여름이 다가오면서 날이 점점 더워지고 있다. 그래서 오늘은 태양 천문학에 대하여 알아보려 한다.
태양은 변광성으로 분류되지는 않지만 흑점 주기로 알려진, 주기적인 밝기의 변화를 보여준다.
태양은 지구에서 빛의 속도로 8분 거리에 있고 가장 연구가 자세하게 이루어진 항성이다.
전형적인 G형 분광형을 지닌, 46억 살의 주계열성이다. 이것은 11년 주기에 걸쳐 흑점의 숫자가 변화하는 것과 관련된다. 흑점은 강력한 자기장 활동과 관련되어 있으며, 태양 표면의 다른 곳에 비해 온도가 낮은 지역이다.
태양은 나이를 먹으면서 밝기가 천천히 증가하고 있다. 나이를 먹으면 점점 더 밝아진다니... 역시 천문학이란 신비롭다.
처음으로 주계열성으로 생애를 시작했을 때 비해 지금 40퍼센트 정도 더 밝다.
태양은 탄생 이후 지구의 생태계에 뚜렷한 영향을 줄 수 있을 정도로 밝기가 변해 왔다. 예를 들어 마운더 극소기로 인해 중세에 작은 빙하 시대 현상이 발생했던 것으로 보인다.
태양의 바깥 표면을 광구라고 부른다. 광구라는 건 우리 눈으로 관찰할 수 있는 태양의 바깥 표면이라고 생각하면 된다.
광구 위에는 채층으로 불리는 얇은 지대가 존재한다. 채층 위에는 코로나가 형성되어 있으며, 온도는 급격하게 올라간다.
태양의 중심부에 핵이 있고 핵융합 작용이 일어날 정도로 아주 뜨겁고 압력 또한 크다. 중심핵 위에는 복사층이 있다. 여기서 플라스마는 에너지 플럭스를 복사 형태로 전달한다. 복사층 위에는 대류층이 존재하는데 이곳에서는 에너지가 물리적인 가스 교환 형태를 통해 전달된다. 이러한 태양의 대류층이 자기장을 발생시키는 원인이며, 이 자기장으로 인해 태양 표면에 흑점이 생겨나는 것으로 받아들여지고 있다.
플라스마 입자로 이루어진 태양풍은 태양으로부터 꾸준히 우주 공간으로 흘러 나와서 태양권계면까지 이어진다. 태양풍은 지구의 자기권과 반응하여 밴앨런대를 형성하고, 지구의 자기력선이 대기로 내려와 만나는 지점에서 오로라를 형성한다.
다음 행성 천문학이다
행성 천문학의 연구 대상은 행성, 위성, 왜행성, 혜성, 소행성, 기타 태양을 공전하는 다른 천체들, 그리고 외계 행성 집단들이다. 태양계는 상대적으로 연구가 많이 이루어졌고 과거에는 관측 도구로 주로 망원경을 이용했으며 최근에는 우주 탐사선이 많은 역할을 하고 있다. 일련의 탐사로 인해 태양계의 형성과 진화에 관해 다양한 지식을 얻게 되었으며, 새로운 사실들이 계속하여 발견되고 있다.
태양계는 내행성, 소행성대, 외행성의 세 부분으로 크게 나눌 수 있다. 내행성계로 일컫는 지구형 행성들로는 수성, 금성, 지구, 화성이 있다. 바깥쪽을 공전하고 있는 외행성계는 가스 행성들로 이루어져 있으며, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 구성되어 있다. 해왕성 너머로는 카이퍼대가 존재하고, 가장 바깥쪽에는 최대 1광년에 이르는 거리까지 오르트 구름이 쫙 펼쳐져 있다.
행성들은 충분한 질량을 획득한 뒤, 무거운 물질은 행성 중심부로 가라앉고 가벼운 물질은 위에 남는, 행성 구별화(planetary differentiation)의 과정을 겪게 된다. 이 과정을 통해 행성들의 중심에는 철이나 석질의 중심핵이 생성되고 그 위는 보다 가벼운 물질들로 이루어진 맨틀이 형성되었다. 핵 부위는 고체 또는 액체 성분을 지니고 있으며, 일부 행성의 중심핵은 고유의 자기장을 형성하는 원인을 제공한다. 이러한 자기장은 행성의 대기를 태양풍으로부터 보호하여, 벗겨져 나가지 않게 하는 역할이다.
행성들은 원시 태양을 두르고 있던 원시 행성계 원반에서 생겨났다. 중력에 의한 끌어당김, 충돌, 당착 과정을 통하여 원반에 있던 물질들은 큰 덩어리들로 자라났고 이후 원시행성들로 진화했다. 태양풍에 의한 복사압으로 인해 덩어리로 뭉치지 못한 물질들은 쓸려나갔고, 자기가 지닌 가스 대기를 잃지 않을 정도로 무거운 천체들만이 살아남았다. 여기에서 살아남은 행성들은 계속 커지거나 또는 극심한 충돌로 인해 자기가 갖고 있던 물질을 방출하기도 했다. 극심한 충돌의 증거는 달이나 수성 등에 있는 많은 충돌구를 통해 알 수 있다고 한다. 현재 지지를 받는 이론에서는 이 시기에 원시행성 중 일부는 충돌 과정을 겪었을 것이라고 말한다.
일부 천체들의 경우 화산이나 지각 운동 등 지질학적 활동이 생겨날 정도의 열을 간직하게 되었다. 이들 중 대기를 갖게 되는 천체는 바람이나 물로 인하여 지각의 침식 과정을 겪는다. 질량이 작은 천체들은 빠르게 식었고, 충돌구 생성을 제외한 모든 지질학적 활동을 멈추었다.
지금부터는 항성천문학에 관한 글이다.
항성 및 그들의 진화 과정을 아는 것은 우주를 이해하는 데 있어 매우 중요한 역할을 한다.
보통의 불규칙한 외형의 성운 형태와는 달리, 개미 성운의 중심부에서 죽어가는 별에서 분출하는 가스는 좌우 대칭형의 구도를 보여준다.
천체물리학은 관측 및 이론, 항성 내부 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 항성 연구에 기여해 왔다.
주계열성을 벗어난 항성의 진화 과정은 주로 별의 질량에 의해 결정된다. 별이 질량이 크면 클수록 더욱 밝아지고 중심핵에서 수소 연료를 더 빨리 태우게 된다. 시간이 지나면서 별이 갖고 있던 수소가 헬륨으로 모두 전환되면, 항성은 진화한다. 헬륨 융합이 일어나기 위해서는 중심핵의 온도가 더 뜨거워져야 하므로 항성의 중심핵 밀도는 증가하며, 부피 또한 커지게 된다. 부피가 증가한 항성은 헬륨을 다 태울 때까지 잠깐 적색 거성 단계에 머무른다. 질량이 매우 큰 별들의 경우 헬륨보다 무거운 원소들을 태우는 일련의 진화 단계를 따로 걷게 된다.
항성 생성은 거대 분자 구름으로 알려진, 먼지와 가스의 밀도가 높은 곳에서 시작된다. 분자 구름이 불안정해지면, 분자 구름이 중력 때문에 붕괴하면서 여러 조각으로 깨지고, 각각 깨진 조각들은 원시별을 형성한다. 중심핵 부분이 충분히 밀도가 높고, 뜨거워지면 핵융합 작용이 시작되면 여기서 주계열성이 탄생한다.
수소와 헬륨 그리고 리튬보다 무거운 모든 원소를 천문학에서 중원소라고 부르는데, 이들은 항성의 내부에서 만들어진다.
항성의 최후 양상도 마지막 남은 별의 질량에 따라 달라진다. 태양 정도 질량을 갖는 별은 행성상 성운의 형태로 질량을 방출하고 중심부에 백색왜성을 남긴다. 주계열 시절 질량이 태양의 8배 이상이었던 별들의 경우 중심핵이 붕괴하면서 초신성으로 생을 마친다. 초신성 폭발 후 중심에 남은 물질은 중성자별이 될 수도 있고 또는 폭발 후 남은 질량이 태양의 3배가 넘는 경우 블랙홀로 진화된다. 서로 가까이 붙어 있는 쌍성은 주성에서 나온 물질이 반성인 백색 왜성으로 흘러 들어가서 신성 폭발을 일으키는 것처럼, 더욱 복잡한 진화 경로를 겪게 된다.
행성상 성운 및 초신성은 중원소를 성간 공간에 퍼뜨리는 중요한 역할을 한다. 생명체가 탄생할 재료를 공급하는 역할도 한다. 만약 이들이 없으면 새롭게 탄생하는 별들 및 행성들은 수소와 헬륨으로만 이루어질 것이고, 지구형 행성은 생겨날 수 없기 때문이다.