지구의 에너지원: 태양의 일생과 수명

 

태양을 숭배하는 고대 이집트 벽화

 

태양은 예로부터 숭배의 대상으로 신적인 존재로 다양한 역사와 문화에서 그 모습을 드러내었습니다.

가장 강성했던 고대 문화 중 하나인 이집트에서는 태양을 라(La)라는 신으로 부르며 숭배했습니다.

 

이렇게 17세기 초까지 사람들은 태양을 아무런 흠집이 없는 완벽한 존재로 믿어 왔습니다. 그러다가 갈릴레이가 자신이 만든 천체 망원경으로 태양을 관측하여 태양에서 검은 반점 같은 흑점을 발견했습니다. 이 발견을 통해 갈릴레이는 태양은 완전무결한 존재가 아니며, 천체의 하나로 자전을 한다는 사실을 밝혀냈습니다.

 

태양의 흑점

 

태양의 특징

태양의 표면은 대부분 수소(전체 질량의 약 74%, 전체 부피의 92%)와 헬륨(약 24~25%의 질량, 7%의 부피), 그밖에 철을 비롯한 니켈, 산소, 규소, 황, 마그네슘, 탄소, 네온, 칼슘,베릴륨, 크로뮴 등으로 구성되어 있습니다.

태양은 표면 온도가 약 5,860 K으로 맨눈에 보이는 태양은 흰색을 띠게 된는데, 태양빛이 대기를 지나면서 산란되어 노란색으로 보일 때가 있습니다. 이는 청색 광자가 선택적 산란으로 흩어지면서(하늘이 푸른 것은 이 때문) 남은 적색을 상쇄시키지 못하기 때문입니다. 이 때문에 태양이 낮게 떠 있을 때에는, 주황색이나 적(赤)색을 띠기도 합니다.

태양의 내부 온도는 1,000만℃에 이르며 이 온도는 수소 핵융합 반응이 일어날 수 있는 온도 입니다. 이 정도로 뜨거워야 지구를 비롯한 다른 행성들에게 보낼 충분한 에너지를 만들 수가 있는데 흑점은 약 2,000℃로 다른 부분에 비해 온도가 낮습니다.

 

 

태양의 수명은?

 

태양은 중심핵에서 수소를 태워 헬륨으로 바꾸는 핵융합 작용을 하는, 주계열성 단계 중반부에 있으며, 나이는 핵우주 연대학 및 항성진화 컴퓨터 모형에 따르면 45억 6720만 년입니다. 45억 6700만년 전 수소 분자구름의 빠른 중력 붕괴로 황소자리 T형 종족I 항성이자 3세대 항성인 태양이 탄생했으며 45억 3200만년전 중심핵에서 양성자-양성자 연쇄 반응을 시작하여 주계열 단계로 진입하였습니다.

64억년 후 태양은 중심핵에서 수소핵융합을 마치고 준거성 단계로 진입하며 71억 년이 지나면 태양은 적색 거성으로 진화할 것입니다. 중심핵에 있는 수소가 소진되면서 핵은 수축하고 가열되며 이와 함께 태양 외곽 대기는 팽창합니다. 중심핵이 1억 켈빈에 이르면 헬륨 융합이 시작되고 탄소와 산소가 생성될 것이며, 78억 년 뒤에는 행성상 성운 단계인 점근거성가지에 속하게 됩니다. 이 단계에서 태양 내부 온도는 불안정해지면서 항성 외부로 질량을 방출하게 됩니다. 

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

태양 핵은 초당 물질 4백만 톤을 에너지로 바꾸고 있으며, 중성미자와 태양 복사 에너지를 생산합니다. 이 속도라면 태양은 일생 동안 지구질량 100배에 해당하는 물질을 에너지로 바꿀 것입니다. 태양은 주계열 단계에서 약 109억 년을 머무를 것으로 예측됩니다. 

 

자료 출처: 위키피디아 

태양은 폭발하게 될까? 지구의 운명은?

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

이 단계에서 지구가 어떻게 될지는 확실하지 않습니다. 태양은 지구 궤도까지 부풀 것으로 예상하지만, 적색 거성 단계인 태양은 질량을 잃은 상태이므로 지구를 포함한 행성들은 현재 위치보다 뒤로 물러나게 됩니다. 이러면 지구는 태양에 흡수되지 않습니다. 

 

그러나 새로운 이론에 따르면, 지구는 태양의 기조력으로 말미암아 태양에 흡수될 것으로 예상하고 있습니다. 지구가 살아남더라도 바다는 끓어서 기체로 변해 대기와 함께 우주 공간으로 달아날 것입니다. 사실 주계열성 단계에서도 태양은 서서히 밝아지면서 표면 온도가 올라가고 있으며 점진적으로 태양 광도가 커져 약 7억 년 내 지구는 인간이 살 수 없는 환경으로 바뀔 것입니다. 이 때가 되면 생명체는 지구상에 존재할 수 없게 되며 동식물이 멸종하여 지구내부에서 나오는 온실기체를 정화시킬 수 있는 수단이 없어지게 됩니다. 따라서 온도는 급속히 오르게 되며 동식물이 멸종된 지 1억 년도 채 안 돼서 지구표면은 끓는점에 도달하게 됩니다. 바닷물이 끓게 되면 대기 중에 수분이 10~20% 차지하게 되며 물이 산소와 수소로 분리된 후 수소는 우주공간으로 날아가게 됩니다. 따라서 8억 년 내로 지구의 바닷물은 모두 증발하여 사라질 것이고 8억년 후 지구는 물도 없는 황량한 사막과 같이 되어 황산과 온실기체로 이루어진 구름이 표면을 덮을 것이며 금성표면처럼 뜨거워질 것입니다.