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지구의 대부분 생명체들은 모두 태양 에너지에 의존하고 있으며, 인류에게 태양은 매우 소중한 존재다. 태양은 지구에서 가장 가까운 항성이고, 자연이 만들어낸 제일 완벽한 구체라고 할 수 있다.

태양은 태어난 순간부터 지금까지 끊임없이 빛과 열을 방출하고 있다. 지구 100만 배 크기의 이 거대한 항성은 모든 행성들이 공전하는 태양계의 중심이고, 태양계 전체 질량의 무려 99.8%를 차지한다.

우주는 진공인데 태양은 왜 잘 탈 수 있을까?

우리 상식으로는 어떤 것이 연소하기 위해서는 산소가 필요하다. 그러나 우주 공간은 진공이다. 그런데 어째서 태양은 그렇게 지속적으로 탈 수 있는 것일까?

결론부터 말하면, 태양은 불타고 있는 것이 아니다. 활활 타고 있는 것처럼 보이지만, 연소 때문에 빛나고 있는 것은 아니다. 연소는 물질이 산소와 작용해서 열과 빛을 발산하는 현상이다.

이처럼 어떤 것이 연소하는 데에는 산소가 필수적인 요소다. 그러므로 공기가 없으면 연소도 없다. 그런데 태양의 대부분은 수소이고 산소는 거의 없다고 봐도 된다. 극히 적은 양의 산소가 존재하지만 연소에 도움을 줄만한 수준은 아니다.

태양은 연소와는 완전히 다른 원리로 열과 빛을 낸다. 일반적인 가설로 보면, 태양은 핵융합 반응으로 우리가 보는 것처럼 강력한 빛과 열을 내고 있는 것이다.

물질의 구성단위를 원자라고 하며 그 중심부를 원자핵이라고 한다. 원자핵은 과거에는 불변의 단위라고 생각했지만, 여러 연구로 원자핵도 분열과 합성에 의해 다른 원자핵으로 변할 수 있음을 알게 되었다.

수소가 한곳에 모여 절대온도 1,000만 도를 넘는 고온, 고압에 이르면, 4개의 수소 원자핵이 반응하여 한 개의 헬륨 원자핵이 생성된다. 이것이 수소 핵융합 반응이다.

수소 원자핵 4개와 헬륨 원자핵 1개의 중량을 비교하면, 헬륨 쪽이 더 가볍다. 헬륨 원자핵이 생성될 때 조금 가벼워지는 것이다. 이 질량 손실분이 에너지로 전환되며, 이 에너지는 빛과 열로서 방출된다.

태양은 매초 900억 개의 핵폭탄과 같은 에너지를 생산한다. 매우 크고 강력한 원자로라고 할 수 있다. 매초 6억 톤의 수소를 소비하며 약 900억 메가톤의 에너지를 매초 방출한다. (히로시마 핵폭탄은 0.035톤) 앞으로도 최소 50억년 동안은 같은 양의 에너지를 태양은 끊임없이 생산할 것이다.

태양의 대부분은 수소가스이고 이것이 대량으로 집적되어 더 무거워지고 중력에 의해 수축된다. 그리고 이 수축으로 인해 핵 중심부의 압력이 상승하고 온도도 올라가게 된다. 그래서 태양의 중심부에서 수소 핵융합이 일어나게 되는 것이다.

태양빛의 이유인 동시에 수소폭발인 수소 핵융합 반응의 에너지는 연소와는 비교가 되지 않는다. 태양이 46억년 이상 빛나고 있는 것은 핵융합 반응의 에너지가 그만큼 강력하기 때문이다. 만약 태양이 연소에 의해 빛과 열을 방출한다면, 인류가 탄생하기도 전에 이미 모두 타버리고 사라져 버렸을 것이다.

태양뿐만 아니라 다른 주계열성 별들도 이런 수소 핵융합 반응에 의해서 팽창하는 힘과, 별의 질량에 의해 수축하려는 힘이 절묘하게 균형을 이루며 크기와 열량이 안정되어 있는 것이다.

그러나 시간이 지나 적색거성이 되면, 태양이나 별의 질량에 의해 수축하는 힘이 감소하기 때문에 핵융합 반응으로 팽창하는 힘이 더 커지게 된다. 이때는 힘의 균형이 깨지면서 별 전체가 팽창하여 별도 종말을 맞이하게 된다.

우리가 매일 보는 태양이지만 많은 부분이 아직도 미스터리로 남아있기도 하다. 다음은 태양과 관련된 흥미롭고 놀라운 사실들을 종합 정리해보자.

1) 230Km/S의 속도로 여행 중인 태양

지구와 마찬가지로 태양도 끊임없이 이동하고 있다. 초당 230Km의 빠른 속도로 (시속 828,000Km) 은하계를 돌고 있다. 이 사실은 허블 우주 망원경보다 500배나 더 정확하게 천체 간의 거리를 측정할 수 있는 전파 망원경을 사용하여 발견했다.

여기서 흥미로운 점은, 태양계 생성 후 태양은 단지 25번 정도만 은하수를 공전했다는 사실이다. 태양이 은하수를 한 번 공전하려면 15만 광년이나 되는 거리를 이동해야 하는데, 이것은 1회 공전에 2억 2,500만 년이라는 엄청난 시간이 걸리다는 뜻이다.

2) 11년마다 반전되는 태양 자기장

NASA 과학자들은 11년마다 태양이 스스로 자기장을 뒤집어 놓는다고 말한다. 태양의 북극과 남극이 주기적으로 뒤바뀐다는 이야기다.

이 현상은 태양이 최대 활동기에 접어들 때 일어나는데, 이때쯤 태양의 자기장은 점점 약해지고 결국 '0'에 도달하면서 결국 자기장이 뒤집어진다. 이것이 발생하면 태양권(Heliosphere)의 자력의 영향이 명왕성을 넘어 수십억 Km까지 뻗어나가게 된다.

그리고 이 시기의 태양은 자체의 태양 플레어와 태양 흑점이 급증하기도 한다. 아직도 태양의 자기장 반전은 연구가 필요하다는데, 이 현상을 설명하는 몇몇 이론이 있기는 하지만, 정확하게 인정받은 것은 없는 실정이다.

3) 태양은 실제로는 흰색이다?

태양이 노란색, 빨간색 또는 오렌지색으로 잘못 알고 있는 사람들이 많다. 사실 태양은 모든 색상의 혼합체이며, 우주 공간에서 태양을 보면 분명 흰색으로 보인다. 지구에서는 노란색 계통 색으로 보이는 이유는 '레일리 산란 Rayleigh Scattering' 현상 때문이다.

사람의 눈은 가시 스펙트럼 내에서만 색을 인식할 수 있지만, 태양 광선은 전자기 스펙트럼 전체에 걸쳐있다. 우주에는 가시광선 스펙트럼에 속하는 빛을 분산시키는 대기가 없기 때문에 본래의 색인 흰색을 볼 수 있다.

지구에서는 매우 맑은 날 흰 종이를 밖에서 보면 증명해 볼 수 있다. 흰색 종이는 태양빛 아래에서도 흰색으로 보이고, 노란색이나 기타 다른 색으로 보이지는 않는다. 따라서 태양은 근본적으로 흰색이다.

4) 태양은 언젠가 지구를 삼킨다

지구 종말 순간은 몇 가지 시나리오가 있다. 그 시나리오 중의 하나다.

태양의 나이는 46억년으로, 대략 70~80억 년 정도를 더 살 수 있을 것으로 예상된다. 그래서 과학자들은 태양은 아직 젊은 별이라고 판단하고 있다.

태양은 수명이 거의 되어가면 천천히 팽창하며 적색거성이 된다. 이 과정에서 태양은 수성, 금성과 지구를 삼킬 수 있을 만큼 충분히 거대해질 것이다. 이렇게 팽창하면 빛도 3,000배나 더 밝게 빛난다.

지구를 삼키지는 않더라도, 이때쯤 우리가 사는 세상은 이미 사라져버릴 것이다. 태양의 마지막은 결국 백색왜성이 되어 붕괴된다.

5) 태양 중심의 열은 100만 년에 걸쳐 표면에 도달한다

태양으로부터의 열이나 빛은 지구에 도달하는데 불과 8분 20초 밖에 걸리지 않는다. 하지만 태양 중심에서 그 표면까지의 도달은 약 1백만 년이 걸린다고 한다.

태양 코어와 표면 사이의 거리는 70만Km인데, 코어에서 생성된 열 또는 광양자가 빛의 속도로 이동한다면 단 2.3초면 충분하다. 하지만 도달 시간이 길어지는 이유는 태양 내부의 고밀도 물질과의 상호작용 때문이다.

광자는 '무작위 걸음 Random Walk'의 과정을 거치면서 태양 안을 휘젓고 이동하는데, 고밀도 물질 때문에 멀리 그리고 빨리 이동할 수 없기 때문이다. 이들은 원자와 충돌하고 흡수된 뒤, 다시 임의의 방향으로 방출되는 과정을 겪는다. (실제 상황은 확인 불가이고, 단지 수학적 가설임.)

6) 우주 토네이도가 태양을 강화한다

우주 토네이도는 태양 표면에서 발생되는 강력한 태양폭풍이다. 지구에서 발생하는 토네이도와 비슷한 모양이지만 수천 배나 더 크고 위력적이다. 섭씨 수백만 도의 온도를 유지하면서 시간당 약 9,600Km의 속도로 회전하며, 강력한 자성도 띠고 있다.

하나의 토네이도 크기는 1,600Km의 길이와 160Km의 높이까지 뻗어나간다. 그리고 시기와 장소를 가리지 않고 약 11,000개의 토네이도가 태양 표면에서 끊임없이 발생되고 있다. 이것들은 태양 아래에 있는 에너지를 표면으로 운반하는 역할도 하는데, 에너지는 전자기파(Magnetic Wave)의 형태로 전달된다고 한다.

과학자들은 만약 이 자기화된 플라스마의 에너지 전달 과정을 정확히 이해할 수 있다면, 인류는 더 자유롭고 깨끗한 에너지 생산 기술을 얻을 수 있을 것으로 보고 있다.

출처 : <랭킹모아> <무한검색채널> <라이브어라이브>