항성의 성질을 통계적으로 알아보기 위해 1905년에 덴마크의 헤르츠스프룽과 미국의 러셀이 각각 독립적으로 생각해낸 그래프를 색등급도 또는 헤르츠스프룽-러셀 도표, 줄여서 HR도라고 합니다. 광도나 항성의 절대 등급을 세로축으로, 표면온도나 스펙트럼형을 가로축으로 하여 밝을수록 위쪽으로, 고온일수록 왼쪽으로 표시합니다. 색등급도는 항성의 물리적 성질이나 항성의 진화를 고찰하는 데 자주 사용됩니다. 색등급도의 오른쪽 상단에 위치한 별일수록 반경이 큽니다.
색등급도에서의 분포와 항성의 종류
절대 등급과 표면온도가 알려진 별을 모두 색등급도에 배치해보면 많은 별들이 왼쪽 위에서 오른쪽 아래에 걸쳐 거의 일렬로 분포합니다. 이 열을 주계열이라고 하고, 거기에 늘어선 별을 주계열성이라고 합니다. 태양도 주계열성 중 하나입니다. 주계열성은 절대 등급과 표면온도 사이에 깨끗한 상관관계가 있기 때문에 표면온도를 알면 절대 등급을 추정할 수 있습니다.
헤르츠스프룽-러셀 도표 주계열의 우측 상단 쪽에도 상당한 수의 별이 분포하는데, 이 별은 같은 표면온도의 주계열성보다 반경이 크기 때문에 적색 거성으로 불립니다. 그중 특히 밝고 반경이 큰 것을 초거성이라고 합니다. 베텔기우스는 초거성의 한 예로 반지름은 태양의 수백 배에 달합니다. 또 주계열성과 적색 거성의 중간 위치에도 별이 다소 분포하고 있는데 이들은 준거성으로 불립니다.
한편 주계열의 왼쪽 아래에도 몇 개의 별이 흩어져 있습니다. 이 별들은 상당히 고온에서 흰 빛을 내는 것이 많고, 반경도 주계열 별에 비해 작기 때문에 백색왜성이라고 불립니다. 시리우스의 반성은 백색왜성의 한 예로 반지름은 태양의 100분의 1 정도에 불과합니다.
이처럼 가시광선으로 관측되는 대부분의 항성은 주계열성, 초거성과 준거성을 포함하는 적색 거성, 백색왜성의 3종류로 크게 나뉩니다.
태양으로부터 근거리 별들의 색등급도
태양으로부터 근거리, 예를 들면 5퍼섹 이내의 거리에 있는 별들의 색등급도를 작성하면, 앞서 설명한 색등급도의 분포와는 다른 모습이 됩니다. 대부분의 별이 주계열성이고 백색왜성도 여러 개 흩어져 있지만, 적색 거성은 거의 볼 수 없습니다. 주계열성의 분포도 자세히 보면 태양보다 고온의 별은 거의 없고, 오른쪽 아래에 위치하는 온도가 낮은 별이 많습니다. 태양으로부터 5파섹 이내에서는 어두운 별까지도 거의 빠짐없이 조사되었다고 볼 수 있으므로 이러한 경향이 나타납니다. 한편 원거리에 있는 별로 밝고 고온인 주계열성이나 거성·초거성이 많이 관찰되므로 원거리를 포함한 색등급도에서 이들이 많이 나타나는 편입니다.
성단의 색등급도
별들 중에는 공간에 무리를 지어 분포하는 것이 있는데 이를 성단이라고 합니다. 한 성단의 별들은 거의 동시에 생겨났다고 보고 있습니다. 같은 성단의 별들은 모두 지구에서 실질적으로 같은 거리에 있기 때문에 절대등급과 겉보기 등급의 차이는 어느 별이나 같다고 봐도 무방합니다. 따라서 성단의 색등급도는 그 거리를 몰라도 겉보기 등급으로 세로축을 추정해 작성할 수 있습니다. 또 겉보기 등급으로 색등급도의 주계열과 비교해 그 등급 차이를 보고 성단까지의 거리를 구할 수 있습니다.
여러 성단의 색등급도를 주계열이 일치하도록 겹쳐주면 주계열의 좌상단까지의 길이가 성단에 따라 다를 뿐 아니라 그 좌상단이 위쪽으로 휘어져 있습니다. 성단에서는 별들이 동시에 태어난 것을 감안할 때, 현재 이 왼쪽 상단에 위치한 별들이 주계열을 떠나 거성을 향하기 시작했음을 나타냅니다.
