에이나르 헤르츠스프룽: 별을 분류한 화학자

그는 화학 공학자로 훈련받았고, 상트페테르부르크의 연구소에서 일했으며, 라이프치히에서 광화학을 공부했다. 그제서야 프레데릭스베르에서 관측하던 아마추어로서 에이나르 헤르츠스프룽은 전문 천문학자들이 제대로 기록하지 못한 사실을 알아차렸다. 두 별이 같은 스펙트럼 유형(같은 색, 같은 흡수광 지문)을 공유하면서도 고유 밝기에서는 엄청난 차이를 보일 수 있다는 점이었다. 이 관찰은 항성 집단을 둘로 나누었고, 천체물리학에서 가장 유용한 도표를 만들어냈으며, 천문학자들에게 우주를 측정하는 첫 번째 신뢰할 수 있는 척도를 제공했다.

아마추어의 견습 시절

헤르츠스프룽은 1873년 10월 8일 덴마크 프레데릭스베르에서 세베린 칼 루드비그 헤르츠스프룽과 헨리에테 크리스티아네 샤를로테 프로스트의 아들로 태어났다. 그의 아버지는 아마추어 천문학자였고 그에게 열정을 전수했지만, 처음부터 직업으로 삼은 것은 아니었다. 헤르츠스프룽은 코펜하겐 폴리테크닉 연구소에서 화학 공학을 공부하여 1898년에 졸업했고, 이후 상트페테르부르크에서 2년간 화학자로 일했으며, 1901년에는 라이프치히 대학교에서 1년간 광화학을 공부했다.

이 우회로는 헛되지 않았다. 광화학은 당시 사진 건판의 기초가 되는 과학이었고, 사진 건판은 천문학을 접안렌즈 학문에서 정량적 학문으로 변화시키는 도구였다. 헤르츠스프룽은 필름 위의 빛을 측정하는 방법을 이미 알고 별의 세계에 도달했다.

1902년, 그는 프레데릭스베르에서 독자적인 천체 관측을 시작하며 전문 조직 밖에서 활동했다.

거성과 왜성

몇 년 안에 그는 중요한 발견을 했다. 천문학자들은 별을 스펙트럼 유형으로 분류했는데, 이는 대략 표면 온도와 색상에 해당한다. 헤르츠스프룽은 같은 스펙트럼 유형을 공유하는 별들이 절대 등급에서 크게 다를 수 있다는 점, 즉 거리를 고려하면 실제 광도가 엄청난 요인으로 변할 수 있다는 점을 알아차렸다.

그 의미는 구조적이었다. 두 별의 표면 온도가 같더라도 하나가 훨씬 더 많은 빛을 낸다면, 더 밝은 별은 훨씬 더 커야 한다. 따라서 항성 집단은 거성과 왜성으로 나뉘었다. 이는 분류의 세분화가 아니라 별이 서로 다른 물리적 가족에 속한다는 발견이었으며, 이는 다시 그 가족들이 단일한 생애의 서로 다른 단계를 나타내는지에 대한 의문을 제기했다.

도표

1909년, 헤르츠스프룽은 카를 슈바르츠실트 밑에서 괴팅겐 천문대에 합류하여 아마추어에서 독일 천체물리학의 중심으로 이동했다. 1911년, 그는 자신의 이름을 딴 도표를 만들었다. 이는 안토니아 모리의 이전 분류 작업을 바탕으로 스펙트럼 유형과 광도를 대비시킨 별들의 배치도이다. 헨리 노리스 러셀도 독립적으로 본질적으로 같은 구성을 도출했으며, 그 결과는 일반적으로 헤르츠스프룽-러셀 도표로 알려져 있다.

그 힘은 기록하는 것보다 드러내는 것에 있다. 별들은 도표 위에 무작위로 흩어지지 않고 주계열이라는 긴 대각선 띠에 떨어지며, 그 밖에는 거성과 왜성의 뚜렷한 덩어리가 있다. 그 구조는 항성 진화의 눈에 보이는 흔적이며, 이 도표는 항성 유형과 별이 일생 동안 어떻게 변하는지를 설명하는 마스터 프레임워크가 되었고, 한 세기가 지난 지금도 천문학 학생들이 가장 먼저 읽는 법을 배우는 도표로 남아 있다.

세페이드 변광성과 값비싼 실수

1913년, 헤르츠스프룽은 밝기가 엄격한 규칙성으로 맥동하는 별인 세페이드 변광성으로 눈을 돌렸다. 헨리에타 리빗은 세페이드 변광성의 주기가 광도와 연결되어 있다는 것을 발견했다. 즉, 거리를 알고 있는 별에 대해 관계를 보정할 수 있다면, 어디에 있는 세페이드 변광성이든 그 리듬을 통해 자신의 거리를 알릴 수 있다는 의미였다. 이는 우주 규모를 푸는 열쇠가 될 가능성이 있었다.

헤르츠스프룽은 시차 측정을 사용하여 가까운 세페이드 변광성까지의 거리를 고정하고 보정을 수행했으며, 보정된 관계를 적용하여 소마젤란 은하까지의 거리를 추정했다. 그는 또한 별을 10배나 너무 가깝게 배치하는 중대한 실수를 범했다. 이는 아마도 펜 끝이 미끄러진 실수로 설명되며, 거리 수치에 10분의 1이라는 체계적인 과소평가를 퍼뜨렸다. 이는 20세기 초 우주 거리 측정 작업에서 산술적 실수가 우주를 한 자릿수만큼 줄일 수 있었을 정도로 여유가 얼마나 좁았는지를 상기시켜 준다. 방법 자체는 건전했고, 살아남은 것은 그 방법이었다.

라이덴

1919년, 헤르츠스프룽은 네덜란드의 라이덴 천문대로 이주하여 다음 27년을 보냈고, 1937년에 소장이 되어 1946년까지 머물렀다. 그의 결혼은 그를 네덜란드 천문학계와 더욱 밀접하게 연결했다. 아내는 천문학자 야코부스 캅테인의 딸인 헨리에테 마리에테 아우구스티네 알베르티네 캅테인이었으며, 캅테인의 항성 운동에 관한 통계적 연구는 은하 구조에 대한 생각을 재형성하고 있었다.

라이덴에서 그는 가르치기도 했다. 그의 대학원생 중에는 현대 행성 과학을 창시하게 될 제럴드 카이퍼가 있었으며, 이는 덴마크 화학 공학자로부터 외태양계까지 이어지는 지적 계보가 되었다.

헤르츠스프룽의 관측 습관은 별을 넘어 확장되었다. 그는 궤도가 지구에 접근하는 아모르군에 속하는 1627 이바르를 포함하여 두 개의 소행성을 발견했다.

인정과 장수

60대가 되자 영예가 끊임없이 찾아왔다. 1927년 미국 예술 과학 아카데미 회원으로 선출되었고, 1929년 영국 천문학계의 최고 영예인 왕립천문학회 금메달을 받았다. 1937년 라이덴 소장으로 취임한 해에 브루스 메달이 뒤따랐고, 1941년 미국 철학 학회 회원으로 선출되었다.

그는 1967년 10월 21일 덴마크 로스킬레에서 94세의 나이로 사망했으며, 그가 1911년에 만든 도표가 그가 시작했을 때는 거의 존재하지 않았던 학문의 조직적 프레임워크가 되는 것을 볼 만큼 충분히 오래 살았다. 소행성 1693 헤르츠스프룽과 달의 크레이터에 그의 이름이 붙어 있다.