우리는 태양에 대해 정말 잘 알고 있나요?(feat. 태양의 탄생)
현대 핵우주학에 따르면, 약 138억 년 전에 우주에는 아무것도 없었고, 우주에서 갑작스러운 빅뱅이 나타났으며, 이후 별과 원소가 등장하면서 우주는 점점 복잡해지면서 약 45억 년 전에 태양계의 모체가 되는 성운이 알 수 없는 이유로 압축되면서 태양을 포함한 여러 원시성들이 탄생하게 되었다는 가설이 존재합니다.
여러 가설이 존재하지만, 태양의 탄생에 관한 유력한 가설로 지금으로부터 약 45억 년 전, 태양계의 중심부가 점점 뜨거워지면서 다양한 원소들과 물질들이 만들어졌으며, 이와 같은 물질들이 태양을 형성하는 데 사용되어 왔으며 다양한 원소들과 물질들이 온도 및 중력이 증가하면서 물질들이 결합하면서 태양을 비롯한 지구, 달이 만들어졌다고 보고 있습니다.
16세기에 천문학은 현대 우주관측방법과는 굉장히 달랐습니다. 16세기 이전에는 지금과 달리 망원경도 없고 우주로 갈 수도 없었기 때문에 지구가 우주의 중심이라는 천동설을 주장했습니다. 그러나 태양과 그 밖의 행성들을 관측하던 코페르니쿠스는 인류가 중심이 아닌 태양이 우주의 중심으로 지구가 태양의 주변을 공전하고 있다는 사실을 발견하여 지동설을 주장하여 당시 큰 파장을 불러일으켰었습니다. 그리고 현대 과학이 발전하여 빅뱅이론이 현 우주의 탄생이라는 가설이 정론이 되어가고 있습니다.
21세기 과학이 발전함에 따라 태양에 대해 더욱 더 많이 알게 되고 있으며 태양을 정의해 나아가고 있습니다. 태양은 태양계에서 가장 뜨거운 플라스마와 자기장으로 이루어진 거의 완벽한 형태의 구로 지름은 약 1,400,000km로 지구 지름의 109배에서 110배 정도 크다고 알려져 있습니다.
그리고 태양을 말할 때, 꼭 빼먹지 않는 것이 있는데 그것은 바로 태양의 질량입니다. 태양이라는 항성의 질량에 대해서 왜 궁금해할까요? 혹시 무게와 질량의 차이를 들어보셨나요?
무게는 중력과 관련이 있고, 질량은 관성과 관련이 있는데, 무게는 지구가 끌어당기는 힘으로 '무게=질량x중력가속도'으로 표현합니다. 즉, 중력의 크기를 무게라고 말할 수 있습니다.
여기에서 말하는 중력가속도는 위도, 경도, 고도에 따라 변하는데 보통 지면의 수직 작용을 통해 중력에 따라 무게가 증가할 수도 있고 감소할 수도 있습니다.
그렇다면 질량은 무엇일까?
질량은 물질의 물직적인 양을 나타내는데, 이는 관성과 관련 있습니다. 이는 물체에 힘을 가할 때 발생하는 가속도에 대한 저항의 정도를 말합니다.
무게와 질량에 대해서 말하고보니, 우리가 말하는 몸무게가 무언가 잘못된거 아닌가 싶습니다. 뉴턴에 의하면 우리가 말하는 몸무게 84kg은 지구 중력으로부터 받는 힘을 말하며, 뉴턴식 몸무게 84kgf=84kgx9.8m/s^=823.2N과 같습니다.
표기에 대한 논쟁은 사실 1900년대에 몸무게의 표현을 몸의 질량으로 바꾸자는 노력이 있었으나 너무 대중화되고 일반적이라 표기를 바꾸지 않게 되었다고 합니다. 다만, 학술적인 공식적인 자료에서는 철저하게 구분하여 표기를 한다고 합니다!
아무튼 이제 태양을 더 잘 이해하기 위한 기초 체력은 완성됐습니다. 태양의 질량에 대해 다시 말하자면, 태양의 질량은 약 2x10의 30승 kg으로 지구 질량의 약 33만 배 더 크고, 태양 수소 73.46%, 헬륨 24.85%, 산소 0.77%, 탄소 0.29%, 철 0.16% 등등으로 이루어져 있습니다.
알고 보면 신기한 태양은 태양계 전체 질량의 99.8% 이상을 차지하고 있을 만큼 가장 크고, 태양계의 중심에 위치하여 지구를 포함한 8개의 행성과 위성, 혜성 등을 지배하고 있는 우주에서 가장 강력한 존재 중 하나입니다. 말하고 보니 태양은 태양계의 타노스인가?
아무튼 태양은 태양계 내에서 가장 크고 존귀한 존재로 인류가 앞을 보고 살아갈 수 있게 도와주는 항성이라고 할 수 있습니다. 그렇다면 태양은 어떻게 스스로 빛을 낼까? 그리고 태양이 비추는 거리는 얼마나 길 까요?
태양은 어떻게 빛을 스스로 발현할까?
우리는 안부인사말로 '잘 잤어?'라고 서로에게 인사말을 하며 유대관계를 형성합니다. 그리고 그 '잘 잤어'와 같이 아침 인사 하루를 시작합니다. 그렇게 아침을 맞이하여 일터로 가기위해 반드시 필요한 것이 바로 빛입니다.
빛을 말하기에 앞서 행성과 항성의 차이에 대해 알아보겠습니다. 스스로 빛을 낼 수 있느냐에 따라 항성과 행성으로 나뉘는데, 지구는 행성이고 태양은 항성으로 말할 수 있습니다. 스스로 빛을 내는 항성인 태양은 태양계에서 모든 에너지의 근원으로 알려져 있을 만큼 강력하다고 할 수 있습니다. 그렇다면, 태양의 빛은 얼마나 강렬해서 어디까지 관측이 가능할까?
우리 태양계내의 행성 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성까지의 거리 45만 km 내에서 태양을 관측할 수 있다고 알려져 있습니다. 태양계 끝에 자리 잡고 있는 행성인 천왕성에서 태양을 바라봤을 때 지구에서 보다 태양이 30배 작게 보이며, 그리고 지금은 태양계에서 퇴출되었지만 한때는 태양계였던 명왕성에서는 태양이 지구에서 보다 40배 작게 관측이 가능합니다. 태양에서 멀어질수록 행성이 차가우며 태양계의 끝인 해왕성은 얼음왕국으로 알려져 있습니다.
그렇다면 태양은 얼마나 뜨거울까? 태양의 빛 에너지는 헬륨을 형성하는 수소의 핵융합반응으로 빛을 발현하는데, 태양에서 수소 4개가 헬륨 1개로 바뀔 때, 헬륨 1개는 수소원자 4개보다 질량이 가벼워 그만큼의 질량이 에너지로 전환되어 빛을 내게 됩니다. 지구에서 우리 두 눈으로 볼 수 있는 행성들 중 가장 밝은 별, 태양은 섭씨 5,500도로 태양계 내에서 가장 뜨거우며 태양으로부터 65만km 떨어져 관측하는 게 현재 기술로서 최대 접근으로 알려져 있을 만큼 현대 기술로는 아직 접근할 수 없는 미지영역의 항성입니다.
<태양 빛 에너지 계산 방법>
태양의 빛 에너지(E) = 수소 1개당 원자량 손실
수소원자량 = 1.008
헬륨원자량 = 4.002602
원자량 차이(H-He) = 0.0029398
원자량 손실 =수소(H)-헬륨(He)/4= 0.0073495
수소 1개당 원자량 손실 = 0.0073496/1.008
= 0.007029 = 에너지 생성
그렇다면 앞으로 태양의 빛은 과연 영구적일까? 지금까지 관측된 결과에 의하면 태양의 수명은 약 50억 년을 더 살고 수소원자를 모두 소모시키고 나면 에너지를 생성할 수 없게 되어 점점 부풀어 지구 궤도 근처까지 커지는 적색거성이 됩니다. 그 후 바깥표면은 흩어져 행성상 성운이 되고, 중앙에는 작고 밀도가 높은 백색왜성이 되어 생을 마감할 것으로 보입니다.
태양에서 발생하는 초자연적인 현상은 무엇이 있을까?
태양활동이 지구에 미치는 영향은 무엇이 있을까? 태양활동은 홍염, 필라멘트, 흑점, 플레어, 태양풍, 스키 큘, 코로나 질량 방출 등이 있는데, 그중 태양흑점은 11년의 소주 기와 80년의 대주기가 존재합니다. 그리고 지구의 기온은 이 흑점 변화 주기를 따라 온도가 변화는 데, 흑점의 개수가 많아질수록 태양의 활동이 활발해짐을 의미합니다.
태양의 흑점이 많아지면 플레어나 홍염이 많이 관측되고 그리고 태양풍도 강하게 발생합니다. 그리고 태양흑점이 폭발하면 X선, 고에너지 및 코로나 물질이 우주 공간으로 방출되어 지구에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 대표적인 현상으로는 GPS 신호 수신 방해, 항공기 단파통신 장애, 피폭, 인체 유전자 손상 및 암 발생, 유행성 독감 등 인류에게 피해를 발생해 왔다고 합니다.
태양은 이처럼 우리에게 고마운 존재이기도 하지만 때로는 위험한 존재이기도 합니다. 그래도 눈을 뜨고 하루를 시작할 수 있다는 감사하는 마음으로 이 글을 마무리합니다.
감사합니다.
