | Teff |
| 관련 항목 | 광도, 슈테판-볼츠만 법칙 |
2. 항성
항성의 유효온도는 단위 표면적이 방출하는 복사에너지와 동일한 양의 에너지를 방출하는 흑체의 온도이며, 슈테판-볼츠만 법칙에 따라 로 정의된다. 여기서 L은 전(全)복사광도, R은 항성의 반지름이다. 항성의 반지름은 명확하게 정의되어 있지 않으므로, 유효온도는 로슬랜드 광학적 깊이로 정의되는 반지름에서의 온도로 간주된다.[20][21] 유효온도와 복사광도는 HR 도표에 항성을 표시하는 기준이 되며, 항성의 화학적 조성에 영향을 받는다.
항성의 색지수는 적외선 영역에 주로 복사하는 분광형 M의 차가운 별(항성에 한정된 표현)부터 자외선 영역에 주로 복사하는 분광형 O형의 뜨거운 별까지 다양하다. 항성의 유효온도는 단위 표면적당 방출하는 열 에너지의 양을 나타내며, 뜨거운 별부터 차가운 별 순서로 O, B, A, F, G, K, M 분광형으로 분류된다.
붉은색 별은 복사 에너지가 약한 적색 왜성이거나, 안타레스나 베텔게우스와 같이 에너지를 많이 방출하는 적색 거성일 수 있다. 적색 거성은 부피가 커서 전체 방출 에너지는 적색 왜성보다 크지만, 단위 면적당 방출하는 열 에너지는 적다.
2. 1. 태양
우리 태양의 유효온도는 5780켈빈 정도이다.[22][23] 국제천문연맹에서 정의한 공칭 값은 5772켈빈이다.[8] 항성들은 내부로 갈수록 서서히 뜨거워지는 온도 그래디언트를 형성하고 있다. 태양의 중심핵 온도(수소 핵융합 작용이 일어나는 장소)는 약 1500만 켈빈일 것으로 추측하고 있다.
태양이나 카펠라와 같은 별들은 단위 면적 당 방출 에너지의 양은 적색 왜성, 적색 거성보다는 크지만, 베가나 리겔과 같은 백색 및 청색 별들보다는 훨씬 작다.
2. 2. 다양한 항성
항성의 유효온도는 단위 면적당 방출하는 복사에너지와 동일한 양의 에너지를 방출하는 흑체의 온도로, 슈테판-볼츠만 법칙에 따라 정의된다. 항성의 반지름을 R로 놓을 경우, 전(全)복사광도는 L = 4πR²σTeff⁴ 가 된다. 유효온도는 항성의 반지름을 로슬랜드 광학적 깊이로 정의할 때의 온도와 일치한다.[20][21] 유효온도와 복사광도는 항성을 HR 도표 위에 표시하는 기준이 되며, 항성의 화학적 조성에 영향을 받는다.우리 태양의 유효온도는 약 5780켈빈이다.[22][23] 항성들은 내부로 갈수록 뜨거워지는 온도 기울기를 형성하며, 태양핵 온도는 약 1500만 켈빈으로 추측된다.
항성의 색지수는 빛의 파장 방출량이 대부분 적외선 영역에 몰려 있는 분광형 M의 차가운 별부터, 자외선 영역에 몰려 있는 분광형 O형의 뜨거운 별까지 다양하다. 항성의 유효온도는 단위 면적당 방출하는 열 에너지의 양을 나타낸다. 뜨거운 별부터 차가운 별까지를 나타내는 분광형 기호는 O, B, A, F, G, K, M 순이다.
붉은 색으로 빛나는 별은 복사 에너지를 미약하게 방출하는 적색 왜성이거나, 안타레스나 베텔게우스처럼 막대한 에너지를 방출하는 적색 거성일 수 있다. 적색 거성은 부피가 커서 전체 방출 에너지량은 적색 왜성보다 크지만, 단위 면적당 방출하는 열 에너지는 적다. 태양이나 카펠라와 같은 별들은 단위 면적당 방출 에너지가 적색 왜성, 적색 거성보다는 크지만, 베가나 리겔과 같은 백색 및 청색 별들보다는 훨씬 작다.
3. 행성
행성의 유효 온도는 행성이 받는 에너지와 같은 양의 에너지를 방출하는 흑체의 온도로 정의된다.[1] 이는 행성의 실제 온도와는 다를 수 있는데, 실제 온도는 행성의 반사도(알베도), 대기, 내부열 등 여러 요인에 따라 달라진다.[1]
예를 들어 목성의 유효 온도는 112 K이지만, 내부열 때문에 실제 온도는 152 K로 더 높다.[1] 페가수스자리 51b의 유효 온도는 1258 K로 매우 높다.[1] HD 209458 b(오시리스)의 경우 흑체 온도(1359 K)와 분광학적 분석으로 측정한 실제 온도(1130 K) 사이에 차이가 있다.[1]
이처럼 유효 온도는 행성의 대략적인 온도 수준을 나타내는 지표이지만, 실제 온도는 다양한 요인의 영향을 받기 때문에 차이가 있을 수 있다는 점을 유의해야 한다.
3. 1. 유효 온도의 계산
행성의 유효온도는, 행성이 받는 에너지와 같은 양의 에너지를 방출하는 흑체의 온도 T로 정의할 수 있다.광도 L인 별에서 D만큼 떨어진 행성의 경우를 생각해보자. 별이 등방적으로 복사하고 행성이 별에서 멀리 떨어져 있다고 가정하면, 행성이 흡수하는 전력은 반지름 r의 원반으로 행성을 취급하여 계산한다. 이 원반은 반지름 D (별로부터 행성까지의 거리)인 구의 표면에 퍼져 있는 전력의 일부를 가로챈다. 이 계산은 행성이 들어오는 복사선의 일부를 알베도 (a)를 사용하여 반사한다고 가정한다. 흡수된 전력의 식은 다음과 같다.
:
행성 전체가 동일한 온도 T에 있고 행성이 흑체처럼 복사한다고 가정하면, 스테판-볼츠만 법칙에 따라 행성이 복사하는 전력은 다음과 같다.
:
이 두 식을 같게 놓고 재정렬하면 유효 온도에 대한 식을 얻을 수 있다.
:
여기서 는 스테판-볼츠만 상수이다. 행성의 반지름은 최종 식에서 상쇄된다.
이 계산식에서 목성의 유효 온도는 112K이고, 페가수스자리 51 b (디미디움)는 1258K이다. 목성 등과 같이 몇몇 행성의 유효 온도의 더 나은 추정값을 얻기 위해서는 행성 내의 발열()을 입력되는 열량으로 포함시킬 필요가 있다. 실제 온도는 알베도와 대기의 온실 효과 등에 의존한다. 분광법에 의한 오시리스 (행성)의 실제 온도는 1130 K이지만, 유효 온도는 1359K이다. 목성의 내부 발열은 유효 온도를 약 152 K로 상승시킨다.
3. 2. 실제 온도와의 차이
행성의 유효 온도는 행성이 받는 에너지와 같은 양의 에너지를 방출하는 흑체의 온도로 정의된다. 실제 온도는 반사도(알베도), 대기, 내부열 등 여러 요인에 따라 달라질 수 있다.예를 들어 목성은 내부열 때문에 유효 온도(112 K)보다 실제 온도(152 K)가 더 높다. 페가수스자리 51b는 유효 온도가 1258 K로 매우 높다. HD 209458 b(오시리스)는 흑체 온도(1359 K)와 분광학적 분석으로 측정한 실제 온도(1130 K) 사이에 차이가 있다.
이처럼 유효 온도는 행성의 대략적인 온도 수준을 나타내지만, 실제 온도는 다양한 요인의 영향을 받기 때문에 차이가 있을 수 있다.
3. 2. 1. 목성
목성의 유효 온도는 112 K이며,[1] 페가수스자리 51b의 유효 온도는 1258 K이다.[1] 실제 온도는 천체의 반사도, 대기, 내부열 등에 따라 이론과 다를 수 있다. 예를 들어 HD 209458 b(오시리스)의 흑체 온도는 1359 K이지만, 분광학적 분석으로 밝혀진 실제 온도는 1130 K이다.[1]목성의 경우 흑체 온도 112 K에 내부열 온도 40 K를 더하면 실제 온도는 152 K가 된다.[1]
3. 2. 2. 페가수스자리 51b
페가수스자리 51 b(51 Pegasi b영어)는 벨레로폰 또는 디미디움으로도 불리며, 이 행성의 유효 온도는 1258K이다. 실제 온도는 해당 천체의 반사도, 대기, 내부열과 같은 요소에 따라 이론과 다르게 나타날 수 있다.3. 2. 3. HD 209458 b (오시리스)
HD 209458 b (오시리스)의 흑체온도는 1359K이지만, 분광 분석을 통한 실제 온도는 1130K이다.[1]3. 3. 지구
지구는 알베도가 약 0.306이고, 평균 궤도 반경은 1.5×108 km이다. 태양 복사조도()는 이며, ε=1과 나머지 물리 상수를 사용하여 계산하면 지구의 유효 온도는 가 된다.[11]2020년 기준 지구 표면의 실제 평균 온도는 이다.[12] 이 두 값의 차이를 ''온실 효과''라고 부른다. 온실 효과는 대기 중의 온실 기체와 구름이 열 복사를 흡수하고 우주로의 방출을 줄여서 나타난다. 즉, 지구 표면에서 우주로의 열 복사 방출률이 감소한다. 표면 온도를 방정식에 대입하고 ε를 풀면 288 K 지구에 대한 약 0.61의 유효 방사율이 나온다. 이러한 값은 의 외부 열 복사속(우주에서 볼 때 ε=0.61)과 의 표면 열 복사속(표면에서 ε≈1)을 계산하며, 두 플럭스는 모두 IPCC에서 보고한 신뢰 범위에 가깝다.[13]
금성의 유효 온도는 -46℃인데, 이는 태양광의 77%를 반사하기 때문이다. 실제 금성의 온도는 460℃이며, 88기압의 이산화탄소가 510℃에 해당하는 온실 효과를 나타낸다. 화성의 유효 온도는 -56℃로 실제 온도인 -53℃와 거의 차이가 없다. 이는 이산화탄소가 0.006기압으로 온실 효과가 약하기 때문이다. 수증기 또한 강력한 온실 효과를 가지므로 수증기의 유무도 고려해야 한다.[18]
3. 3. 1. 한국의 기후 변화 대응
(이전 출력이 없으므로, 수정할 내용이 없습니다. 원본 소스가 제공되면 지침에 따라 위키텍스트를 작성하겠습니다.)4. 인체의 유효 온도
'''유효 온도'''(ET, effective temperature영어)는 온열 4요소 중 기온, 습도, 풍속을 사용하여 쾌적함을 나타내는 지표로, 복사열은 포함되지 않는다. 온도 감각, 실감 온도, 실효 온도 등으로도 불린다.
유효 온도는 현재의 기온, 습도, 풍속에서의 감각이 습도 100%, 풍속 0m/s일 때의 어느 기온에 해당하는지를 나타낸다.
4. 1. 수정 유효 온도 (CET)
기온, 습도, 풍속에 더해 복사열의 영향까지 고려하여 사람이 느끼는 더위와 추위를 나타내는 지표이다. 복사는 글로브 온도계를 측정하여 구한다. 하절기의 쾌적한 범위는 22~23 CET, 동절기는 18~20 CET로 여겨진다.[1]4. 2. 신 유효 온도 (ET*)
신 유효 온도(ET*, new effective temperature영어)는 온열 4요소를 실내 환경의 요소로 하고, 여기에 인간 측의 요소로서 작업량, 착의량을 더한 것이다. 유효 온도는 습도 100%를 기준으로 하고 있지만, 신 유효 온도는 습도 50%를 기준으로 하고 있다. 풍속은 0 m/s를 기준으로 하고 있다.[1]4. 3. 표준 신 유효 온도 (SET*)
표준 신 유효 온도(SET*)는 온열 4요소에 작업량, 착의량도 고려한 지표이다. 신 유효 온도(ET*)는 임의의 작업량, 착의량으로 개별적으로 산출되며, 동일한 작업량, 착의량일 때만 쾌적도를 비교할 수 있다. 이에 반해, 표준 신 유효 온도(SET*)는, 상대 습도 50％, 의자에 앉은 상태, 착의량 0.6 clo, 풍속 0 m/s의 상태로 표준화하여, 서로 다른 작업량, 착의량일 때에도 각각의 쾌적도를 비교할 수 있다.참조
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