수소 발머선이란 수소의 n=2 준위에서 들뜨는 원자자 흡수한 광자에 의한 흡수선이다.

수소 준위 n=2 에 있는 수소원자를 이온화 시키는 광자보다 짧은 파장을 가진 빛은 수소에 의해 흡수되고 수소는 이온화 된다.
 
따라서 λ = 3648Å(364.9μm)보다 파장이 더 짧은 광자는 모두 수소를 이온화 시키는데 이용되고 흡수(연속적으로 흡수)된다.

 
위의 그래프에서 x축은 파장, y축은 각 파장별로의 플럭스를 나타낸다.

도표에서 봤을 때 파장 3600~3800Å 사이에서 갑작스럽게 플럭스가 줄어드는 것을 알 수 있다.

'D'는 B형 별에서의 첫번째 발머계열 흡수선이며, D보다 더 짧은 파장은 모두 수소의 이온화에 따른 광자의 흡수에 의해 나타나는 것이다.

이러한 현상을 발머 점프(balmer jump)라고 부른다. 별의 스펙트럼을 보았을 때, 발머 계열에서의 플럭스가 갑작스럽게 점프하듯 변화하기 때문이다.

2) U - B - V 등급계

위에서의 발머 점프의 효과와 더불어 관측 기구의 효과가 더해지면 색-색도에서의 그래프가 나타나는 이유를 쉽게 알 수 있다.

별을 관측할 때 각각의 단색 필터, 광역 필터에 따른 관측 가능한 파장의 영역대가 존재한다.

예를 들어 단색 필터에는 h 알파 필터가 있고, 광역 필터에는 U, B, V 필터가 있다.

색지수는 광역 필터에 의한 값이며, U 필터는 3650Å, B 필터는 4400Å, V 필터는 5500Å의 파장에 중점을 두고 분포한다.

발머 점프는 3648Å의 파장에 중점을 두고 있으므로 특히 U 필터 등급에서 가장 큰 영향을 받는다.

따라서 A0형(표면온도 약 10,000k) 별에서 수소의 준위가 n=2 에 가장 많으므로 발머 점프에서 큰 영향을 받는다.

 이것이 이해가 되지 않는다면 아래와 같은 절차로 생각해보자.

1) 색-색도에서 x축은 (B-V)등급, y축은 (U-B)등급을 나타낸다.
2) x축은 오른쪽으로 갈수록 (B-V)등급이 커지며 Y축은 아래로 갈수록 등급이 커진다.
3) 등급이 커진다는 것은 각 필터에서의 밝기 차이가 더 커지는 것이다.
4) 색-색도에서 실제 별의 그래프의 형태가 흑체 복사와 다른 것은 같은 같은 색지수를 가진 별을 비교하였을 때 (U-B) 값이 크다는 것을 의미한다.
5) (U-B)의 값이 크다는 것은 U필터에서의 등급이 더 크다는 것(더 어둡다는 것)을 의미한다.
6) 이는 발머 점프에 의해 U필터의 등급이 크게 나왔기 때문이다.

그래프의 축을 다시 한번 보자.

실제 광도가 아니라 U-B 혹은 B-V의 등급의 차로만 나타냈다는 것을 다시한번 상기해 주기를 바란다.

3 ) 주계열성-초거성의 밀도차이

그렇다면 주계열성과 초거성에서의 색-색도가 차이나는 이유는 무엇일까?

이것은 두 별의 밀도차이 때문이다.

별의 흡수선은 대기에서 일어나는 '광자의 흡수' 때문에 일어난다.

광자의 흡수는 불투명도와 관련있다.

불투명도에서 '밀도'가 관련되어 있다는 사실 생각해본다면 별의 흡수 스펙트럼도 이와 마찬가지라는 것을 알 수 있다.

다만 초거성 같은 경우는 별이 팽창한 상태이기 때문에 밀도가 낮고, 이에 따라 색-색도에서 흑체와의 차이가 '완만하게'나타난 것이라고 생각할 수 있다.

3. 색-색도와 발머 점프는 무엇을 의미하는가?

색-색도에서 흑체와 실제 별을 관측 값의 차이는 무엇을 의미하는가?

이는 아래와 같이 요약할 수 있을 것이다.

1) 흑체에 대비하여 별의 구성원소의 효과(발머점프)가 색-색도에 나타남. 이는 별이 완전한 흑체아 아님을 보여줌.
2) U, B, V의 필터에 의한 관측이 이러한 효과를 냄. 따라서 자료를 해석할 때 관측 기구가 어떠한지에 대한 이해를 필요로 하며 관측 기구에 따라서 결과가 크게 달라질 수 있음.
3) 별의 표면 밀도의 차이가 색-색도의 차이로 나타남

발머 점프(발머 불연속성)이 나타나는 이유는 별의 대부분이 수소로 구성되었기 때문인것.

오랫동안 천문학을 보아 왔고, 또 배워 왔지만 별 빛의 스펙트럼을 통해 이런 다양한 내용을 알 수 있다는 것이 신기하고 새롭다.