히파르코스와 별의 밝기 등급 체계

히파르코스와 별의 등급

 

천문학 역사에서 매우 중요한 인물 중 한 명이 바로 히파르코스입니다. 그는 고대 그리스의 천문학자로, 별들의 밝기를 비교하는 등급 체계를 만든 사람으로 유명합니다. 오늘날 우리가 사용하는 별의 등급(등성 등급) 개념의 기초를 세운 그의 연구는 현대 천문학에 큰 영향을 주었습니다. 이번 글에서는 히파르코스가 어떤 사람이었는지, 어떤 업적을 남겼는지, 그리고 그가 만든 별의 밝기 등급 체계가 무엇인지 자세히 알아보도록 하겠습니다.

1. 히파르코스는 누구인가?

히파르코스는 아주 오래전 고대 그리스에서 살았던 매우 똑똑한 사람이었습니다. 그는 기원전 190년경 에게 해에 있는 로도스 섬에서 태어나서 기원전 120년경까지 살았다고 전해집니다. 히파르코스는 하늘의 별들을 열심히 관찰하는 천문학자였고, 숫자를 잘 다루는 수학자였으며, 땅과 바다의 모양을 연구하는 지리학자였습니다.

히파르코스는 옛날 바빌로니아 사람들이 알고 있던 하늘에 대한 지식을 더 발전시킨 사람입니다. 그는 망원경도 없던 시절에 아주 꼼꼼하게 별들을 관찰했습니다. 그리고 처음으로 하늘에 있는 별들의 위치를 정리해서 목록으로 만들었습니다. 이것을 '성표'라고 부르는데, 별들의 주소록 같은 것이라 여기면 됩니다.

히파르코스가 한 일 중에서 가장 대단한 것 중 하나는 '지구 자전축의 세차운동'을 발견한 것입니다. 이게 무슨 뜻인지 쉽게 설명해 보겠습니다.

• 히파르코스는 약 150년 전에 살았던 티모카리스와 아리스타르코스라는 사람들이 기록해 둔 별들의 위치를 자신이 본 별들의 위치와 비교해 봤습니다. 그랬더니 별들의 위치가 아주 조금씩 변하고 있다는 것을 알게 되었습니다. 이것은 무엇을 의미할까요? 바로 지구가 팽이처럼 돌면서 그 축이 아주 천천히 흔들린다는 뜻입니다. 마치 돌고 있던 팽이가 멈추기 전에 축을 따라 작은 원을 그리며 비틀거리듯이, 회전하고 있는 물체가 중심축이 기울어진 채 흔들리며 회전하는 현상을 말하는 것입니다.  이 발견은 나중에 뉴턴이 만든 물리학 이론에서 아주 중요한 부분이 되었습니다.

2. 히파르코스의 별 밝기 등급 체계

오늘날 우리가 별의 밝기를 측정할 때 사용하는 개념은 겉보기 등급(Apparent Magnitude, m)입니다. 이 개념의 기초를 마련한 사람이 바로 고대 그리스의 위대한 천문학자 히파르코스입니다. 그의 업적은 현대 천문학의 발전에 큰 영향을 미쳤습니다. 히파르코스는 맨눈으로 관측할 수 있는 약 850개의 별을 꼼꼼히 관찰하고 기록했습니다. 그는 이 별들을 밝기에 따라 1등급에서 6등급까지 체계적으로 분류했습니다. 이러한 분류 체계는 다음과 같습니다:

• 1등급은 가장 밝게 빛나는 별들을 나타냅니다. 예를 들어, 밤하늘에서 가장 밝게 빛나는 시리우스나 오리온자리의 붉은 거성인 베텔게우스가 이에 해당합니다.
• 2등급은 1등급보다는 약간 덜 밝은 별들을 의미합니다. 이 별들도 밤하늘에서 쉽게 눈에 띄는 편입니다.
• 3등급은 중간 정도의 밝기를 가진 별들입니다. 이 별들은 도시의 밤하늘에서도 어렵지 않게 관측할 수 있습니다.
• 4등급은 비교적 어두운 별들을 나타냅니다. 이 별들은 도시의 불빛이 있는 곳에서는 관측하기 어려울 수 있지만, 어두운 시골 하늘에서는 잘 보입니다.
• 5등급은 맨눈으로 겨우 보이는 정도의 밝기를 가진 별들입니다. 이 별들을 보려면 아주 어두운 하늘과 좋은 시력이 필요합니다.
• 6등급은 맨눈으로 볼 수 있는 가장 어두운 별들입니다. 이 별들은 아주 어두운 밤하늘에서만 겨우 보일 정도로 희미합니다.

히파르코스가 2000년도 전에 만든 이 등급 체계는 놀랍게도 현대 천문학에서도 여전히 사용되고 있습니다. 물론 현대에는 이 체계에 로그 스케일(log scale)을 적용하여 더욱 정교하고 정확한 측정 방식으로 발전시켰습니다. 이를 통해 천문학자들은 더 넓은 범위의 별 밝기를 더 정확하게 측정할 수 있게 되었습니다.

3. 현대 천문학에서의 등급 체계

히파르코스는 별들의 밝기에 대해서도 연구를 진행했습니다. 그는 별들의 밝기에 따라 등급을 매기는 체계를 개발했는데, 가장 밝은 별을 1등급으로 시작해 순차적으로 등급을 부여했습니다. 이 방식은 상당히 오랜 기간 동안 사용되었습니다. 19세기에 이르러 포그슨이라는 천문학자가 히파르코스의 등급 체계를 더욱 심도 있게 연구했습니다.

포그슨은 1등급 차이가 나는 별들 사이에 2.512배의 밝기 차이가 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 이를 통해 5등급 차이가 나는 별들 사이에는 정확히 100배의 밝기 차이가 있다는 것도 확인할 수 있었습니다. 이러한 발견을 토대로 현재 우리가 사용하고 있는 '겉보기 등급' 시스템이 탄생하게 되었습니다. 이 시스템은 별의 밝기를 수치로 정확하게 표현할 수 있게 해 줍니다.

과학자들은 이 시스템을 활용하여 별의 밝기를 다음과 같은 공식으로 계산합니다:

m = -2.5 log(L).

여기서 m은 별의 겉보기 등급을, L은 별의 실제 밝기를 나타냅니다. 이 공식의 도입으로 히파르코스가 처음에 단순한 숫자로만 표현했던 별의 밝기를 이제는 매우 정밀하게 나타낼 수 있게 되었습니다.

이처럼 히파르코스의 연구는 오랜 세월이 지난 후에도 계속해서 발전을 거듭하여 현대 천문학의 근간이 되었습니다. 그의 업적은 현재까지도 우리가 밤하늘의 별들을 이해하는 데 큰 기여를 하고 있습니다.

4. 히파르코스의 연구가 천문학에 미친 영향

히파르코스의 연구는 후대 천문학 발전에 지대한 영향을 미쳤습니다. 그의 별 등급 체계와 관측 방법 덕분에 이후 천문학자들은 별의 위치와 밝기를 더욱 정확하게 측정할 수 있게 되었습니다. 이는 천문학 연구의 기반을 다지는 데 큰 역할을 했습니다.

히파르코스의 연구는 여러 분야에 걸쳐 중요한 영향을 미쳤습니다.

• 첫째, 그는 별의 밝기 분류 체계를 확립했습니다. 이 체계는 현대 천문학에서도 여전히 사용되고 있으며, 별의 밝기를 객관적으로 측정하고 비교할 수 있는 기준을 제공했습니다.
• 둘째, 히파르코스의 연구는 천문 데이터 축적과 성표 제작에 큰 기여를 했습니다. 그가 관측하고 기록한 850개의 별들은 당시로서는 가장 방대하고 정확한 천문 데이터였습니다. 이 데이터는 후대 천문학자들이 더 정확한 성표를 만들고 천체의 움직임을 연구하는 데 중요한 기초가 되었습니다.
• 셋째, 히파르코스는 지구 자전축의 변화, 즉 세차운동을 발견했습니다. 이는 천문학 역사에서 매우 중요한 발견 중 하나로, 지구의 운동에 대한 이해를 크게 향상했습니다. 세차운동의 발견은 장기적인 천문 관측과 정확한 기록이 있었기에 가능했던 것입니다.
• 넷째, 히파르코스의 연구는 천체 좌표계 발전에 크게 기여했습니다. 그가 개발한 천체의 위치를 기술하는 방법은 현대 천문학에서 사용하는 적도좌표계의 기초가 되었습니다.

히파르코스의 업적은 현대 천문학에서도 여전히 높이 평가받고 있습니다. 그의 이름을 딴 히파르코스 위성(Hipparcos Satellite)이 1989년 유럽우주국(ESA)에 의해 발사된 것이 그 증거입니다. 이 위성은 118,000개의 별의 위치를 매우 정밀하게 측정하는 프로젝트를 수행했습니다. 이는 히파르코스가 2000년 전에 맨눈으로 850개의 별을 관측한 것과 비교하면, 현대 기술이 얼마나 발전했는지를 보여주는 동시에, 히파르코스의 업적이 현대 천문학에 미친 영향력이 얼마나 큰지를 잘 보여주는 사례입니다. 이처럼 히파르코스의 연구는 천문학의 기초를 다지고, 후대 천문학자들에게 영감을 주며, 현대 천문학의 발전 방향을 제시했습니다. 그의 업적은 2000년이 지난 지금까지도 천문학 연구의 중요한 기반이 되고 있습니다.

결론

히파르코스는 단순한 천문학자가 아니었습니다. 그는 과학적 방법을 처음으로 도입한 연구자 중 한 명이었습니다. 직접 관찰한 내용을 바탕으로 체계적으로 정보를 모으고 분석했습니다. 그의 연구는 2000년이 지난 지금도 천문학에서 중요하게 여기고 있습니다. 그가 만든 별의 밝기 등급 체계는 오늘날 우리가 별빛의 밝기를 재는 방법의 기초가 되었으며, 이후의 천문학자들에게도 큰 도움이 되었습니다. 그의 연구 덕분에 우리는 지금 우주의 별들을 더 잘 이해할 수 있게 되었습니다. 다음에 밤하늘을 볼 때 밝은 별들이 보이면 별의 밝기 체계를 만든 히파르코스를 떠올려보기를 바랍니다.