세실리아 페인과 별들이 대부분 수소로 이루어져 있다는 발견

작성자 WonderBooks · 2026년 8월 20일

1925년, 25세의 대학원생이 별들이 거의 전적으로 수소로 이루어져 있음을 증명했습니다. 당시 분야의 선임 전문가는 그녀에게 그 결과가 불가능하다고 말했습니다.

1925년, 세실리아 페인이라는 25세의 대학원생은 하버드 대학 천문대에서 박사 학위 논문을 제출했습니다. 그녀는 당시 천문학계에서 거의 아무도 믿지 않던 주장을 펼쳤습니다. 즉, 태양과 별들은 지구를 구성하는 철, 규소, 암석과 같은 혼합물이 아니라 거의 전적으로 수소와 헬륨으로 이루어져 있다는 것이었습니다. 당시 천문학자들 사이의 지배적인 가정은 별들이 본질적으로 우리 행성의 초고온 버전, 즉 화학적으로 말하면 뜨거운 지구와 같다는 것이었습니다. 페인의 항성광 분석은 그렇지 않다고 말했고, 그녀의 말이 옳았습니다.

그녀의 논문은 이후 동료 천문학자 오토 스트루브에 의해 천문학 역사상 가장 뛰어난 박사 학위 논문으로 불렸습니다. 그녀가 논문을 썼을 당시, 미국에서 가장 선임 천문학자 중 한 명은 그녀에게 서면으로 그녀의 핵심 발견이 명백히 불가능하다고 말했습니다.

숫자들이 실제로 보여준 것

페인의 논문은 "항성 대기: 별의 역전층에서 고온의 관측 연구에 대한 기여"라는 제목으로, 항성 스펙트럼 연구와 원자가 극심한 온도에서 전자를 잃는 방식을 설명하는 최근 개발된 이론을 결합했습니다. 이 이론을 항성광에 처음으로 엄격하게 적용하여, 그녀는 항성 대기에서 다양한 원소의 상대적 풍부도를 계산했고, 수소가 철과 규소 같은 무거운 원소보다 약 백만 배 더 풍부하며, 헬륨은 약 천 배 더 풍부하다는 것을 발견했습니다. 다시 말해, 별들은 압도적으로 수소와 헬륨으로 이루어져 있었고, 다른 모든 것은 미량으로만 존재했습니다.

그녀가 자신의 결과를 거의 묻어버릴 뻔한 이유

페인의 논문 심사 위원회에 참여했던 프린스턴의 선임 천문학자 헨리 노리스 러셀은 그녀의 초고를 검토하고, 무거운 원소에 비해 수소의 풍부도가 그렇게 높은 것은 "명백히 불가능하다"고 답장했습니다. 이는 별들이 지구와 같은 조성을 공유한다는 당시의 확신을 반영한 것이었습니다. 이러한 압력 아래, 페인은 출판된 논문에서 자신의 수소 및 헬륨 풍부도를 "거의 확실히 사실이 아니다"라고 기술하면서도 실제 수치는 그대로 인쇄했습니다. 이 사건을 연구한 역사가들은 이 표현을 의도적인 타협으로 해석합니다. 즉, 결론에서 자신을 분리시키면서도 데이터 자체가 자신의 것으로 기록되도록 한 것입니다.

4년 후 입증되었지만, 인정은 덜 받음

1929년, 그녀에게 언어를 완화하도록 압력을 가했던 바로 그 천문학자 러셀은 다른 방법을 사용하여 별에서 수소의 풍부도에 대한 동일한 결론에 도달한 자신의 논문을 발표하고, 그녀의 이전 작업을 긍정적으로 인용했습니다. 그 후 수년 동안, 페인이 먼저 발견하고 발표했음에도 불구하고, 러셀이 그 발견에 대한 대중적인 공로를 인정받는 경우가 많았습니다. 현대 측정은 그녀의 원래 수치를 완전히 확인했습니다. 은하수 별들의 인정된 조성은 대략 74%의 수소와 24%의 헬륨이며, 다른 모든 원소를 합쳐서 약 2%를 차지합니다. 그녀는 이후 하버드에서 학과장을 맡은 최초의 여성이 되었습니다.

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