항성

별은 일생 중 어느 시점에 내부에서 수소를 헬륨으로 자연적으로 핵융합할 수 있을 만큼 질량이 큰 천체다. 이때 핵융합 반응은 상당한 속도로 일어난다. 대부분의 별은 우주에서 가장 풍부한 두 원소인 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 다만 볼프-레이에 별이나 백색왜성처럼 예외도 존재한다.

목차

1. 구조와 역학
1.1 구조 1.2 역학
2. 유형
2.1 주계열성
2.1.1 M형 및 L형 항성
2.1.2 F형, G형, K형 항성
2.1.3 O형, B형, A형 항성
3. 변광성
4. 진화
5. 항성계
6. 활용
6.1 빛
6.2 물질
6.3 아르카일렉트의 활용
6.4 무기
7. 변형
8. 문화적 의미

구조와 역학

구조

별의 중심에는 핵이 있으며, 이곳은 온도와 압력이 가장 높은 곳이다. 주계열성에서는 이 핵이 수소 핵융합이 일어나는 영역이다. 질량이 작은 별에서는 양성자-양성자 연쇄반응이, 질량이 큰 별에서는 탄소-질소-산소(CNO) 순환이 지배적으로 작용한다. 별이 나이를 먹으면서 핵 내부에 헬륨이 쌓이고, 주계열 단계가 끝날 무렵에는 수소가 거의 남지 않게 된다. 질량이 더 큰 별에서는 핵이 헬륨을 비롯해 철에 이르는 더 무거운 원소들을 계속 융합할 수 있다.

핵에서 생성된 에너지는 두 가지 방법으로 별의 표면까지 전달된다. 복사와 대류가 그것이다. 이는 복사와 전도로 에너지가 전달되는 복사층, 그리고 대류로 에너지가 전달되는 대류층으로 나타난다. 두 층의 위치와 두께는 별의 질량과 현재 항성 진화 단계에 따라 달라지며, 별의 역학적 특성에도 영향을 미친다. 예를 들어, 질량이 약 7×10²⁹ kg(태양 질량의 0.35배) 미만인 주계열성은 완전 대류 상태다. 이는 별 내부에 존재하는 수소 대부분이 핵으로 유입되어 별의 일생에 걸쳐 융합될 수 있음을 의미한다.

핵에서 생성된 에너지가 광구에 도달하면 비로소 복사의 형태로 방출된다. 광구는 별이 투명해지는 층으로, 일반적으로 항성 대기의 최하층으로 간주된다. 표면 대류층이 충분히 깊은 차가운 별에는 광구 위로 채층과 코로나라는 두 개의 추가적인 대기층이 존재한다.

역학

별의 역학에서는 두 종류의 항성 자기장이 지배적인 역할을 한다. 표면 대류층이 얕거나 없는 고온의 별은 대체로 단순하고 안정적인 쌍극 자기장을 가진다. 반면 표면 대류층이 깊은 차가운 별은 복잡하고 동적인 자기장을 지니며, 이로 인해 항성 대기에서 다양한 현상이 나타난다. 광구에서는 쌀알무늬(플라즈마 대류 세포), 백반(쌀알무늬 사이의 밝은 골짜기), 흑점(어둡거나 밝은 반점)이 관측된다. 채층에서는 스피큘(단명하는 수직 플라즈마 분출류)과 플라주(백반과 유사한 밝은 영역)가 발견되기도 한다. 그 밖에도 플레어(빛 방출 폭발), 홍염(표면에서 뻗어 나오는 거대한 플라즈마·자기 구조물), 코로나 질량 방출(항성 물질 방출) 등의 현상이 있다.

별은 항성풍이라 불리는 입자 흐름을 끊임없이 방출한다. 항성풍의 강도는 별마다 다르며, 극단적인 경우에는 수백만 년 이하의 기간 동안 약 10³⁰ kg에 달하는 질량 손실을 초래하기도 한다. 이는 질량이 매우 큰 별이나 점근거성가지 이후(post-AGB) 별에서 일어나는 현상이다. 항성풍은 성간 물질을 밀어내어 별 주위에 천체권이라는 거품을 형성한다. 천체권과 성간 공간을 가르는 경계, 즉 항성풍이 성간 물질과 충돌하는 지점을 천체권계면이라 한다.

유형

주계열성

주계열은 별의 일생에서 안정적이고 대체로 긴 단계다. 이 시기에는 핵에서 수소 핵융합으로 생성되는 에너지가 만들어내는 바깥쪽 압력과, 별 자신의 질량이 가하는 안쪽 압력이 균형을 이룬다. 이 단계에 있는 별을 주계열성 또는 왜성이라 부른다. 주계열성은 오늘날 존재하는 별의 대다수를 차지한다.

주계열성의 반지름, 광도, 온도(그리고 그에 따른 색깔)는 모두 질량에 크게 의존한다. 이 때문에 헤르츠스프룽-러셀 도표에서 주계열성은 하나의 긴 띠를 이루며, 가장 질량이 작은 별(작고 차갑고 어두운)부터 가장 질량이 큰 별(크고 뜨겁고 밝은)까지 늘어선다. 직관과 달리, 별의 질량이 클수록 수명은 짧아진다. 이는 질량 증가에 비해 핵융합 속도(광도에 반영됨)가 불균형적으로 빠르게 증가하기 때문이다.

주계열성의 공통적인 특성 중 하나는 수명이 지나면서 서서히 밝아진다는 점이다. 별이 수소를 태워 헬륨 '재'로 만들면 평균 분자량이 높아지고, 그에 따라 핵 내부 압력이 낮아진다. 핵은 이에 반응하여 수축하고, 그 결과 밀도와 온도가 높아져 핵융합 속도가 빨라진다. 에너지 생산이 늘어나면 별의 외층이 바깥쪽으로 밀려나 별은 더 뜨겁고 커진다.

M형 및 L형 별

주계열성 중 가장 어둡고 질량이 작은 별은 M형과 훨씬 희귀한 L형에 속한다. 현재 별의 표면온도는 약 2,000K까지 낮아질 수 있으며, 이는 대략 L3 V형에 해당한다. 흔히 적색왜성이라 불리는 이 별들은 단연 가장 흔한 유형으로, 테라젠 스피어 내 모든 항성 천체의 약 4분의 3을 차지한다. 수명이 매우 길어서, 큰 적색왜성은 수백억 년, 작은 것은 수조 년 동안 빛을 낼 수 있다. 진화 속도도 매우 느려서, 처음 수십억 년간은 젊고 활동적인 상태를 유지하며, 별의 자전 주기에 따라 밝기가 크게 변하는 대형 흑점을 자주 보인다. 이 온도에서 복사 출력은 적외선 대역에서 최고조에 달하지만, 베이스라인 인간의 눈으로도 충분히 보일 만큼 밝다. 뜨거운 쪽은 따뜻한 흰색, 차가운 쪽은 주황색으로 보인다.

M형과 L형 별은 원시행성계 원반에 물질이 비교적 적게 모여 형성되기 때문에, 이 별들의 행성계는 대체로 작은 행성들로 구성된다. 해왕성보다 작은 세계가 주를 이루며, 목성 질량 범위의 행성은 해당 유형 중 더 질량이 큰 별 주위에서만 나타나기 시작한다. 단, 원반 분열로 형성된 거대 행성이 가벼운 별 주위에서 간혹 발견되기도 한다.

질량이 낮아서 웜홀 넥서스에 연결된 M형 및 L형 별은 많지 않다. 대부분은 광속 항로(Lightways), 성간 순환선, 또는 항성선으로만 접근할 수 있다. 나머지 테라젠 스피어와 단절되기를 원하는 은둔 공동체가 이런 곳에 자리를 잡는 경우가 많다. 갈색왜성과 자유 부유 행성과 함께 이 별들을 선호하는 심층 협약(Deeper Covenant)도 마찬가지다. 심시간(deep time)까지의 생존을 걱정하는 일부 세력, 특히 다이아몬드 벨트의 초기 비인간적(Ahuman)들은 한때 이 유형의 별을 선호했다. 천연 수명이 길기 때문이었다. 하지만 항성 채굴과 전환 기술이 보편화되어 어떤 별이든 적색왜성이나 물질 저장소로 변환해 낭비 없이 활용할 수 있게 되면서, 이런 경향은 점점 드물어졌다.

F형, G형, K형 별

질량이 태양에 가까운 주계열성은 F형, G형, K형에 속하며, 테라젠 스피어 내 전체 별의 약 5분의 1을 차지한다. 성질 면에서는 중간 정도다. FGK형 별은 중간 정도의 질량과 밝기를 가지며, 수명은 질량에 따라 수십억 년에서 수백억 년까지 다양하다. 흑점도 여전히 존재하지만, M형 별에 비해 별 크기 대비 흑점 크기는 작은 편이다. 항성 밝기는 베이스라인 인간에게 가시광선 대역에서 최고조에 달하며, 청백색부터 따뜻한 흰색까지 다양한 색으로 나타난다.

목성형 행성이 없을 경우, 질량 범위가 1E25~1E26 kg(지구 질량의 1~10배)인 초지구형 및 해왕성 이하 행성들이 흔하게 나타난다. 이는 앞 그룹의 별 주위에서 발견되는 일반적인 행성계 배열을 확대한 모습과 다소 닮았다. 그러나 이 별들 주위에서는 목성형 행성이 더 자주 형성된다. 이를 위한 물질이 더 풍부하기 때문이며, 목성형 행성의 존재는 행성계 전체를 크게 바꿀 수 있다. 예를 들어, 얼음선 근처에서 일찍 형성된 목성형 행성은 과잉 얼음 물질이 내행성계로 유입되는 것을 막아, 작고 건조한 지구형 세계의 형성을 돕는다.

FGK형 별은 웜홀 넥서스에 자주 연결되어 있지만, 대체로 더 거대한 천체에 집중하는 아르카이(Archai)의 관심에서 벗어나 비교적 덜 개발된 채로 남는 경향이 있다. 이런 항성계에는 꽤 많은 모도소폰트 집단과 하위 초월지성(Transapient) 공동체가 모여드는 경향이 있다. 또한 특정 지구 기억 상실자(Earth anemoic) 집단, 저기술 사회, 러다이트, 셈퍼리스트, 테라포밍 취미 애호가들도 이 유형의 별 주위 행성을 선호하는 경우가 많다. 지구와 유사한 환경을 제공하며 소폰트의 유지 관리가 필요 없다고 여기기 때문이다. 마지막으로, 이 그룹의 별들이 태양과 닮았다는 점은 태양과 유사한 별을 찾으려는 경향이 있었던 연방 시대와 그 이전의 초기 성간 식민지 개척에 매력적인 요인이었다.

O형, B형, A형 별

나머지 소수의 거대 주계열성은 O형, B형, A형에 속한다. 합쳐도 전체 별의 1%에 못 미치지만, 압도적인 광도로 그 부족함을 메운다. 그 대가는 수명이다. 가장 질량이 작은 A형 별은 수십억 년을 살지만, 가장 질량이 큰 O형 별은 불과 수백만 년밖에 지속되지 못하고 형성되자마자 거의 즉시 주계열을 벗어난다. 실제로 대부분의 O형과 B형 주계열성은 별 탄생 지역 안이나 그 근처에서 발견된다. 자신이 태어난 성단에서 멀리 이동할 시간이 없기 때문이다. 대부분은 빠른 자전으로 눈에 띄게 납작한 형태를 띤다.

OBA형 주계열성 주위에는 대형 목성형 행성이 가장 흔하다. 이 별들은 대체로 거대한 원시행성계 원반으로 둘러싸여 형성되기 때문이다. 반면 지구형 건조 암석 행성은 드물며, 항성 질량이 6E30 kg(태양 질량의 3배)을 넘으면 사실상 형성이 불가능해진다. 매우 거대한 별 주위에서는 자신의 분류에 비해 비정상적으로 큰 행성이 발견되기도 한다.

풍부한 에너지를 쏟아내고 채취할 막대한 질량을 품은 OBA형 별은 테라젠 스피어에서 가장 탐나는 장소에 속한다. 시스템의 일부라도 차지하려는 수많은 식민지 원정대가 몰려드는 것이 보통이다. 바로 이 이유로, 이 별들은 대개 주변에서 가장 먼저 웜홀 넥서스에 연결되어 아르카이가 풍부한 자원을 더 쉽게 활용할 수 있게 된다. 그 결과 이 별들의 항성계는 활발한 활동과 사람들로 북적이는 경향이 있다. 항성 채굴과 아르카이 수준의 작업이 이 별들에서 자주 수행된다. 마트리오시카 하이퍼노드(Matrioshka hypernode)와 같은 거대 구조물 건설에 쓸 재료를 확보하는 동시에, 별의 수명을 연장하기 위해서이기도 하다.

• 변광성

• 진화

• 항성계

용도

항성은 테라젠 문명에 막대한 가치를 지닌다. 우주에서 발견할 수 있는 가장 거대한 단일 천체에 속하며, 모든 항성을 합하면 테라젠 스피어 안에서 이용할 수 있는 전체 질량-에너지의 상당 부분을 차지한다. 항성은 주로 빛과 물질의 원천으로 활용된다.

빛

항성은 빛의 형태로 에너지를 수동적으로 방출한다. 이 에너지는 단순한 생명체도 활용할 수 있으며, 자연적이든 인공적이든, 직접적이든 간접적이든 수많은 생태계의 주요 에너지원이다. 지구에 살던 초기 테라젠들은 모항성인 태양에 의존해 생존했으며, 이는 테라젠 스피어 전역의 저기술 문화권에서도 마찬가지다. 핵분열, 핵융합, 전환 반응기의 개발로 항성 조명에 대한 의존은 오래전에 사라졌다. 그러나 오늘날에도 많은 테라젠들은 자신과 기술, 그리고 생활 환경에 필요한 동력으로 햇빛과 별빛을 선호한다.

다이슨 군집과 다이슨 구	항성을 감싸 방출되는 복사 에너지의 대부분 또는 전부를 포집하는 거대구조물.
마트료시카 두뇌	연산 목적으로 사용하는 고효율 다이슨 군집.
광범(光帆)과 스태타이트	대개 고반사성 재료로 만든 판. 광범은 광자의 운동량을 이용해 선체를 추진하고, 스태타이트는 같은 원리로 항성 위 일정 위치에 정지한다.
스타부스터	두 개의 스태타이트 군집이 항성 면 바깥 방향으로 방출된 빛을 다시 항성 쪽으로 반사하여 외층을 더 뜨겁고 밝게 만드는 장치.
인공 태양과 선라인	테라젠들의 햇빛에 대한 애착을 보여주는 장치들. 항성을 직접 이용하지는 않지만 자연 햇빛을 모사하는 데 쓰인다.

물질

빛과 열 외에도 항성은 물질 자원으로도 유용하다. 대부분의 항성은 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있고, 더 무거운 원소들(통칭 금속)은 전체 질량의 극히 일부에 불과하다. 그러나 질량이 워낙 크기 때문에 항성 하나가 해당 항성계 중금속 원소의 대부분을 포함하는 경우가 많다. 항성풍을 통한 소규모 질량 채취는 테라젠 역사 초기부터 가능했지만, 항성 자체에서 물질을 직접 추출하는 대규모 이용은 훨씬 어렵다. 항성 주변의 극단적인 온도와 중력 때문이다. 따라서 항성을 물질 자원으로 활용하는 일은 드물었다. 제3천년기에 들어서야 내구성 높은 장비, 개선된 기법, 그리고 심층 산업 구역의 개발이 맞물리면서 항성을 물질 자원으로 활용하는 일이 훨씬 보편화되었다.

항성풍 범	전기장 또는 자기장을 형성하는 그물망으로, 항성풍의 하전 입자를 편향시켜 추진력을 얻는다.
항성풍 포집	항성풍에서 물질을 채취하는 방식. 주로 계내 클라우드하베스터가 활용한다.
스타 리프팅	항성에서 물질을 대량으로 추출하는 기술. 자원 채취나 항성 관리 목적으로 사용된다.

아르카일렉트의 활용

항성은 테라젠 스피어에서 가장 위대한 지성들에게도 매력적인 존재다. 이들은 운용에 막대한 질량-에너지가 필요하므로, 아르카일렉트들이 거대한 항성을 차지하고 웜홀 넥서스에 연결하려 한다는 것은 놀랍지 않다. 항성의 완전 분해는 아르카일렉트들이 흔히 수행하는 작업으로, 항성과 그에 딸린 행성계를 연산 노드, 산업 기계, 또는 무기 같은 인공물로 변환한다. 일부 아르카일렉트는 초거대 항성 안에 거주하며 이를 갓스타로 개조하기도 한다.

마트료시카 하이퍼노드	항성 하나를 통째로 분해한 질량으로 건설하고 구동하는 고도화된 마트료시카 두뇌.
갓스타	하나 이상의 아르카일렉트를 수용하는 연산 노드로 변환된 항성.

무기

항성은 질량과 에너지가 풍부하여 거대한 위협에 대처할 강력한 무기를 만드는 데 활용할 수 있다. 다만 그 파괴력이 너무 크기 때문에 실제로 사용되는 경우는 극히 드물다.

니콜-다이슨 빔	다이슨 구가 방출하는 강력한 레이저 빔. 통상적으로는 추진과 통신에 쓰이지만 무기로도 활용할 수 있다.
전환 무기	모노폴 기반 자기복제 무기. 항성을 폭발시키는 데 사용되기도 한다.

변형

항성의 특성을 의도적으로 변형하는 기술을 항성 공학(Stellar engineering)이라 한다. 항성 공학은 크게 두 가지로 나뉜다. 스타 리프팅과 항성 관리가 그것이다. 물리적 특성뿐만 아니라 항성 추진 시스템을 이용해 운동학적 특성도 바꿀 수 있다.

관련 기술로 항성화 엔진이 있다. 이 장치는 항성이 아닌 천체, 특히 목성형 행성이나 갈색왜성에 적용하여 항성에 준하는 천체로 전환하는 데 쓰인다.

문화적 의미

실용적 용도 외에도, 별은 테라젠 문화에서 중요한 자리를 차지해 왔다. 지구의 많은 저기술 문화권에서는 시간 측정이나 항법 등 다양한 목적으로 별을 활용했다. 또한 밝은 별에 고유한 이름을 붙이고, 신화 속 인물과 사물에 연결하며, 성군과 별자리로 묶는 전통도 광범위하게 존재했다. 점성술과 같은 여러 종교 및 형이상학적 신앙 체계도 별을 중심으로 형성되었다.

별에 대한 지식이 쌓이면서, 테라젠 문화에서 별이 지닌 역할도 변화했다. 별은 신화적 인물이나 사물이 아닌 하나의 '장소'로 인식되기 시작했다. 대부분의 이야기는 별 주위를 도는 행성에서 펼쳐졌고, 별 자체는 이야기의 배경을 붙잡아 주는 축에 머무는 경우가 많았다. 그러나 오래된 전통 중 많은 것이 살아남아 지금도 쓰이고 있다. 고대부터 내려온 별 이름들은 널리 통용되고 있으며, 고대의 별자리는 체계적으로 정리되어 방향을 나타내는 수단으로 쓰이다가, 테라젠이 성간 문명으로 발전하면서 우주 공간의 특정 영역을 지칭하는 방식으로도 활용되기에 이르렀다.

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