H-R도 탐구
별의 표면 온도를 가로축에, 광도(또는 절대 등급)를 세로축에 놓고 별들을 찍으면, 별들은 아무 곳에나 흩어지지 않고 몇 개의 무리를 이뤄요. 이 그림이 H-R도예요. 실제 별들로 H-R도를 그려 별을 분류하고, 별의 크기와 밝기를 비교하고, 별이 질량에 따라 어떻게 일생을 보내는지 따라가 보세요.
2022 개정 교육과정지구과학 태양계 천체와 별과 우주의 진화 · 별의 분류와 H-R도, 질량에 따른 별의 진화중학교 과학 별과 우주 · 별의 표면 온도와 색과 연계고급 지구과학 우주 · 흑체복사와 H-R도, 별의 진화와 내부 구조지구과학 실험 우주 탐구 · 성단의 H-R도 작성과 연계
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이하은T 과학 실험실
H-R도 그리기
예시
별 (가)
표면 온도
반지름
별 (나)
표면 온도
반지름
진행
처음 질량
단계로 이동
빠르기
별의 자료 (줄을 누르면 H-R도에서 그 별을 골라요)
파장에 따른 복사 에너지 (흑체복사)
별의 표면 1 m²에서 나오는 에너지예요 · 세로축은 가장 큰 값을 1로 한 10배 간격 눈금이에요 · 세로 점선은 복사 에너지를 가장 많이 내는 파장(λmax)
별 (가)별 (나)무지개 띠: 가시광선
두 별 비교
진화 단계
H-R도
가로축 온도, 세로축 광도
- 가로축: 표면 온도(분광형). 왼쪽으로 갈수록 뜨거워요
- 세로축: 광도(태양 = 1) 또는 절대 등급. 위로 갈수록 밝아요
- 분광형 O B A F G K M 순서로 표면 온도가 낮아져요
별의 분류
네 무리
- 주계열성: 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 이어진 띠. 별의 약 90 %
- 거성: 오른쪽 위. 온도는 낮지만 커서 밝아요
- 초거성: 맨 위. 매우 크고 밝아요
- 백색 왜성: 왼쪽 아래. 뜨겁지만 작아서 어두워요
흑체복사
λmax · T = 일정, L ∝ R²T⁴
- 빈의 변위 법칙: 표면 온도가 높을수록 λmax가 짧아요(파란색)
- 슈테판-볼츠만 법칙: 광도 L = 4πR²σT⁴
- 온도가 2배면 광도는 16배, 반지름이 2배면 광도는 4배
- 광도가 100배이면 절대 등급은 5등급 작아요
주계열성
질량이 클수록
- 표면 온도, 광도, 반지름이 모두 커요(H-R도에서 왼쪽 위)
- 핵융합 재료를 빨리 써서 주계열에 머무는 시간(수명)이 짧아요
- 태양 정도 질량은 p-p 반응, 질량이 큰 별은 CNO 순환 반응이 우세해요
별의 진화
질량이 일생을 결정해요
- 태양 정도: 주계열성 → 적색 거성 → 행성상 성운 → 백색 왜성
- 질량이 매우 큰 별: 주계열성 → 초거성 → 초신성 폭발 → 중성자별 또는 블랙홀
- 무거운 별의 중심부에서 철까지의 원소가, 초신성 폭발 때 더 무거운 원소가 만들어져요. 우리 몸을 이루는 원소도 별에서 왔어요
생각해 보기
- ① 탭에서 별을 모두 찍어 보세요. 별들은 어떤 무리로 나뉘나요? 같은 표면 온도인데도 광도가 크게 다른 별들은 무엇이 다를까요?
- 시리우스 B는 시리우스 A보다 뜨거운데 훨씬 어두워요. ② 탭에서 두 별의 반지름을 비교해 그 까닭을 설명해 보세요.
- 표면 온도가 태양과 같고 반지름이 태양의 10배인 거성의 광도와 절대 등급은 얼마일까요?
- ③ 탭에서 태양의 1배와 15배인 별을 비교해 보세요. 주계열에 머무는 시간과 마지막 모습은 어떻게 다른가요?
- 적색 거성이 될 때 중심부와 바깥층에서는 각각 어떤 일이 일어나나요? 내부 구조 단면으로 확인해 보세요.