유레카 3 - 서른번째 이야기
(태양의 수명은 약 123억년이다. 이렇게 긴 시간동안 일정한 빛과 에너지를 방출하는 덕분에 지구와 같은 행성에서 긴 시간 생명이 진화하고 마침내는 지적생명체인 인류가 태어나 태양의 역사를 설명할 수 있게 된 것이다)
2부. 생명
11장. 태양(太陽, SUN) 2
* 이 글은 <유레카3>의 30번째 글입니다. 우주와 생명에 대한 철학적 진실을 탐구하고, 그를 바탕으로 새로운 삶의 방식을 제시하고자 합니다. 1부 우주, 2부 생명, 3부 길로 구성되어 있으며, 26장 73편의 이야기로 나뉘어져 있습니다. 이 글을 접하시는 모든 분들이 제가 깨달은 것을 함께 깨달아, 지성의 즐거움을 함께 만끽하며, 인류와 생명의 진보와 진화의 길을 함께 걸어가게 되기를 기대합니다.
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77. 태양(太陽)의 형성
약 50억 년 전 태양이 생겨날 우주의 어느 한 공간 그 근처에서 거대한 초신성폭발이 있었다.
초신성 폭발은 태양보다 무거운 별의 죽음이다. 생명과 마찬가지로 별도 죽어야 새로 태어날 수 있다. 일종의 별의 윤회인 셈이다. 우리가 초신성이라 단정 지을 수 있는 것은 별이 초신성 폭발을 했을 때만 생성되는 철_60 등의 동위 원소들이 초기 운석에서 발견되었기 때문이다.
별의 중심에서 수소가 핵융합을 하면 헬륨이 만들어진다. 초신성이 폭발할 때 나오는 에너지는 우리 태양의 평생인 100억년 동안 사용하는 에너지를 한순간에 쏟아내는 에너지의 양이다. 이 어마어마한 에너지는 헬륨마저 핵융합 시킨다. 헬륨핵융합에 의해 철과 규소, 탄소와 산소 등의 무거운 원소들을 만들어져 폭발과 함께 우주에 뿌려진다. 아침 안개가 산 아래에 자욱하게 퍼져있듯 이리 저리 흔들리며 입자들이 구름형태의 성운(星雲)으로 우주 공간에 흩어져있다. 그렇게 평온하게 몇 억년이 흘러간다.
어느 날 근처의 또 다른 초신성(들)이 폭발하면서 거대한 충격파와 함께 원소들이 추가되고 평온하던 입자 구름은 크게 흔들린다. 성운의 밀도는 점점 높아지고 흩어져 있는 입자들이 뭉치기 시작한다. 입자들이 뭉치면서 회전운동이 시작되고 성운 입자간의 평형이 깨지며 중력이 힘을 발휘한다. 이 현상을 중력붕괴라 한다. 무작위로 흩어져 있던 입자들이 중력붕괴가 일어난 지점을 향해 도열한다. 기준점이 생긴 것이다. (실제로 우리 태양을 만든 초신성 폭발이 몇 번 있었는지, 만약 여러번 있었다면 서로 다른 폭발들이 어떤 영향을 미쳤는지는 모른다. 글의 흥미를 위해 약간의 상상력을 동원한 것이다. 그러나 우리 태양을 만들기 위해 적어도 한 번은 초신성 폭발이 있었던 것은 확실하다.)
(‘창조의 기둥’이라 명명된 독수리 성운. 저 성운 속에서 태양과 같은 별들이 수없이 만들어진다. 이석영 교수는 닭이 계란을 낳는 것으로 표현하였다. 별 하나 하나가 '뾱', '뾱' 태어난다. 우리 태양도 저런 성운에서 태어났을 것이다)
이제 우리 태양계를 이루려는 성운이 질서를 갖는다. 태양성운의 대부분은 태양에 빨려 들어온다. 태양계에서 태양이 차지하는 질량의 비율은 99%이다. 구성 성분은 빅뱅 때 만들어진 수소와 헬륨이 98%, 초신성 폭발로 새로 만들어진 중원소가 나머지 2%로 지금의 태양과 거의 같다. 원시 태양계가 형성된 것이다.
(은하를 구성하는 원소의 약 98%를 차지하는 수소와 헬륨은 우주가 생긴지 1초~3분 사이의 약 3분 동안에 만들어진 것이고, 헬륨의 일부분과 나머지 원소들은 헬륨핵융합을 통하여 초신성폭발(신성폭발)때 만들어진다.)
입자들이 중심부에 모이면서 회전 속도가 점점 빨라진다. 그 속도에 의해 제멋대로 흩어져있던 입자들이 평편한 원반 층을 만들며 밀도가 커지면서 더욱 잘 뭉쳐진다. 이런 이유로 태양의 8개의 행성과 그를 따르는 위성 그리고 대부분의 소행성과 왜성들은 대체로 하나의 평면을 이루며 태양을 공전한다. 중심부로 수축이 되면서 크기도 상당히 줄어들어 원반의 반지름은 200AU(천문단위. 지구와 태양과의 거리 1억5천만Km가 1AU)정도이다. 원시 태양계는 마치 거대한 토성의 모습이다. 성운물질의 대부분이 모여 있는 태양의 자리인 중앙부는 압력과 밀도가 높아지면서 점점 더 뜨거워져 수소 핵융합이 시작되고 빛과 에너지가 방출된다. 새 별이 탄생한 것이다. 이 별이 태양이다.
(원시 태양과 태양계의 상상도)
태양은 지름이 약 140만Km로 지구의 109 배, 부피는 지구의 130만 배, 질량은 지구보다 약 33만 배 더 무거운 별로, 별들 중엔 비교적 작은 별에 속한다. 별은 크고 무거울수록 밝기는 더 밝은 반면에 수명은 짧아진다. 베텔게우스처럼 태양보다 약 20~30배 정도 무거운 별의 수명은 고작 일천만년이다. 그에 비해 태양의 수명은 약 123억년이다. 이렇게 긴 시간동안 일정한 빛과 에너지를 방출하는 덕분에 지구와 같은 행성에서 긴 시간 생명이 진화하고 마침내는 지적생명체인 인류가 태어나 태양의 역사를 설명할 수 있게 된 것이다.
(별의 질량과 별의 수명과의 관계표. 태양은 아래에서 두번째이고 약 100억년을 산다. 베텔게우스는 위에서 두번째 태양보다 약 20~30배 무거운 별로 약 1,100만년밖에 못 산다. 반면 태양과 같은 별이 수명을 다하면 백색왜성이 되는데 표의 맨 아래 처럼 1조년 이상 우주의 수명과 함께 하게 된다.)
태양은 우리 은하의 중심을 약 3만 광년 거리를 두고, 은하계 북극 방향에서 볼 때 시계 방향으로 약 2억 5천만 년에 1회 돌고 있다. 공전 속도는 초속 217Km, 총알보다 200배 빠르게 우주은하의 공간을 쏜살 같이 날아가는 것이다. 참고로 우리 은하는 약 2,000억 개의 별들과 그 가족을 이끌고 초속 550Km의 속도로 우주를 누비고 다닌다. 우주의 팽창에 의하여 통상 은하와 은하의 사이는 멀어지지만 우리 은하의 바로 이웃 은하인 안드로메다은하는 상대 속도 초속 120Km로 우리 은하에 접근하고 있다. 약 24억년 후 마침내 두 은하는 충돌하기 시작하여 약 30억년 후에는 하나의 은하로 통일될 것이다. 이 때 우리 태양은 어떻게 될까? 정답은 ‘아무 일도 일어나지 않는다.’이다. 같은 은하 내라 하여도 별과 별사이의 거리는 굉장히 멀기 때문에 은하에 별이 두 배로 늘어난다 해도 티도 안 나는 것이다.
(우리 은하와 안드로메다 은하의 충돌 예상도. 마치 큰 일이 날 것 같지만 아무일도 일어나지 않는다.)
원문 ; 2014년 3월 6일
1차 수정 ; 2014년 5월 14일
2차 수정 ; 2014년 10월 28일 성 유다사도 축일에