태양계는 태양을 중심으로 내행성에 속하는 수성, 금성, 지구, 화성 그리고 소행성대 너머에 있는 외행성류인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 총 9개의 천체로 이뤄진 체계를 말합니다. 이번 포스트에서 태양계의 중심인 태양에 대해 알아보겠습니다.
목차
1. 태양이란?
태양은 45억 6721만 년의 나이를 갖고 완벽한 열 플라스마 상태의 공모양의 태양계 중심에 있는 항성입니다. 이 태양은 황색 왜성에 속하며 G형 주계열성(G2V, 항성이 분광형상 G 임과 동시에 주계열상태라는 의미의 V 상태에 있음을 말함)으로 분류되고 있습니다. 표면온도는 약 9932 ℃이며, 지름은 140만 킬로미터로 지구보다 약 100배 이상 길고, 질량은 2x10의 30승 kg으로 지구보다 약 33만 배 무겁습니다. 부피 또한 지구의 144만 배입니다. 태양계를 구성하는 가장 큰 천체로 태양계 전체 질량의 약 99.86 % 를 차지하고 있습니다.
태양의 질량은 모두 가스원소로 이뤄져 있습니다. 약 75% 는 수소, 약 25% 는 헬륨으로 이루어져 있으며, 총질량의 2% 미만으로 기타 무거운 원소를 포함하고 있습니다. 이러한 구성성분을 바탕으로 태양은 매초 원자핵융합 반응을 하고 있으며, 태양의 중심핵에서만 초당 4억 3천만~6억 톤의 수소를 태워 에너지를 발생시키고 있습니다. 이렇게 생산된 에너지는 태양계에 속한 모든 천체에 제공되어 지금의 태양계 생태가 이루어지고 있습니다.
2. 태양의 구조
태양의 구조는 핵, 복사층, 대류층, 광구, 대기로 이뤄져 있습니다. 초기 태양의 구조를 분석하는 데 있어서 내부구조는 육안으로 확인이 어려웠습니다. 이를 해결하기 위해 성진학(주파수 분광의 상호작용에 의한 맥동하는 별의 내부 구조를 연구하는 과학)을 기반으로 초저주파음을 이용한 태양 내부를 관통하는 연구가 수행되었으며, 그 결과 지금과 같은 태양의 구조를 시각화하는 데 성공할 수 있었습니다.
- 핵 : 태양핵은 태양 반지름 중 중심에서 약 20 ~ 25 % 거리의 영역을 차지하고 있습니다. 해당 영역의 온도는 약 13,600,000 K (1360 만 ℃)에 이르며, 중심핵 위에 위치한 복사층보다 빠르게 자전하고 있는 것으로 관측되고 있습니다. 이 태양핵은 태양 에너지의 99%가 생산되고 생성된 에너지는 태양의 여러 층을 통과한 뒤 광구에 도착하여 햇빛 또는 입자들의 운동 에너지 형태로 태양계에 뿌려지게 됩니다.
- 복사층 : 태양 반지름 25 ~ 70 % 해당되는 층을 복사층으로 부릅니다. 이곳에서는 태양의 내부 물질들이 뜨겁고 농밀해지는데, 이것은 중심핵의 뜨거운 열을 바깥쪽으로 전달하는 열복사(열이 전자기파이 형태로 운반되거나 물체가 전자파를 방출하는 현상)가 일어나기에 충분한 환경을 의미합니다. 태양핵으로부터 발생하는 열은 이 복사층으로 복사형태로 이동하게 되며 복사층에서 태양 에너지의 일부를 흡수하고 반사하는 과정을 통해 유해한 에너지를 일부 차단하게 되고, 변환된 복사 에너지를 전자기파의 형태로 태양계로 방출하게 됩니다.
- 대류층 : 태양의 가장 바깥쪽에 위치한 대기층은 광도층과 복사층 사이에 위치합니다. 대류층의 특징은 높은 온도에 비해 가스 밀도가 상대적으로 낮은 것이며, 이러한 특징 때문에 태양풍 발생, 태양의 흑점 생성, 태양의 플레어 관측과 같은 다양한 태양 활동 현상이 나타나고 있습니다.
- 광구 : 태양의 표면을 말하며, 주로 가시광선과 일부 자외선 복사를 방출하는 가장 밝은 영역입니다. 표면 온도는 약 5,500℃이며, 이 태양 광구의 밝은 빛은 지구에서 바로 관측이 가능하며, 태양의 복사에너지는 대부분 이 광구를 통해 방출되게 됩니다.
3. 태양의 일생
태양은 현재까지 45억 6720 만년의 나이로 45억 6700만 년 전 탄생하여 45억 3200만 년 전 태양의 중심핵에서 연쇄 핵융합 반응을 시작하여 현재의 주계열 단계로 진입한 것으로 확인되고 있습니다. 현 태양의 상태는 주계열성 단계의 중반부에 접어든 상태이며, 지금과 같은 속도로 태양핵이 에너지를 생산해 낸다는 가정이 있을 경우 지구 질량의 100배에 해당하는 물질을 에너지로 전환하는 데 사용하고, 주계열 단계에서 약 109억 년을 머무를 것으로 예측됩니다.
64억 년 후 태양은 중심핵에서 수소핵융합을 마치게 되며, 준 거성단계에 진입하게 될 것입니다. 그 후 71억 년이 지나면 태양은 적색 거성으로 진화하고, 태양의 외곽 대기를 우주 공간으로 방출하면서 행성상 성운을 이루게 될 것입니다. 외곽 대기의 방출이 끝나면 결국 뜨겁게 달구어진 중심핵만이 남게 되고, 이 중심핵은 식어가면서 백색 왜성으로 변화할 것입니다. 아마도 이때까지 지구가 존재한다면, 아마도 마그마 바다를 이루고 있는 지구가 펼쳐져있을 것으로 예상하고 있습니다.
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