¶ 지식 정보
| 해당 지식 | |
|---|---|
|
|
| 하위 지식 | 상위 지식 |
|
|
¶ 분광학 표기법
분광학(분광에 대해 연구하는 학문)에서 별의 스펙트럼을 분석할 때, 원자나 이온의 상태를 나타내는 방식이다.
중성 원자나 이온을 나타낼 때,
중성 원자인 경우 원소 기호 뒤에 로마자 을,
상대적 전하가 인 경우 를,
인 경우 을 붙인다.
예를 들어, 는 로, 는 으로 표기한다.
¶ 별의 표면 온도에 따른 흡수선
별의 대기에 특정 원소가 존재하더라도, 표면 온도가 너무 낮으면 원자가 특정 파장의 빛을 흡수할 만큼의 에너지를 얻지 못한다.
이 경우 중성 원자는 빛을 흡수하지 못하고, 전자가 떨어져 나갈만큼 충분한 에너지를 얻지 못해 이온도 만들어지지 않는다.
반대로 표면 온도가 너무 높으면 전자가 원자로부터 떨어져 나가면서 중성 원자가 이온으로 바뀌거나 상대적 전하가 인 이온이 인 이온이 된다.
이에 따라 해당 물질의 수가 줄어들어 흡수선의 세기가 약해진다.
그러므로 물질별로 별의 표면 온도에 따라 서로 다른 흡수선의 세기를 갖는다.
¶ 분광형
별의 표면 온도에 따른 스펙트럼을 , , , , , , 형으로 분류한 것이다.
순으로 갈수록 표면 온도가 낮아진다.
별의 표면 온도에 따른 흡수선의 세기가 다르기 때문에 별의 표면 온도에 따라 다양한 스펙트럼 모습이 나타난다.
| 분광형 | 색깔 | 표면 온도(K) | 스펙트럼 모습 |
|---|---|---|---|
| $\mathrm{O}$ | 파란색 | $28000$ 초과 |  $30000\,\mathrm{K}$ |
| $\mathrm{B}$ | 청백색 | $10000\sim28000$ |  $20000\,\mathrm{K}$ |
| $\mathrm{A}$ | 흰색 | $7500\sim10000$ |  $10000\,\mathrm{K}$ |
| $\mathrm{F}$ | 황백색 | $6000\sim7500$ |  $7000\,\mathrm{K}$ |
| $\mathrm{G}$ | 노란색 | $5000\sim6000$ |  $6000\,\mathrm{K}$ |
| $\mathrm{K}$ | 주황색 | $3500\sim5000$ |  $4000\,\mathrm{K}$ |
| $\mathrm{M}$ | 붉은색 | $3500$ 미만 |  $3000\,\mathrm{K}$ |
같은 분광형 안에서 표면 온도를 더 자세히 나타내고 싶은 경우,
분광형 뒤에 에서 까지의 숫자를 붙이며, 숫자가 작을수록 표면 온도가 더 높다.
예를 들어, 분광형이 인 별은 인 별보다 표면 온도가 높다.
¶ 분광형에 따른 흡수선의 세기
표면 온도가 약 인 형 별에서는 흡수선이 가장 강하게 나타난다.
태양은 표면 온도가 약 인 형에 해당하는 노란색 별로, 흡수선이 가장 강하게 나타난다.
¶ 천체의 스펙트럼 분석을 통해 구한 현재 우주의 구성 원소
흡수선의 세기는 별의 표면 온도뿐만 아니라 원자 수에 의해서도 달라지는데,
원자 수가 많을수록 특정 파장의 빛을 더 많이 흡수하므로 흡수선이 강하게 나타난다.
따라서 별의 표면 온도와 흡수선의 세기를 함께 고려하면 원자 수를 구할 수 있고,
수많은 천체를 분석한 결과 현재 우주는 수소와 헬륨의 원자 수비가 약 임을 알 수 있었다.
여기에 원자량(수소: , 헬륨: )을 곱하면 질량비는 약 이 된다.
현재 우주의 구성 원소 비율은 수소가 약 , 헬륨이 약 , 기타가 이다.
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $5$
ㄱ. 같은 분광형 안에서 표면 온도를 더 자세히 나타내고 싶은 경우,
분광형 뒤에 고온을 나타내는 부터 저온을 나타내는 까지 숫자를 붙이므로
그림에서 형은 과 사이 구간에 해당한다.
그림에서 과 사이 구간은 흡수선이 흡수선보다 강하게 나타나므로
형 별에서 흡수선이 흡수선보다 강하게 나타난다. (O)
ㄴ. 순으로 갈수록 별의 표면 온도가 낮으므로
그림에서 왼쪽으로 갈수록 표면 온도가 높아진다.
그러므로 그림을 통해 형보다 표면 온도가 높은 별일수록(왼쪽에 있을수록) 흡수선의 세기가 약해짐을 알 수 있다. (O)
ㄷ. 그림을 통한 풀이:
그림에서 형은 과 사이 구간에 해당하며, 이 구간에서 흡수선이 흡수선보다 강하므로
형 별에서는 흡수선이 흡수선보다 강하게 나타난다.
태양의 흡수선 세기를 통한 다른 풀이:
태양은 흡수선이 가장 강하게 나타나며, 분광형은 형에 해당하므로
형 별에서는 흡수선이 흡수선보다 강하게 나타남을 알 수 있다. (O)
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
정답: $3$
빈의 변위 상수를 , 흑체의 표면 온도를 라 할 때, 이므로
에서
이다.
의 절대 온도를 라 할 때,
에서
이다.
이므로
이다.
표면 온도가 약 인 별의 분광형은 형에 해당하므로
그림을 통해 구한 에서 가장 강하게 나타나는 흡수선으로 가장 적절한 것은 이다.
따라서 정답은 번이다.