별의 물리량(1) - 스펙트럼

· 스펙트럼이란?

빛을 프리즘 등의 도구로 색깔에 따라 분해해서 살펴보는 것을 말한다.

 

→ 스펙트럼은 '연속 스펙트럼', '흡수 스펙트럼', '방출 스펙트럼'으로 나뉜다.

- 고온, 고밀도 광원이 프리즘에 비치면, '연속 스펙트럼'이 나타난다.

- 고온, 고밀도 광원 바깥에 저온, 저밀도의 대기가 있는 경우에 광원이 프리즘에 비치면 '흡수 스펙트럼'이 나타난다.

- 고온, 저밀도의 기체가 프리즘에 닿으면 '방출 스펙트럼'이 나타난다.

- 흡수 스펙트럼과 방출 스펙트럼은 '선 스펙트럼'에 해당하는데, 기체의 종류에 따라 선의 위치(파장)이 다르게 나타난다.

 

+) 흡수 스펙트럼과  방출 스펙트럼 선의 위치가 같다?

흡수 스펙트럼과 방출 스펙트럼의 선의 위치가 같게 나타나는 경우는 온도만 다를 뿐 기체의 종류는 같다는 것을 의미한다.

 

· 별의 스펙트럼

→ 이 스펙트럼은 별인 태양의 스펙트럼이다.

- 프라운 호퍼가 발견해 '프라운 호퍼선'이라고도 한다.

- 이 그림으로, 별의 스펙트럼이 '흡수 스펙트럼'으로 나타난다는 것을 알 수 있다.

 

 

+) 별이 흡수 스펙트럼인 이유는 무엇일까?

별은 표면온도가 수천 ~ 수만 정도 되는 고온, 고밀도의 기체 구이다.

그래서 별의 방출선들은 빽빽이 밀집되어 겹치게 되므로 '연속 스펙트럼'의 형태로 나타나게 된다.

별의 대기는 매우 희박하지만(저밀도라는 뜻) 별 그 자체와 같은 화학적 조성을 가지고 있다.

따라서 별 표면에서 방출된 '연속 스펙트럼'의 빛이 희박한 저온의 대기층을 통과할 때, 대기층의 물질과 온도에 따라 일정한 파장의 빛이 흡수되어 '흡수 스펙트럼'으로 나타나게 되는 것이다.

 

· 이로 인해 알 수 있는 사실

① 별의 스펙트럼은 '흡수 스펙트럼'이다.

② 별마다 스펙트럼이 다르다.

③ 별 마다 스펙트럼이 다른 이유는 처음엔 원소의 종류가 다르기 때문이라고 알았지만, 그렇지 않다. ( 별은 대부분 수소 or 헬륨으로 구성되어 있다.)

④ 별 마다 스펙트럼이 다른 이유는 별의 대기를 이루는 원소의 '이온화 정도'가 다르기 때문이다. (특히, 온도에 따라 이온화 정도가 다르게 나타난다.)

→ 핵에서 먼 껍질 일 수록 에너지가 커진다.

→ 전자가 높은 껍질로 이동하는 현상을 '들뜸'이라고 한다.

- 전자는 높은 껍질로 갈수록 에너지가 커져야 하기 때문에, 에너지를 흡수해, 흡수선이 나타나게 된다.

→ 전자가 껍질 바깥쪽으로 나가는 현상을 '이온화'라고 한다.

→ 바깥의 전자가 껍질 안쪽으로 들어올 때는, 에너지가 점점 작아져야 하기 때문에, 에너지를 방출하게 되어 방출선이 나타나게 된다.

 

⑤ 온도에 따라 전자들이 평균적으로 많이 위치하는 에너지 상태가 결정된다.