태양에 관한 이야기

우주에 관심이 많은 편이라 퍼왔습니다.

태양(太陽)은 태양계 중심에 있으며 지구에서 가장 가까운 항성이다. 해라고도 한다.^[1] 지구를 비롯한 태양계의 여러 행성과 소행성, 유성, 혜성 등의 천체가 태양을 중심으로 돌고 있다. 지구는 태양을 일정한 궤도로 공전하고 있으며, 그렇기 때문에 지구에서 바라보는 태양은 연중 일정한 궤도를 운행하는 것처럼 보인다. 이 궤도를 황도라 한다. 지구는 태양을 공전하는 것 외에도 스스로 24시간에 1회 서에서 동으로 자전하기 때문에, 지구 표면의 관측자 눈에는 태양이 동쪽 지평선에서 떠올라 일정 시간 동안 하늘을 서쪽으로 횡단한 뒤 서쪽 지평선 아래로 지는 것처럼 보인다.^[2]

태양은 분광형 G2형의 주계열성으로 분류되며, 평균적인 항성에 속한다. 태양의 수명은 약 100억 년이고 핵우주 연대학에 따르면 50억 년 전에 형성되었다. 태양은 우리 은하의 중심에서 약 25000광년에서 28000광년의 거리만큼 떨어져서 공전하고 있다. 태양의 우리 은하에 대한 공전 주기는 약 2억 2600만 년이며, 공전 속도는 217 km/s이다. 태양은 현재 우리 은하의 오리온 나선팔의 안쪽 가장자리에 속하며, 국부 성간구름을 통과 중이다. 주변의 17광년 안쪽의 가까운 50개의 항성계 중에서 태양은 4번째로 밝은 절대등급(4.83)을 갖는다.

태양은 태양계에서 유일한 항성으로 태양계 총 질량의 99.9%를 차지한다. 태양이 복사하는 빛은 태양계 안의 천체들에 많은 영향을 끼쳤으며, 지구의 경우 생명의 탄생에 영향을 미쳤다. 인류에게 태양은 단순한 항성이 아니라 생활을 지배하는 천체이다.



태양의 표면은 대부분

수소(전체 질량의 약 74%, 전체 부피의 92%)와 헬륨(약 24~25%의 질량, 7%의 부피)^[3], 그밖에 철을 비롯한 니켈, 산소, 규소, 황, 마그네슘, 탄소, 네온, 칼슘, 크로뮴 등^[4]으로 구성되어 있다.

태양의 분광형은 G2V이다. G2는, 표면 온도가 약 5,860 K이 되는데, 이 때문에 흰색을 띠게 된다. 태양빛은 대기를 지나면서 산란되어, 지구 표면에서는 노란 색이 된다. 이는 청색의 광자가 선택적 산란으로 흩어지면서(하늘이 푸른 것은 이 때문이다.) 남은 적색을 상쇄시키지 못하기 때문이다. 이 때문에 태양이 낮게 떠 있을 때에는, 주황색이나 적색을 띤다.

<달에 의한 태양의 금환 일식. 원 두레 주변에 플레어가 뿜어져 나오는 것을 볼수있다>


부분일식. 태양 아래 표면에 거대한 불꽃이 일어났다. 저 불꽃속에 지구를 넣고도 남는 크기다.

태양은 항성종족 1 또는 제3세대 별로, 한 개 이상의 가까운 초신성으로부터의 충격파에 유발되어 생성되었다고 여겨지기도 한다.^[5] 이는 태양계 내부에 금이나 우라늄 같은 중원소가 풍부하다는 것에 근거하여 주장되었다. 이러한 원소들은 초신성에서 에너지를 흡수하는 핵반응이나 2세대 별 내부에서 중성자 흡수를 통한 핵변환에 의해 생성되었을 가능성이 있다.

햇빛은 지구의 주요 에너지원이다. 태양의 직사광선을 통해 단위 면적에 축적되는 에너지의 양을 태양상수라 하는데, 1AU^[6]의 거리에서 ㎡당 1368 와트의 값이 된다.

지구 표면에 도달하는 햇빛은 지구의 대기에 의해 약해져 맑은 하늘에 태양이 머리 위에서 비출 때에 ㎡당 1,000 와트 정도가 된다. 이러한 에너지는 여러 자연적인 합성을 통해 동력으로 변환될 수 있다. 식물의 광합성은 햇빛의 에너지를 화학 물질(산소와 탄소화합물)로 바꾸며, 지표면을 데우거나 태양 전지에 의해 전기로 바뀌기도 한다. 석유를 비롯한 화석 연료는 오래 전에 광합성에 의해 햇빛이 변환된 것이다.

태양으로부터의 자외선은 살균에 유용하며, 가구나 물의 소독에 사용된다. 자외선은 살갗을 태울 수도 있으며, 피부에서는 햇볕으로 비타민 D를 합성하기도 한다. 자외선은 지구의 오존층에 의해 약해지며, 이로부터 위도에 따라 자외선의 양이 크게 변하여 인간의 피부색이 달라지는 원인이 되기도 한다.^[7]

지구에서 관측할 때에, 태양은 1년 동안 하늘을 가로지르게 된다. 매일 같은 시간에 관측할 때에 태양 위치가 변하는 모양을 살펴보면, 남/북 방향의 축을 따라 ‘8’자를 그리고 있음을 알 수 있는데, 이를 ‘아날렘마(analemma)’라 한다. 이는 지구의 자전축이 태양에 대하여 약 23.5˚ 기울어져 있기 때문이며, 남/북으로의 이동은 계절이 구분되는 주요 원인이 된다.

태양이 떠오르거나 서쪽으로 질 때 노루꼬리(그린 플래시)라는 흔치 않은 현상이 발생하기도 한다. 이 현상은 서쪽으로 막 넘어간 태양에서 나온 빛이 역전층을 통과하여 꺾여 관측자의 눈에 들어올 때 생긴다. 짧은 파장의 빛(보라, 파랑, 초록)은 긴 파장의 빛(노랑, 오렌지, 빨강)보다 더 많이 꺾이는데, 보라와 파랑색 빛이 좀 더 꺾여서 우리 눈에는 마치 초록색인 것처럼 보이게 된다.^[8]

태양은 활발하게 활동하고 있다. 태양에는 11년의 주기로 강도가 변화하는 자기장이 형성되어 있다. 태양 자기장은 태양활동이라 불리는 여러 현상들을 발생시키는데, 태양 표면의 흑점이나 태양 플레어, 태양풍 등이 이에 속한다. 또한, 지구의 중위도나 고위도에 오로라를 발생시키며, 라디오 전파나 전력을 교란시키기도 한다. 태양활동은 또한 태양계의 형성과 발전에 기여하기도 했다. 태양활동은 또한 지구의 외부 대기의 구조를 변화시킨다.

태양은 지구에 가장 가까운 항성이고, 과학자들이 심층적으로 연구하였지만, 태양에 대한 의문점은 남아 있다. 근래에는 태양 흑점의 규칙적인 활동주기, 코로나의 물리와 기원, 태양풍의 기원 등이 화제가 되었다.


X선 촬영

태양의 흑점. 근접 촬영
가대한 가스흐름중 일부 온도가 주변보다 낮아 검게 보일뿐... 수천도의 온도를 기록한다.


플레어가 지구 까지 뿜어져 나오는 상황을 가정한 영화가 Knowing이다. 인류의 멸망을 가져올수있다.


플레어가 품어져 나오는 태양 표면의 상상도


특정한 영역의 주파수 대역을 촬영하게되면 여러 형태의 태양사진을 얻을수있다.

태양은 주계열성의 단계에 있으며, 나이는 핵우주 연대학 및 항성진화 컴퓨터 모형에 따르면 45억 7천만 년이다. 45억 9천만 년 전 수소 분자구름의 빠른 중력 붕괴로 황소자리 T형 종족I 항성이자 3세대 항성인 태양이 탄생했다.

태양은 중심핵에서 수소를 태워 헬륨으로 바꾸는 핵융합 작용을 하는, 주계열성 단계의 중반부에 접어든 상태이다. 태양 핵은 초당 4백만 톤의 물질을 에너지로 바꾸고 있으며, 중성미자와 태양 복사 에너지를 생산한다. 이 속도라면 태양은 일생 동안 지구질량 100배에 해당하는 물질을 에너지로 바꿀 것이다. 태양은 주계열 단계에서 약 100억 년을 머무를 것이다.

태양은 질량이 작아 초신성 폭발을 일으키지 못하는 대신, 적색거성으로 부풀어오를 것이다.

지구가 어떻게 될지는 확실하지 않다. 태양은 지구 궤도까지 부풀어 오를 것으로 예상되지만, 적색 거성 단계의 태양은 질량을 잃은 상태이기 때문에 지구를 포함한 행성들은 현재 위치보다 뒤로 물러나게 된다. 이 경우 지구는 태양에 흡수되는 일은 면하게 된다. 그러나 새로운 이론은 태양의 기조력으로 인해 지구가 태양에게 흡수될 것으로 예상하고 있다. 지구가 살아남는다고 하더라도, 바다는 끓어서 기체가 될 것이고 대기와 함께 우주 공간으로 달아날 것이다. 사실 주계열성 단계에서도 태양은 서서히 밝아지면서 표면 온도가 올라가고 있다. 점진적인 태양 광도의 상승으로 인해 약 5억 년 내로 지구상은 인간이 살 수 없는 환경으로 바뀔 것이다. 이 때가 되면 생명체는 지구상에 존재할 수 없게 된다. 동식물이 멸종하며 지구내부에서 나오는 온실기체를 정화시킬 수 있는 수단이 없어진다. 따라서 온도는 급속히 오르게 되며 동식물이 멸종된지 1억년도 채 안되서 지구표면은 끓는점에 도달하게 된다. 바닷물이 끓게 되면 대기 중에 수분이 10~20% 차지하게 되며 물이 산소와 수소로 분리된 후 수소는 우주공간으로 날라가게 된다. 따라서 6억 년 내로 지구 표면의 바닷물은 모두 증발하여 사라질 것이다. 6억년 후 지구는 물도 없는 황량한 사막과 같이 될 것이며 황산과 온실기체로 이루어진 구름이 표면을 덮을 것이며 금성표면처럼 뜨거워질 것이다.

태양이 점차 밝아짐에 따라 지구의 남은 대기마저도 날아가게 될 것이다. 60억년 후 지구는 수성이나 달처럼 대기가 전혀 없는 행성으로 될 것이다.

64억년 후 태양은 중심핵에서 수소핵융합을 마치고 준거성 단계로 진입할 것이다. 70억 년이 지나면 태양은 적색 거성으로 진화할 것이다. 중심핵에 있는 수소가 소진되면서 핵은 수축하고 가열된다. 이와 함께 태양의 외곽 대기는 팽창한다. 중심핵의 온도가 1억 켈빈에 이르면 헬륨 융합이 시작되고 탄소와 산소가 생성될 것이며, 78억 년 뒤에는 행성상 성운 단계의 점근거성가지에 속하게 된다. 이 단계에서 태양의 내부 온도는 불안정해지면서 항성 외부로 질량을 방출하게 된다.

적색 거성 단계에서 태양은 극심한 맥동 현상을 일으키며 외곽 대기를 우주 공간으로 방출하면서 행성상 성운을 이루게 된다. 외층이 탈출한 뒤 극도로 뜨거운 중심핵이 남을 것이다. 이 중심핵은 천천히 식으면서 수십억 년에 걸쳐 어두워지면서 백색 왜성이 된다. 이 항성진화 시나리오는 질량이 태양과 비슷하거나 좀 더 무거운 별들이 겪는 운명이다.



출처:http://kr.blog.yahoo.com/acftacft/1946