별의 밝기 ‘등급’은 어떻게 읽나요?
별의 밝기는 ‘등급’이라는 숫자로 나타내며, 숫자가 작을수록 밝습니다. 1등급 차이는 밝기로 약 2.5배이고, 5등급 차이는 정확히 100배입니다. 지구에서 보이는 밝기는 겉보기 등급, 같은 거리에 놓고 비교한 진짜 밝기는 절대 등급이라고 부릅니다.
2천 년 전 여섯 단계에서 시작된 숫자
등급의 출발점은 고대 그리스입니다. 기원전 2세기 히파르코스가 별의 밝기를 기록한 목록을 만들었고, 뒤에 프톨레마이오스가 이를 여섯 단계로 정리했습니다. 가장 밝은 별들이 1등급, 맨눈으로 겨우 보이는 별들이 6등급이었습니다. ‘1등’이 가장 앞선다는 순위 개념이었기 때문에 밝을수록 숫자가 작아졌습니다.
이 거꾸로 된 방향은 지금까지 그대로 남아 있습니다. 처음 접하면 헷갈리지만 ‘몇 번째로 밝은 무리인가’를 뜻하는 순위라고 생각하면 이해하기 쉽습니다. 다만 오늘날의 등급은 눈대중이 아니라 측정한 빛의 양으로 정하므로, 1.5등급이나 0.03등급처럼 소수점까지 씁니다.
1등급 차이가 2.5배인 이유
1856년 영국의 천문학자 노먼 포그슨은 옛 등급 체계를 수학적으로 다듬었습니다. 1등급 별이 6등급 별보다 대략 100배 밝다는 점에 맞춰, 5등급 차이를 정확히 100배로 정한 것입니다. 그러면 1등급 차이는 100의 다섯제곱근, 곧 약 2.512배가 됩니다.
이 규칙 덕분에 등급 차이만 알면 밝기 비를 바로 어림할 수 있습니다. 2등급 차이는 약 6.3배, 3등급 차이는 약 16배, 5등급 차이는 100배, 10등급 차이는 100×100으로 1만 배입니다. 등급이 덧셈으로 늘 때 밝기는 곱셈으로 변하는 셈이며, 사람 눈이 빛의 세기를 비율로 느끼는 성질과도 잘 맞습니다.
반대로 밝기 비에서 등급 차이를 구할 때는 2.5배마다 1등급씩 세어 나가면 됩니다. 어떤 별이 다른 별보다 40배쯤 밝다면, 2.5를 네 번 곱한 값이 약 39이므로 등급 차이는 4등급 정도입니다. 등급이 하나의 수직선 위에 놓인 눈금이라고 생각하면 아주 밝은 태양과 아주 어두운 은하도 같은 자로 잴 수 있습니다.
0등급보다 밝으면 음수가 됩니다
기준이 정해지자 1등급보다 훨씬 밝은 천체도 표시할 필요가 생겼습니다. 그래서 0등급을 넘어 음수로 이어집니다. 베가가 약 0.03등급으로 거의 0등급의 기준 노릇을 하고, 밤하늘에서 가장 밝은 별 시리우스는 −1.46등급입니다.
행성과 달은 훨씬 더 밝습니다. 금성은 가장 밝을 때 약 −4.9등급, 목성은 약 −2.9등급, 보름달은 평균 약 −12.7등급입니다. 태양은 약 −26.7등급으로, 시리우스와 25등급 남짓 차이가 납니다. 이를 밝기로 바꾸면 약 130억 배입니다. 보름달과 태양 사이의 14등급 차이도 약 40만 배에 이릅니다.
밤하늘에서 −1.5등급보다 밝게 보이는 것은 거의 모두 행성이나 달입니다. 저녁 서쪽 하늘이나 새벽 동쪽 하늘에서 유난히 밝은 ‘별’이 눈에 띈다면 금성일 가능성이 큽니다. 별자리뷰에서 그 천체를 누르면 이름과 함께 지금 보이는 밝기가 나오므로, 등급 숫자와 실제 눈에 보이는 밝기를 짝지어 익힐 수 있습니다.
맨눈으로는 6등급 안팎까지 보입니다
빛이 거의 없는 시골의 맑은 밤에는 6등급 안팎, 가장 어두운 하늘에서는 약 6.5등급 별까지 맨눈으로 보입니다. 이 한계는 하늘의 밝기에 크게 좌우됩니다. 도시에서는 인공 불빛이 하늘 자체를 뿌옇게 밝혀 어두운 별이 배경에 묻혀 버리고, 보이는 별의 수가 크게 줄어듭니다.
시리우스는 6등급 별보다 약 7.5등급 밝으므로 밝기로 약 1천 배 차이입니다. 쌍안경이나 망원경은 빛을 모으는 면적을 넓혀 이 한계를 낮춥니다. 허블 우주망원경은 약 31.5등급까지 잡아내는데, 맨눈 한계보다 25등급, 곧 100억 배 어두운 빛입니다.
별자리뷰는 기본으로 6.5등급까지 배경별을 그려, 어두운 하늘에서 맨눈으로 보는 모습에 가깝게 보여 줍니다.
절대 등급은 10파섹에서 본 밝기입니다
겉보기 등급은 거리의 영향을 그대로 받습니다. 가까운 어두운 별이 먼 밝은 별보다 밝아 보일 수 있습니다. 그래서 천문학자들은 모든 천체를 10파섹(약 32.6광년) 거리에 옮겨 놓았다고 가정했을 때의 등급을 따로 정하고, 이를 절대 등급이라 부릅니다.
태양의 절대 등급은 +4.83입니다. 32.6광년 밖에서 보면 태양은 어두운 하늘에서 겨우 찾을 만한 평범한 별에 그칩니다. 시리우스의 절대 등급은 +1.43으로, 태양보다 약 3.4등급, 곧 20여 배 밝습니다. 실제로 시리우스 A의 광도는 태양의 약 25배로 알려져 있습니다.
절대 등급과 겉보기 등급의 차이는 거리에 따라 정해집니다. 그래서 별의 진짜 밝기를 다른 방법으로 알 수 있으면, 두 등급을 비교해 거리를 계산할 수 있습니다. 천문학자들이 먼 성단이나 은하까지의 거리를 재는 여러 방법이 바로 이 관계를 이용합니다.
시리우스와 리겔 — 가까운 별과 먼 거성
겨울 하늘의 시리우스와 리겔을 비교하면 두 등급의 차이가 잘 드러납니다. 시리우스는 약 8.6광년 거리에서 −1.46등급으로 빛나고, 리겔은 약 860광년 거리에서 0.1등급 안팎으로 빛납니다. 하늘에서는 시리우스가 리겔보다 4배쯤 밝아 보입니다.
그러나 절대 등급은 시리우스가 +1.43, 리겔이 약 −7.8입니다. 9등급 넘는 차이로, 같은 거리에 놓으면 리겔이 시리우스보다 수천 배 밝습니다. 반대로 가장 가까운 별 프록시마 센타우리는 4.2광년 거리지만 겉보기 등급이 약 11등급이라 맨눈으로 보이지 않습니다. 하늘에서의 밝기만으로는 별의 실제 크기나 거리를 판단할 수 없는 셈입니다.
성간 3D 지도에서 별을 누르면 카드에 거리와 밝기가 함께 나옵니다. 시리우스와 리겔처럼 밝게 보이는 별들이 실제로는 서로 아주 다른 거리에 흩어져 있다는 것을 확인할 수 있습니다.
시뮬레이터에서 직접 해 보기
- 시리우스 찾기 →밤하늘에서 가장 밝은 −1.46등급 별의 위치와 카드가 열립니다.
- 오늘 밤 하늘 보기 →배경별이 6.5등급까지 그려져 어두운 하늘의 맨눈 모습에 가깝습니다.
- 3D 지도에서 시리우스 →태양 주변 별들의 실제 거리 속에서 시리우스를 보여 줍니다.
자주 묻는 질문
- 등급과 별의 크기는 같은 뜻인가요?
- 아닙니다. 등급은 밝기를 나타내는 숫자이고 지름과는 직접 관련이 없습니다. 영어의 magnitude를 옮긴 말이라 크기로 오해하기 쉽지만, 작은 별도 가깝거나 뜨거우면 밝게 보입니다.
- 별의 등급은 변하지 않나요?
- 많은 별은 거의 일정하지만, 밝기가 오르내리는 변광성도 많습니다. 리겔도 0.05~0.18등급 사이에서 조금씩 변합니다. 행성은 지구와의 거리와 위상에 따라 등급이 크게 달라집니다.
- 달이 뜬 밤에는 몇 등급까지 보이나요?
- 밝은 달빛은 하늘 전체를 밝혀 어두운 별을 가립니다. 보름달 무렵에는 시골에서도 맨눈 한계가 눈에 띄게 낮아지므로, 어두운 별과 은하를 보려면 그믐 전후의 밤이 유리합니다.
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