별은 반짝이고 밤하늘은 깜깜한 이유

밤하늘을 올려다보면 수많은 별들이 반짝인다. 그런데 별이 반짝이는 것은 별 자체의 특성이 아니라, 우리가 지구라는 행성에 서 있기 때문에 발생하는 현상이다. 별의 반짝임에 숨겨진 과학적 내용을 살펴보자.

반짝임의 원리

별빛은 우주 공간을 거쳐 지구로 도달하기 전, 대기층을 통과한다. 이 과정에서 대기층의 굴절에 의해 별빛의 경로가 미세하게 흔들리게 된다. 지구 대기는 높이에 따라 온도와 밀도가 다르고, 바람에 의해 대기 상태가 계속 변화하기 때문에 별빛의 경로는 안정적이지 않다. 마치 뜨거운 아스팔트 위에서 물체가 흔들려 보이는 것과 같은 원리이다.

이 현상은 별이 지구 대기 바깥에서 관찰될 때에는 사라진다. 우주선이나 대기권 밖의 우주망원경(허블 망원경 등)을 통해 관찰한 별들은 반짝이지 않고 고정된 모습으로 빛난다.

별과 행성 구별하기

밤하늘에서 별과 행성을 구별하는 한 가지 방법은 반짝임이다. 별은 먼 거리에서 온 빛이 대기에 의해 굴절되어 반짝이는 반면, 행성은 상대적으로 가까워 대기층의 영향을 덜 받는다. 그래서 행성은 더 고정된 빛을 내는 것처럼 보인다.

별은 단지 빛을 내는 점이 아니다. 색과 밝기에 따라 각기 다른 이야기를 품고 있다. 별의 색은 그 표면 온도에 따라 달라진다. 차가운 별은 붉은색, 뜨거운 별은 푸른색으로 빛난다. 예를 들어 베텔기우스는 붉은색 별로 표면 온도 약 3,000℃이다. 리켈은 푸른색 별로 표면 온도 10,000℃ 이상이다.

한편, 별의 밝기는 등급으로 측정된다. 눈에 보이는 가장 어두운 별은 약 6등급이고, 등급이 작을수록 더 밝다. 맨눈으로 보기 힘든 어두운 별들을 관찰하기 위해서는 광학 기구가 필수이다.

밤하늘이 깜깜한 이유는?

밤하늘에는 수많은 별이 있음에도 불구하고 왜 깜깜할까? 이는 지구의 공기와 우주의 빈 공간 때문이다.

낮 동안 하늘이 환한 이유는 대기 중의 공기 분자가 햇빛을 산란시키기 때문이다. 하지만 밤에는 햇빛이 비추지 않으므로 산란된 빛이 없다. 우주에서 관찰하면, 하늘은 낮에도 깜깜하며 별들만 빛난다.

우주는 광활하지만 대부분이 텅 비어 있다. 별 사이에는 성간물질(먼지와 가스)이 퍼져 있어 별빛을 흡수한다. 더 멀리 있는 별들은 블랙홀 같은 천체에 의해 빛이 사라지거나, 도달하지 못한다. 이러한 이유로 밤하늘은 캄캄해 보이는 것이다.

별을 반짝이게 하는 대기, 색과 밝기로 다른 이야기를 품은 별들, 그리고 깜깜한 밤하늘까지, 우리에게 익숙한 현상들은 과학적으로 설명해 보았다. 작은 별 속에는 대기, 물리학, 천문학이 어우러진 우주의 이야기가 숨어 있다.