항성의 질량과 중력은 어떻게 측정하는건가요?
우주 관련해 영상이나 글들을 찾아보면
별이나 항성들의 크기 질량 중력에 대한
정보들을 알 수 있는데
이러한 가늠하기도 힘든 큰 항체에 대해
정보를 어떻게 얻을 수 있는거죠?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
지구로부터 멀리 떨어져있는 별이나 행성의 반경과 질량은 관측을 통해 측정이 가능합니다. 먼저 별, 행성의 반경의 경우는 성능이 좋은 망원경을 통해 관측함으로써 픽셀단위로 길이를 환산하여 측정이 가능합니다. 질량의 경우 주변 행성, 위성의 공전 반경과 공전 주기(공전 속도)를 측정함으로써 항성, 모행성(위성의 공전 중심에 놓인 행성)의 질량을 찾을 수 있습니다. 질량을 측정하고자 하는 항성의 행성 및 행성의 위성이나 이 행성을 기준으로 공전하는 물체를 기준잡아 망원경을 통해 반경을 측정하고, 지속적인 관측을 통해 공전 주기를 찾아 냅니다. 이 때 공전하는 물체의 공전 주기는 이론적으로 공전 반경과 모행성의 질량에 관한 식으로 주어집니다. 즉, 공전 주기를 알고, 공전 반경을 알아냄으로써 미지수인 항성, 행성의 질량을 찾아낼 수 있는 것이죠.
또한 항성, 행성의 질량과 반경을 알아내게 되면 중력은 만유인력으로 GMm/r²이 됩니다. 여기서 G는 중력 상수로 알려진값이고, M은 행성의 질량, m은 중력을 받는 물체의 질량, r은 힝성, 행성의 반경이 되겠습니다. 이를 이용해 중력의 크기를 측정할 수 있습니다.
도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.
천문학자들은 몇 가지 간접적인 방법을 사용하여 항성의 질량을 측정할 수 있습니다.
중력 렌즈라고 하는 한 가지 방법은 주변 물체의 중력에 의해 구부러지는 빛의 경로를 측정합니다. 굽힘의 양은 적지만 조심스럽게 측정하면 잡아당김을 하는 물체의 중력 풀의 질량이 드러날 수 있습니다.
다른 측정 방법은 그 별의 질량을 알아내는 데 도움되는 다중 항성 시스템 입니다. 예를 들어 광도 및 온도를 사용할 수 있습니다. 광도 및 온도가 다른 별은 질량이 크게 다릅니다. 이 정보는 그래프에 그려졌을 때 온도와 광도로 별을 배열할 수 있음을 보여줍니다. 정말 거대한 별은 우주에서 가장 뜨거운 별 중 하나입니다. 태양과 같은 적은 질량의 별은 거대한 별보다 시원합니다. 일반적으로 큰 별은 덜 작은 별보다 수명이 짧습니다. 핵연료를 훨씬 빨리 소비하기 때문입니다.
천문학자들은 태양처럼 죽거나 초신성으로 죽는 별의 유형을 관찰함으로써 다른 별들 이하는 일을 추론할 수 있습니다. 그들은 질량을 알고 비슷한 질량을 가진 다른 별들이 어떻게 진화하고 죽는지를 알기 때문에 색, 온도 및 질량을 이해하는 데 도움이 되는 다른 측면의 관찰에 기초하여 꽤 좋은 예측을 할 수 있습니다.
여러 행성이 있는 경우 꽤나 복잡하지만 근본적으로 구하는 방법은 구심력입니다.
태양계 행성은 태양을 공전하고 있습니다.
그렇다면 구심력 F = (질량) x 속도의 제곱 / 반지름 (태양과 행성사이의 거리)입니다.
이 구심력이 만유인력이 되므로 G(만유인력 상수) x (행성의 질량) x (태양의 질량) / (반지름의 제곱) 이 될 것입니다.
이 두 힘의 값이 같으므로 행성의 질량을 구할 수 있습니다.
이렇게 차근차근히 하나씩 행성의 질량을 구하면,
주변의 다른 행성의 운동을 관측하면 그 행성의 질량도 구할 수 있습니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
질량을 측정하는 방법은 중력렌즈를 이용했습니다.
쉽게말해 측정하고자 하는 별의 뒤쪽으로 부터 오는 빛이 중력에 의해 휘어지는 정도를 계산하여 구해냅니다.
항성의 질량이 곧 중력을 만들어내므로 두 팩터는 서로 연결됩니다.
감사합니다.
