밤하늘의 별이 반짝이는 진짜 이유
구름이 없는 맑은 밤하늘을 올려다볼 때 우리는 수많은 별들이 보석처럼 반짝이는 아름다운 광경을 보게 됩니다. 어린 시절 부르던 동요 반짝반짝 작은별의 가사처럼 우리는 당연스럽게 별이 스스로 빛을 내어 깜박거린다고 생각하곤 합니다.
하지만 우주 공간에 있는 별들은 실제로 반짝이거나 깜빡이지 않습니다. 우리가 보는 우주 별의 깜빡임은 우주가 아닌 지구가 만들어내는 광학적 착시 현상입니다. 멀리 떨어져 있는 볓빌이 우리 눈에 도달하는 과정 또한 많은 일들이 생겨나는데요. 그래서 밤하늘의 별이 반짝이는 이유를 알아보려고 합니다.
우주의 별은 원래 반짝이지 않는다
스스로 빛을 내는 별을 과학 용어로 항성이라고 부릅니다. 우리의 태양도 하나의 항성입니다. 우주 공간에 떠 있는 항성들은 마치 거대한 용광로처럼 끊임없이 일정한 밝기의 빛을 우주 사방으로 뿜어내고 있습니다.
만약 우리가 대기가 전혀 없는 우주 공간에 나가서 별을 바라본다면 별들을 깜빡임 없이 형광등처럼 아주 뚜렷하고 일정한 빛을 내는 점 형태로 보일 것입니다. 즉 별이 스스로 빛의 밝기를 조절하며 반짝이는 것이 아니라는 것이죠.
별빛을 춤추게 만드는 지구의 대기
그렇다면 일정한 별빛을 깜빡이게 만드는 범인은 누구일까요? 바로 우리가 숨을 쉬고 있는 지구의 대기입니다. 별빛이 우주 공간을 지나 우리의 눈에 도달하려면 두께가 수백 킬로미터에 달하는 지구의 대기층을 통과해야합니다.
대기의 움직임과 난류 현상
지구를 둘러싼 대기는 가만히 멈춰있는 유리창이 아닌데요. 공기는 온도와 압력에 따라 끊임없이 이동하며 바람이 불고 찬 공기와 더운 공기가 뒤섞이는 엄청난 소용돌이가 발생하고 있습니다.
빛의 굴절과 흔들리는 별빛
별에서 출발한 한 줄기의 얇은 빛이 지구 대기권으로 진입하면 이렇게 온도와 밀도가 제각각인 공기층을 수없이 통과하게 됩니다. 빛은 밀도가 다른 물질을 통과할 때 진행 방향이 꺾이는 굴절 현상을 겪습니다.
공기가 쉴 새 없이 움직이고 섞이기 때문에 별빛도 1초에 수십 번씩 이리저리 꺾이고 흔들리게 되는데요. 우리 눈에는 빛이 살짝 빗나가서 어두워졌다가 다시 눈으로 곧장 들어와서 밝아지는 과정이 매우 빠르게 반복되어 우리 눈에는 마치 반짝이는 것처럼 보이게 됩니다.
수영장 바닥에 있는 물건 비유
쉽게 이해하기 위해서 일상생활에서 마주할 수 있는 비유를 들어보겠습니다. 파도가 치는 수영장 물 밖에서 수영장 바닥에 떨어져 있는 동전을 쳐다본다고 생각해보세요. 물결이 일렁일 때마다 동전의 모양이 찌그러지거나 흔들려 보일 것인데요. 동전은 가만히 그대로 있지만 흔들리는 물 때문에 빛이 굴절되어 우리 눈에 그렇게 보이는 것입니다. 뜨거운 여름에 아스팔트 위에 아지랑이가 피어오를때 건너편 풍경이 일렁이는 것과 같은 현상입니다.
그렇다면 밤하늘의 행성은 반짝이지 않을까?
밤하늘을 유심히 관찰하다 보면 다른 별들과 다르게 전혀 반짝이지 않고 또렷하게 빛나는 천체들이 있습니다. 바로 태양계에 있는 금성, 화성, 목성 같은 행성들인데요. 행성과 별의 차이는 거리가 만드는 빛의 두께에 있습니다.
- 별 - 얇은 실 모양의 빛: 항성들은 지구에서 수십 ~ 수백 광년 이상 너무나도 멀리 떨어져 있습니다. 그래서 우리 눈에 크기가 없는 하나의 완벽한 점으로 보이는데요. 한 줄기의 아주 얇은 실 같은 빛이기 때문에 대기의 작은 흔들림에도 쉽게 경로를 이탈하여 깜빡이게 됩니다.
- 행성 - 두꺼운 밧줄 모양의 빛: 반면 행성들은 지구와 우주적 기준으로 매우 가까운 거리에 있습니다. 망원경으로 보면 동그란 면적을 가진 원반의 면 형태로 보입니다. 행성에서 오는 빛은 수백 가닥의 빛이 뭉쳐진 두꺼운 밧줄과도 같은데요. 대기가 흔들려 몇 가닥의 빛이 빗나가더라도 나머지 빛들이 빈자리를 채워 눈으로 들어와 깜빡이지 않고 안정적으로 빛나는 것입니다.
천문학자들이 산이나 우주로 가는 이유
별이 반짝이는 것은 매우 아름다운 일이지만 우주를 연구하는 천문학자들에게 대기의 굴절은 가장 큰 골칫거리입니다. 별빛이 흔들리면 천체의 정확한 모습이나 정보를 관측하기 어렵기 때문이죠.
그래서 천체관측소는 대기의 영향을 최소한으로 받기 위해 공기가 희박하고 맑은 산꼭대기에 지어집니다. 더 나아가 이 방해물을 아예 없애버리기 위해 대기권 밖 우주 공간으로 망원경을 쏘아 올렸는데 그것이 유명한 허블 우주 망원경과 제임스 웹 우주 망원경입니다. 대기가 없는 우주에서 지상에서는 상상할 수 없는 아주 선명하고 흔들림 없는 우주 사진을 찍을 수 있은 것입니다.
우리의 감성을 자극하는 밤하늘의 별이 반짝이는 이유를 3가지로 요약해 드리겠습니다.
- 우주 공간의 별은 스스로 깜빡이지 않으며 일정한 밝기의 빛을 방출합니다.
- 별빛이 지구 대기권을 통과할 때 온도와 밀도가 끊임없이 변하는 공기층에 의해 빛이 이리저리 굴절되면서 우리 눈에는 반짝이는 것처럼 보입니다.
- 지구와 가까운 금성이나 목성같은 행성은 점이 아닌 면의 형태로 빛의 다발이 들어오기 때문에 대기의 흔들림을 상홰하여 반짝이지 않습니다.
우리가 밤하늘에서 느끼는 아름다운 별의 반짝임은 우주 공간의 고요함과 지구 대기의 역동성이 만나서 만들어내는 지구만의 합작품이라고 할 수 있습니다. 맑은 밤하늘에 별을 보게 된다면 이제 이러한 과학 상식을 더해 지켜보시기 바랍니다.
댓글
댓글 쓰기