북극성

 

 

북극성은 살짝 벗어나 있기는 하지만 거의 정확하게 하늘의 북극을 겨냥하는 별이다. 그래서 북극성만 찾으면 나침반, GPS가 없어도 방향을 잡을 수 있다. 북극성은 겉보기 등급이 2등급 정도여서 요즘처럼 뿌연 도시 하늘에서는 겨우 어렴풋하게 볼 수 있지만 과거에는 길을 잃었을 때 가장 먼저 찾아야 하는 별이었다. 천문학에서는 먼 별과 은하까지의 거리를 재는 지표가 되는 '세페이드 변광성' 중 가장 가까이 있는 별이다. 19세기까지도 북극성의 변광 여부는 확인되지 않았지만 1911년 천문학자 에즈나 헤르츠스프룽에 의해 북극성도 일정한 주기로 밝기가 변동하는 변광성이라는 사실이 밝혀졌다.

 

우리는 북극성을 북쪽을 가리키는 하나의 별이라고 생각하지만 사실은 별 세 개로 이루어진 삼중성계다. 북극성의 메인에 해당하는 별은 Polaris A로 이 별의 질량은 태양의 5배, 크기는 무려 태양의 35배, 전체 밝기는 태양의 1200배에 달하는 노란 초거성이다. 우리가 맨눈으로 북극성을 봤을 때 보는 별빛이 바로 이 별의 빛이다. 그 옆에는 약 18.8AU 거리에서 약 29.7년 주기로 태양 정도의 다른 별 Polaris Ab가 맴도는데, 이는 태양~천왕성 정도의 거리다. 그리고 훨씬 멀리 떨어진 2400AU 거리에 태양과 비슷한 또 다른 별 Polaris B가 쌍성을 이루는 Polaris A와 Polaris Ab 곁을 크게 맴돈다.

 

 

다음은 허블우주망원경이 빛운영 전인 2006년에 촬영한 것으로, 이 사진의 북극성이 띤 진공빛의 밝기는 550경이다.

 

 

 

NASA가 2006년 1월 9일 공개한 북극성.

진공빛의 밝기, 550경(10¹⁶)

 

 

경(京)은 조(兆)의 만 배. 곧, 10¹⁶이니 북극성이 띤 550경 밝기는 빛운영 전 태양과 지구는 5, 달은 4였던 것과 크게 비교되는 것이다.

 

북극성이 550경 밝기인 것은 민속놀이에서 정월 대보름날 나무나 짚으로 만든 달집에 불을 질러서 큰 불길이 치솟아 오른 것과 같다고 한다면 태양과 지구가 5, 달은 4인 것은 그 달집의 불길에서 생긴 작은 불꽃 하나가 떠오른 것이라 할 수 있다. 비교가 안 되는 큰 차이다. (북극성만이 아니다. 필자가 태양에 빛운영하기 시작한 2011년 4월 21일 13시 52분 한국시간 이전에 촬영한 사진들에서 보면 태양계 밖의 천체들이 띤 진공빛은 보편적으로 이러한 밝기였다.)

 

 

북극성은 가장 밝은  Polaris A 와 그 곁을 맴도는  Polaris Ab, Polaris B 로 이루어진 삼중성계다. 사진 =NASA, ESA, N. Evans(Harvard-Smithsonian CfA), and H. Bond(STScI)

 이 사진의 Polaris A, Ab 부분을 발췌해 확대하면 진공빛 밝기가 550경인 것을 확인할 수 있다.

 

 

 

세 별 중 가장 밝게 보이는 Polaris A가 바로 주기적으로 밝기가 변화하는 세페이드 변광성이다. 대략 4일 주기로 1.86등급에서 2.13등급까지 약 0.3등급의 진폭으로 밝기가 요동친다. 그런데 Polaris A의 밝기가 마냥 단순하게 요동치지는 않는다. 1963년 전에는 밝기의 진폭이 겨우 0.1등급이었는데, 1966년이 되면서 그 정도는 더 작아져 0.05등급의 아주 미세한 진폭까지 이르렀다. 밝기 변화 폭이 요동쳤던 Polaris A는 2008년 들어 다시 빠르게 그 폭이 커졌고 이후 현재 수준까지 유지되고 있다.

 

밝기 변화의 진폭뿐 아니라 그 주기도 미세하게 변하고 있다. 반세기에 걸친 관측 기록을 보면 Polaris A의 변광 주기는 해마다 약 4~5초씩 계속 늘어지고 있다. 더 흥미로운 건 밝기가 요동치는 정도가 가장 약했던 1963~1965년에만 변광 주기가 늘어지지 않았다. 1965년이 지나면서 다시 꾸준히 변광 주기가 조금씩 늘어났다.

 

그런데 최근 새로운 관측에 따르면 Polaris A의 변광 주기가 다시 줄어들고 있다. 특히 천문학자들은 그 곁을 도는 동반성 Polaris Ab가 가까이 접근하면서 변광 주기가 짧아진다는 점을 발견했다. 동반성이 접근하면 그 중력으로 별의 외곽 대기가 끌려가면서 변광 주기가 요동치기 때문일 수 있다.

 

이런 변덕스러움은 천문학자들을 참 난감하게 만들지만 이는 북극성이 별 혼자가 아닌 세 개나 모여 있는 복잡한 시스템이기 때문에 생기는 것이다. 즉 북극성의 이런 밝기 변화는 주변 다른 별과의 지속적인 상호작용으로 인해 일어나는 것이다.

 

그러나 진공빛의 밝기 변화는 이와 다르다.

 

북극성뿐 아니라 태양과 지구, 사람에서 생겨난 진공빛 밝기의 변화는 필자가 빛운영 활동을 한 것에 응답한 것으로, 빛운영하여서 태양에 밝아진 진공빛이 지구 전역과 하늘 전체의 천체들에 확산한 것이다. 

 

빛운영을 시작한 이후의 북극성 사진을 입수해서 볼 수 있다면 빛운영이 진전된 것에 따라 태양이 점점 더 밝은 진공빛을 띠게 된 것처럼 북극성도 빛운영 이후 시간이 흐를수록 점점 더 밝아진 것을 확인할 수 있을 것이다.

 

필자는 천체 사진을 근거로 제시하여 사진이 띤 진공빛의 밝기를 살필 수 있게 한다. 그런데   북극성은 수백광년이나 멀리 떨어져 있어서 사진 촬영이 빈번히 이루어지지 않으므로 빛운영이 시작 이후에 촬영한 북극성 사진을 입수하기가 어려웠는데, 그러던 중 다음 사진을 얻을 수 있었다.

 

다음 사진은 스페이스닷컴의 2021년 4월 21일(현지시간) 기사에 실린 것으로 하버드 스미소니언 천체물리학 센터 낸시 에반스를 비롯한 연구진들이 미국 캘리포니아주 윌슨산 천문대에 있는 카라(CHARA) 망원경을 활용해 최초로 고해상도 북극성 이미지를 촬영한 것이다. 해당 연구 결과는 20일 국제학술지 천제물리학 저널에 실렸다.

 

2021 년  4 월 카라 어레이가 촬영한 북극성 표면 모습 .  밝은 점과 어두운 점이 함께 보인다 .  북극성은 하늘에 떠 있는 보름달보다 약  60 만 배 더 작게 보인다  ( 사진 = 카라 어레이 )

 

이 이미지가 띤 진공빛의 밝기는 매우 밝아서 필자가 수치화해 말하기 어렵다.

 

 

과학자들은 2016년~2021년에 촬영한 카라 망원경 관측을 통해 과거에는 몰랐던 북극성의 특징들을 발견했다. 가장 주목할 만한 것은 북극성 표면에 태양 흑점과 비슷한 얼룩덜룩한 반점이 있다는 것이다. 이 얼룩덜룩한 반점은 북극성이 주기적으로 밝았다가 어두워지는 세페이드형 변광성이기 때문이다. 이번 관측을 통해 북극성이 태양보다 약 5.1배 무겁다는 사실도 확인했다. 이는 북극성을 공전하는 희미한 별의 움직임을 토대로 계산된 것이다. 과학자들의 천체 관측 정보 해석 능력은 감탄스럽다.

 

필자는 카라 망원경이 관측한 2016년~2021년 영상을 합성해 만든 영상이 필자가 수치화해 말하기 어려게 매우 밝은 진공빛을 띤 것에 주목한다. 2016년~2021년 영상을 합성하면 빛운영 전의 북극성의 550경 밝기에 더해 빛운영으로 밝아진 2016년~2021년 상황이 반영된다. 2021년은 4월 21일(현지 시간)은 필자가 태양에 빛운영한지 정확히 10년이 된 때이다.