태양계의 중심, 태양

 태양계의 중심이며 유일한 항성인 태양에 대해 알아보겠습니다.

태양

태양이란 무엇인가

 우리 태양계의 중심에서 스스로 빛나고 있는 태양, 익숙하게 인류의 낮을 밝혀주는 이 항성은 약 46억 살의 나이로 태양계의 모든 행성들은 태양을 기준으로 공전하고 있습니다. 인류를 비롯한 지구상의 생명체들이 생명을 유지할 수 있도록 빛과 열 에너지를 공급해 주는 역할을 하고 있습니다. 

 

태양의 구조

 대부분 수소와 헬륨으로 구성된 커다란 가스 구름인 플라즈마로 이루어져 있습니다. 그밖에 철을 비롯한 니켈, 산소, 규소, 황, 마그네슘, 베릴륨, 크로뮴등의 성분도 표면을 구성하고 있습니다. 핵, 복사층, 대류층, 외부 대기로 구조를 구분할 수 있으며 태양핵은 태양 중심 부분의 5분의 1에 해당하며 가장 중요한 핵융합 반응이 발생하며 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 바로 위에 위치하는 복사층의 자전 속도가 더 느리다고 알려져 있습니다. 핵융합 반응을 통해 수소는 헬륨으로 전환되고 이를 통해 만들어진 운동 에너지는 태양계의 각 행성, 혜성, 소행성까지 전달됩니다. 복사층은 태양 중심부의 핵 다음에 위치하며 전체 크기의 최대 70%까지 구성됩니다. 이곳에서 핵융합을 통해 생성된 열과 빛이 복사되어 태양 외부로 나오게 됩니다. 외부로 나온 에너지는 지구상의 인류에게 닿아 밝은 빛이 되기도 하고 따뜻한 기온을 느낄 수 있게 만들어 줍니다. 그 위에 위치하는 대류층에서는 밀도와 온도 모두 감소하고 여기서 상승하는 기류가 발생해 특정 무늬를 나타내기도 합니다. 복사층과 대류층에서는 물질의 열 에너지의 교환을 통해 순환이 이루어지는 것도 확인할 수 있습니다. 마지막으로 외부 대기는 태양 외부의 높은 대기를 지칭하며 크게 다섯 개의 층으로 구분됩니다. 외부 대기에 속하는 코로나는 빛나는 플라스마층으로 그 영향 범위가 수백만 킬로미터에 이르고 태양권은 태양계 왜행성으로 태양으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 명왕성까지 영향을 주고 있습니다. 참고로 코로나의 경우 육안으로 관측하기 불가능하지만 개기일식이 일어나는 동안에는 가능하다고 확인되었습니다. 전하 입자로 구성된 플라스마로 인해 태양풍이 발생하고 이 태양풍은 태양계에 영향을 주게 됩니다. 특이한 점은 태양의 표면보다 코로나의 온도가 더 높은 것인데 현재까지 명확한 원인이 밝혀지지 않고 있어서 다양한 이론들이 제시되고 있습니다. 

 

태양의 동력

 태양의 동력은 구조적 특성과 핵융합 반응에서 발생하는 에너지의 결과물입니다. 태양핵에서 발생한 열과 빛은 복사층을 통해서 외부로 방출되고 대류층을 통해 태양 바깥으로 나오게 됩니다. 태양의 열과 빛 에너지는 지구의 대기를 통과하면서 약화되며 지구상의 생명체들이 삶을 영위하는데에 크게 영향을 줍니다. 태양의 동력으로 인해 생성된 태양풍이 발생하고 지구의 대기 구성에 변화를 일으키며 다양한 영향을 끼치기도 합니다. 또한 이 동력으로 인해 태양 자체의 변화도 유발하는데 수많은 폭발이 연쇄적으로 동시에 일어나는 플레어나 상대적으로 온도가 낮은 지점이 발생해 생겨나는 흑점등이 이에 해당합니다. 이 과정에서 일반적인 열과 빛뿐만 아니라 각종 자기장의 발생, 이온화, 방사선 방출 등의 문제들도 발견되어 지구에 끼치는 영향뿐만이 아니라 직접 우주 탐사에 나서는 우주인을 보호하고 위성이나 탐사선에 끼치는 영향을 분석하기 위한 연구도 진행되었습니다. 

 

태양의 변화

 현재 46억살인 태양은 앞으로 어떻게 변화하고 태양계의 행성들은 어떤 영향을 받게 될까요? 앞에서 기술한 바와 같이 태양은 현재 핵융합 반응을 일으키고 있어 항성이라는 별의 생애 주기에서 진화를 일으키고 있는 중이라고 할 수 있습니다. 이 핵융합이 일어나는 기간이 길어질수록 항성의 생명력이 길지만 핵융합을 오랜 기간 일으키려면 그 재료가 되는 수소의 양이 많아야 합니다. 또한 항성의 질량이 크면 오히려 그만큼 소모되는 에너지가 크기 때문에 상대적으로 작은 질량의 항성보다 빠르게 생명력을 잃어가기도 합니다. 이론적으로는 중심의 핵융합 에너지의 자원인 수소가 고갈되면 점차 백색왜성으로 진화하며 종국에는 별의 생명력을 잃어 초신성으로 폭발하고 찌꺼기나 흔적만 남기게 됩니다. 다른 경우에는 블랙홀이 발생하거나  중성자별이 되기도 할 수 있습니다. 태양의 경우에는 앞으로 50억 년 정도는 더 핵융합을 일으키며 주계열성 단계에 머물 것으로 예상되지만 그 이후 헬륨을 이용해 핵융합을 하는 과정에 다다르면서 적색왜성 단계가 되면 태양은 점점 팽창하게 될 것입니다. 그 이후로 백색왜성으로 변화된 태양은 오히려 수축하는 과정을 거쳐 자체적으로 에너지를 만들 수 없는 상태에 이르게 됩니다. 이러한 항성의 생애 전체를 포함해 그 과정까지 예상되는 시간은 우리 인류의 전체 역사에 비하면 가늠하기 어려울 만큼 길고 긴 시간입니다. 이 우주에 속해 있는 항성들이 겪게 되는 자연스럽고 당연한 진화의 과정과 생몰의 생생한 모습을 관찰하고 관측하면서 우주와 별들의 신비를 통해 다시 한번 더 인류의 과학과 문화가 함께 발전하는 과정으로 받아들여야 할 것 같습니다. 마지막으로 태양계의 중심 항성으로서 지구와 인류, 모든 생명체에게 지대하고 필수적인 영향력을 갖는 태양을 통해 현상을 이해하는 데에 도움을 받고 우주에 대한 이해에 깊이를 더 해줄 것입니다.