별자리와 성운

별자리 옆 붉은 구름은 그 별자리와 한 몸이 아니다. 오리온대성운부터 게성운까지, 성운 다섯 갈래의 정체와 별자리의 관계를 실제 수치로 정리했다.

밤하늘 사진에서 오리온자리 옆에 걸린 붉은 구름을 본 적이 있을 것이다. 많은 사람이 이 구름을 오리온자리를 장식하는 일부라고 생각한다. 그런데 이 구름, 즉 성운은 정말 오리온자리에 "속해" 있는 걸까. 별자리를 이루는 별들과 실제로 한 자리에 있는 걸까.

답의 방향부터 말하면, 아니다. 성운은 별자리와 물리적으로 묶여 있지 않다. 그렇다면 성운은 무엇으로 이루어져 있고, 왜 오리온이나 뱀·거문고·물병·황소 같은 특정 별자리 방향에서 유독 자주 발견되는지 하나씩 짚어본다.

 

목차

• 성운은 별자리에 "속한" 천체가 아니다
• 가스와 먼지가 빛나는 다섯 가지 방식
• 별의 인큐베이터, 오리온대성운(M42)
• 창조의 기둥이 새겨진 독수리성운(M16)
• 별의 마지막 숨결, 행성상성운
• 폭발이 남긴 게성운(M1)과 동아시아의 기록
• 빛나지 않아도 존재를 드러내는 성운
• 한국에서 성운을 직접 찾아보려면
• 한눈에 보는 핵심 정리
• FAQ
• 참고자료

성운은 별자리에 "속한" 천체가 아니다

별자리 이름이 붙은 성운을 보면 자연스레 둘을 한 세트로 여기게 된다. 하지만 별자리 자체가 애초에 거리 정보를 담지 않는 체계라는 사실을 떠올리면 이야기가 달라진다.

별자리는 지구에서 본 방향을 2차원 평면에 정리한 것일 뿐이다. 오리온자리를 이루는 별만 봐도 리겔은 지구에서 약 860광년, 베텔게우스는 약 724광년 떨어져 있어 실제로는 100광년 넘게 차이가 난다. 겉보기에는 나란히 붙어 있어도 실제 우주 공간에서는 전혀 다른 자리에 있는 셈이다.

성운도 마찬가지다. 오리온자리 방향에 있는 오리온대성운은 우리 은하 안에서 태양계와 비교적 가까운 거리에 실재하는 가스 구름이고, 그 이름은 순전히 "지구에서 봤을 때 어느 방향인가"로 정해졌다. 그러니 이제부터 다룰 성운들은 각 별자리의 부속품이 아니라, 우연히 같은 방향에 놓인 독립적인 천체로 봐야 정확하다.

가스와 먼지가 빛나는 다섯 가지 방식

그렇다면 성운의 정체는 뭘까. 한국천문연구원 천문학습관은 성운을 "별과 별 사이에 존재하는 가스 덩어리와 티끌의 집합체"로 정의한다. 문제는 이 정의 하나로 뭉뚱그리기엔 성운의 종류가 꽤 다양하다는 점이다.

빛을 내는 방식과 형성 원인에 따라 성운은 크게 다섯 갈래로 나뉜다. 발광성운(방출성운, HII영역)은 내부나 주변의 뜨거운 별에서 나온 자외선이 가스를 이온화시켜 스스로 빛나는 경우다. 반사성운은 성운 자체는 빛을 내지 않고 근처 별빛을 반사해서 보이는 경우, 암흑성운은 뒤에서 오는 별빛을 가려 실루엣으로만 존재를 드러내는 차가운 분자구름이다.

행성상성운은 태양과 비슷한 질량의 별이 죽어가며 바깥층을 항성풍으로 날려버릴 때 만들어진다. 초신성 잔해는 훨씬 격렬하다. 무거운 별이 초신성으로 폭발한 뒤 남은 물질이 초속 1,000km에 이르는 속도로 퍼져나가는 성운이다. 이 다섯 갈래를 각각 대표하는 성운 하나씩을 실제 별자리 방향에서 확인해보자.

별의 인큐베이터, 오리온대성운(M42)

발광성운 중 가장 유명한 사례부터 시작한다. 그런데 오리온대성운이 처음 발견된 건 갈릴레이가 아니었다는 사실은 의외로 덜 알려져 있다.

M42, NGC 1976으로도 불리는 오리온대성운은 1610년 프랑스의 아마추어 천문학자 니콜라 클로드 파브리 드 페레스크가 처음 관측했고, 이 사실은 한동안 공개되지 않다가 1916년에야 알려졌다. 갈릴레이는 같은 해 이 영역을 관측하고도 몇 개의 흐릿한 별로만 기록했을 뿐, 성운 자체는 알아보지 못했다.

이 성운은 지구에서 약 1,300~1,600광년 떨어져 있으며(관측 방식에 따라 추정값에 차이가 있다), 겉보기 등급이 4.0으로 광공해가 없는 곳이라면 맨눈으로도 별처럼 희미하게 보인다. 지구에서 가장 가까운 별 형성 지역으로, 성운 중심부의 트라페지움 성단에 있는 갓 태어난 별들이 주변 가스를 이온화시켜 빛나게 만든다. 지름은 약 24광년, 질량은 태양의 약 2,000배에 달한다.

창조의 기둥이 새겨진 독수리성운(M16)

오리온대성운이 갓 태어난 별들의 요람이라면, 뱀자리 방향의 이 성운은 별이 태어나는 순간을 눈으로 볼 수 있는 현장에 가깝다.

독수리성운(M16, NGC 6611)은 1745~46년 스위스 천문학자 필리프 로이 드 세조가 내부의 산개성단만 먼저 기록했고, 1764년 샤를 메시에가 성운 전체를 확인해 목록에 올렸다. 지구에서 약 7,000광년 떨어져 있고, 성운의 지름은 약 70광년, 질량은 태양의 약 12,000배로 추정된다.

이 성운을 대중적으로 유명하게 만든 건 1995년 허블 우주망원경이 촬영한 "창조의 기둥"이다. 밀도 높은 분자운과 먼지가 쌓여 만들어진 기둥 구조로, 그중 가장 긴 첨탑의 길이는 약 9.5광년에 이른다. 2022년에는 제임스 웹 우주망원경이 근적외선으로 이 기둥을 다시 촬영해, 허블 사진과는 확연히 다른 내부 구조를 보여주었다.

별의 마지막 숨결, 행성상성운

그렇다면 별이 태어나는 게 아니라 늙어 죽어갈 때는 어떤 성운이 만들어질까. 여기서 이름과 실제 정체가 어긋나는 흥미로운 지점이 나온다.

행성상성운이라는 이름은 1780년대 윌리엄 허셜이 붙였는데, 작은 망원경으로 보면 원반 모양이 마치 행성처럼 보였기 때문이다. 실제로는 행성과 아무 관계가 없다. 태양 정도 질량의 별이 점근거성 단계 끝에서 바깥층을 항성풍으로 방출하며 백색왜성이 되어가는 과정에서 만들어지는 가스 껍질이다.

거문고자리 방향의 고리성운(M57)은 1779년 1월 샤를 메시에와 앙투안 다르퀴에 드 펠르푸아가 독립적으로 발견했다. 지구에서 약 2,300광년 떨어져 있고 겉보기 등급 8.8, 초속 20km 안팎으로 계속 팽창 중이다. 중심의 백색왜성은 1800년 독일 천문학자 프리드리히 폰 한이 찾아냈다.

물병자리 방향의 헬릭스성운(NGC 7293)은 1824년 카를 하딩이 발견했다. 지구에서 약 650광년으로 행성상성운 중 가장 가깝고 밝아 겉보기 등급이 7.6에 이르며, 두 겹의 가스 고리가 겹쳐 보이는 모습 때문에 서구권에서는 "신의 눈"이라는 별명으로도 불린다. 나이는 팽창 속도를 근거로 약 1만 600년으로 추정된다.

폭발이 남긴 게성운(M1)과 동아시아의 기록

행성상성운이 별의 조용한 임종이라면, 초신성 잔해는 격렬한 죽음의 흔적이다. 그리고 이 죽음의 순간은 실제로 인류가 하늘에서 목격하고 기록까지 남긴 몇 안 되는 사건이다.

황소자리 방향의 게성운(M1)은 1054년에 폭발한 초신성 SN 1054의 잔해다. 중국 송나라의 사서 《송사》 천문지와 아랍권 문헌에 이 별의 출현이 기록되어 있는데, 최대 밝기가 금성과 맞먹는 -6등급에 달해 23일 동안은 낮에도 보였고 653일간 밤하늘에 남아 있었다고 전한다. 흥미롭게도 당시 고려는 천문 현상을 꾸준히 기록하던 나라였음에도 그해의 관련 기록은 남아 있지 않다. 동아시아에서는 이런 예기치 않게 나타나는 밝은 별을 "손님별"이라는 뜻의 객성(客星)으로 불렀다.

성운으로서는 1731년 영국의 존 베비스가 처음 발견했고, 1758년 샤를 메시에 목록의 첫 번째 천체로 등재됐다. 지구로부터 거리는 약 6,500광년, 지름은 약 11광년, 겉보기 등급은 +8.4로 맨눈으로는 볼 수 없고 쌍안경이 필요하다. 1969년에는 성운 중심에서 0.33초 주기로 회전하는 펄사가 발견되면서, 광학·전파·X선 천체가 모두 확인된 최초의 초신성 잔해라는 기록도 갖게 됐다.

빛나지 않아도 존재를 드러내는 성운

성운이 항상 스스로 빛을 내는 건 아니다. 오히려 빛을 가리는 방식으로만 존재를 드러내는 성운도 있다.

오리온자리의 말머리성운(바너드 33)은 대표적인 암흑성운이다. 차가운 분자구름이 뒤쪽의 발광성운(IC 434)에서 나오는 빛을 가로막아, 말머리 모양의 짙은 실루엣으로 관측된다. 스스로 빛을 내지 않으니 촬영이나 관측 난이도가 높은 편으로 꼽힌다.

반사성운은 이와 다르게 근처 별빛을 반사해서 밝게 보인다. 황소자리의 플레이아데스 성단 주변을 감싼 푸른 성운기가 잘 알려진 사례로, 성단 안의 젊고 뜨거운 별빛이 주변 먼지에 반사되며 특유의 푸른빛을 낸다. 같은 가스와 먼지라도 빛을 내는 별이 안에 있느냐 밖에 있느냐, 혹은 아예 뒤를 가로막고 있느냐에 따라 완전히 다른 모습으로 보이는 셈이다.

한국에서 성운을 직접 찾아보려면

그럼 이 성운들을 실제로 우리 밤하늘에서 볼 수 있을까. 종류에 따라 난이도 차이가 크다.

오리온대성운은 겨울철(12

2월) 저녁 남쪽 하늘에서 오리온자리의 허리띠 아래 "작은 세 별" 자리를 찾으면 된다. 겉보기 등급 4.0으로 광공해가 적은 곳이라면 맨눈으로도 흐릿한 별처럼 보이고, 쌍안경만 있어도 성운의 형태가 드러난다. 독수리성운과 고리성운은 여름철(7

8월) 은하수가 지나는 남쪽 하늘에서 찾을 수 있는데, 둘 다 겉보기 등급이 8등급대라 맨눈으로는 보이지 않고 최소 쌍안경, 형태를 보려면 소형 망원경이 필요하다.

헬릭스성운은 가을철(9~10월) 물병자리 방향에서 볼 수 있지만, 한국처럼 중위도 북반구에서는 남쪽 하늘 낮은 고도에 걸려 있어 지평선 근처 대기와 광공해의 영향을 크게 받는다. 겉보기 크기 자체는 커도 표면이 어두워 오히려 까다로운 대상으로 꼽힌다. 게성운은 겨울철 황소자리에서 찾을 수 있는데 8등급대라 쌍안경으로도 희미하게만 보이고, 세부 구조를 보려면 중형 이상 망원경이 있어야 한다.

한눈에 보는 핵심 정리

• 성운은 별자리와 물리적으로 묶여 있지 않다. 같은 방향에 있을 뿐 실제 거리는 제각각이다.
• 성운은 발광성운, 반사성운, 암흑성운, 행성상성운, 초신성 잔해 다섯 갈래로 나뉜다.
• 오리온대성운(M42, 오리온자리)은 맨눈으로 볼 수 있는 가장 가까운 별 형성 지역이다.
• 독수리성운(M16, 뱀자리)의 "창조의 기둥"은 허블(1995)과 제임스 웹(2022)이 각각 다른 파장으로 촬영했다.
• 고리성운(M57, 거문고자리)과 헬릭스성운(물병자리)은 별이 조용히 죽어가며 만드는 행성상성운이다.
• 게성운(M1, 황소자리)은 1054년 초신성 폭발의 잔해로, 중국·아랍 기록은 남아 있지만 같은 시기 고려의 기록은 확인되지 않는다.

FAQ

성운과 별자리는 실제로 연결되어 있나요?
아니다. 별자리는 지구에서 본 2차원 방향을 정리한 것일 뿐이고, 같은 별자리 방향에 있는 별들조차 거리가 수백 광년씩 차이 난다. 성운도 마찬가지로 그 별자리를 이루는 별들과 물리적 연관이 없는, 우연히 같은 방향에 놓인 독립 천체다.

성운을 맨눈으로 볼 수 있나요?
이 글에서 다룬 것 중에는 오리온대성운만 맨눈으로 볼 수 있다. 나머지는 겉보기 등급이 7~8등급대라 최소 쌍안경, 형태를 제대로 보려면 소형 이상의 망원경이 필요하다.

성운과 은하는 어떻게 다른가요?
성운은 우리 은하 안에 있는 가스와 먼지 구름이고, 은하는 별 수천억 개와 가스, 암흑물질까지 포함하는 훨씬 거대한 독립적인 천체 집단이다. 규모 자체가 다르다.

같은 성운도 별자리에 따라 다르게 불리기도 하나요?
아니다. M42, M16처럼 메시에·NGC 같은 국제 목록 번호가 공식 식별자이고, "오리온대성운"처럼 별자리 이름이 붙은 명칭은 통상적으로 쓰이는 별칭에 가깝다. 별자리가 바뀐다고 성운의 정체가 달라지지는 않는다.

참고자료

• 한국천문연구원 천문우주지식정보(천문학습관), "성운"
• 한국천문연구원 포토갤러리, M42(오리온대성운)·M57(고리성운)·M16(독수리성운)·M1(게성운)·나선성운(NGC 7293) 관측 자료
• 한국천문연구원 천문지식참여 FAQ, "성운의 종류"
• NASA/ESA 허블우주망원경, Pillars of Creation(M16) 관측 자료