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망원경으로 봐도 그저 점 하나에 불과한 별에서, 천문학자들은 어떻게 "이 별은 태양 질량의 두 배이고, 나이는 46억 년이다"라는 숫자를 뽑아낼까요. 저도 처음 이 이야기를 접했을 때 솔직히 믿기지 않았습니다. 빛 하나를 분해하는 것만으로 수천 광년 밖 별의 체중을 재고 생년월일을 추정한다는 것, 오늘 그 방법을 구체적인 수치와 함께 풀어보겠습니다. 빛 속에 숨어 있는 별의 이력서 어릴 적 돋보기로 햇빛을 종이에 모아 태운 경험이 있습니다. 그때 저는 빛을 그저 '에너지 덩어리'로만 봤는데, 천문학을 접하고 나서야 빛이 사실 별의 상태를 압축해서 보내온 일종의 편지라는 걸 깨달았습니다. 수천 광년을 날아온 빛 한 줄기에 별의 온도, 화학 성분, 움직임이 모두 담겨 있다는 사실이 처음에는 그냥 신기하다는 수준이었는데, 원리를 알고 나니 전율이 느껴졌습니다. 그 원리의 핵심은 분광학(spectroscopy)입니다. 분광학이란 빛을 파장별로 쪼개어 분석하는 학문으로, 망원경이 모은 별빛을 프리즘과 같은 분광기에 통과시키면 무지개 모양의 스펙트럼이 만들어집니다. 이 스펙트럼 위에는 특정 파장이 흡수된 자리에 어두운 선이 나타나는데, 이를 흡수선(absorption line)이라고 합니다. 흡수선이란 별의 대기를 구성하는 원소들이 특정 파장의 빛을 흡수하면서 생기는 고유한 지문 같은 것입니다. 수소, 헬륨, 철 등 원소마다 흡수하는 파장이 다르기 때문에, 흡수선의 위치를 보면 별이 어떤 물질로 이루어져 있는지 알 수 있습니다. 온도도 여기서 읽어냅니다. 별이 뜨거울수록 방출하는 빛의 최대 파장이 짧아지는데, 이를 빈의 변위 법칙(Wien's displacement law)이라고 합니다. 빈의 변위 법칙이란 물체의 온도와 방출하는 빛의 파장 사이의 관계를 나타내는 법칙으로, 태양은 약 5,800도, 청백색 별 리겔은 약 12,000도, 붉은 초거성 베텔게우스는 약 3,500도라는 사실을 스펙트럼 색 분포만으로 계산할 수 ...