에너지원

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항성의 에너지원 전달방식

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광도는 밝기를 재는 기준에 따라서 겉보기밝기와 실제밝기로 구별한다.

겉보기밝기는 지구표면에 수직인 단위면적에 단위시간당 입사되는 항성의 복사에너지를 상대적으로 표시한 것이다. 주로 등급이라는 단위를 써서 나타내며, 그 값은 항성까지의 거리에 따라서 달라진다. 특히, 모든 별이 10 pc(파섹)이라는 일정한 거리에 있다고 보았을 때 겉보기밝기를 절대밝기, 그 등급을 절대등급이라고 한다.
실제밝기란 항성의 거리와 관계없이 항성의 전 표면으로부터 모든 방향으로 매초 방출되는 빛에너지의 총량(L)을 말한다. R를 항성의 반지름, T를 표면온도라 할 때, L＝4πR2σT4 이 성립한다. 여기서 σ는 슈테판볼츠만상수이다. 단위는 erg/s이다.

태양을 비롯한 대부분의 항성들은 지금으로부터 수억 년 또는 수십억 년 전에 태어났으며, 오늘날까지 계속 빛을 발하고 있다. 태양의 경우는 매초당 3.90×1033erg라는 막대한 양의 에너지를 방출하고 있는데, 태양은 약 50억 년의 연령을 가지고 있다. 이와 같이 장기간에 걸쳐 막대한 에너지를 발생시킬 수 있는 근원은 통상적인 화학에너지나 열에너지가 될 수 없음이 분명하다.

항성의 에너지원에 관한 첫번째 견해는 1854년 H.헬름홀츠와 1961년 L.켈빈에 의하여 제안된 중력수축설이다. 중력수축설은 중력위치에너지가 운동에너지로 전환될 수 있고, 열에너지는 운동에너지의 한 형태라는 데 그 기원을 두고 있다. 매우 천천히 수축함으로써 준정적상태를 이루고 있는 항성을 고려해 볼 때, 중력에 대항하여 항성을 유지시키는 압력은 내부의 열에너지에 기인한다. 항성이 수축하여 더 작은 반지름을 가지게 될 때 중력의 크기는 증가하므로, 정유체역학적 평형을 유지하기 위해 내부압력(즉, 온도와 열에너지)도 증가한다.

이 경우 비리얼 정리에 의하면 중력위치에너지 변화량의 절반 가량이 공간으로 복사되어 항성의 광도로 나타나게 된다. 이와 같은 중력수축 이론을 태양에 적용하여 보면, 태양의 현재 광도로는 1500만 년 정도밖에 지속될 수 없다. 그러나 태양은 적어도 수십억 년 동안 오늘날과 같은 안정상태를 유지해 왔는데, 이를 설명하기 위해서는 다른 에너지원의 존재가 필요하다. 사실상 중력수축은 항성진화의 몇몇 단계에서는 중요한 역할을 한다. 1938년과 1939년에 걸쳐 독일의 C.F.바이츠제커와 미국의 H.A.베테는 오랜 시간에 걸쳐 지속되는 항성의 에너지원이 열핵융합반응에 의한 것임을 최초로 밝혔다.

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