태양의 나이와 수명
・태양의 나이
태양이 탄생한 것은 약 46억 년 전입니다. 나이로 따지면 46억 세가 됩니다. 태양은 우주에 떠다니는 가스가 모여들어서 생성되었습니다. 우주 공간에서는 별과 별 사이에 수소 등의 가스와 먼지가 많이 모인 지역이 있습니다. 이렇게 모인 가스나 티끌은 인력에 의해 회전하면서 움츠러들고, 결국 평평한 원반과 같은 형태가 됩니다. 중심에는 가장 무거운 덩어리가 형성되고 주위에는 얇은 가스와 먼지로 된 원반이 생성됩니다. 이 중심 덩어리가 태양의 근원이 됩니다. 중심 덩어리는 큰 열과 압력을 받아 모인 수소 가스에 불이 붙어 빛을 발하게 됩니다. 이렇게 해서 빛나는 태양이 탄생했습니다. 우주 공간에는 많은 별들이 반짝이고 있습니다. 스스로 빛을 내는 별을 '항성'이라고 부르는데, 태양도 항성의 동료입니다. 태양은 수소 가스를 연료로 삼아 쉬지 않고 계속 타오르고 있습니다.
・태양의 수명
태양에도 수명이 존재합니다. 태양의 수명은 100억 년으로 추정됩니다. 현재 태양은 46억 세이기 때문에 대략 50억 년 후에 수명을 다할 것으로 계산됩니다. 태양이 수명을 다하는 시점은 연료로 사용되는 수소 가스가 고갈되었을 때입니다. 태양이 빛나고 있는 것은 수소 가스를 연료로 사용하여 계속해서 타오르고 있기 때문입니다. 그러나 수소가 감소하면 불타는 힘이 점점 감소합니다. 불타는 힘이 약해지면 그동안 유지되던 에너지 균형이 깨지기 시작합니다. 태양의 온도는 낮아지고, 반면에 부피는 계속 커져갑니다. 커지고 팽창한 태양 표면에서는 가스가 방출되면서 핵 부분만이 남게 됩니다. 50억 년 후, 태양은 차가워지고 작고 어두운 별이 될 것으로 예상됩니다.
・태양 속에서는 무슨 일이 일어나고 있는가?
태양은 거대한 가스 별입니다. 대부분 수소 가스로 이루어져 있으며, 그 직경은 지구의 109배에 달합니다. 태양 속에서는 수소 가스가 불타서 열과 빛을 내고 있습니다. 굉장히 고온이며 표면 온도는 6000도, 중심 온도는 1500만도에 달합니다. 철을 녹이는 용광로도 1500도 정도이기 때문에 태양에서는 철이 녹는 것은 물론이고 순식간에 가스가 되어 버립니다. 불타고 있지만 모닥불처럼 직접 불을 붙여 태우는 것은 아닙니다. 태양 속에서는 '핵융합'이라는 반응이 잇따라 일어나 엄청난 열과 빛을 만들어냅니다. 태양 속에서는 수소 알갱이(원자)가 엄청난 속도로 날아다니고 있습니다. 그 속도는 1초에 800km에 달합니다. 날아다니는 수소끼리 부딪쳤을 때에는 엄청난 양의 열과 빛이 발생합니다. 수소 1톤의 핵융합 반응으로 나오는 에너지는 석유 2000만 톤을 태웠을 때와 비슷하다고 합니다. 이것이 핵융합 반응입니다. 태양은 모든 방향으로 에너지를 방출하고 있기 때문에 지구에 도달하는 것은 극히 일부, 불과 22억분의 1에 불과합니다. 그럼에도 불구하고 지구에 닿는 태양 에너지는 전 세계에서 1년 동안 사용되는 전기나 연료와 같은 양으로 알려져 있습니다. 태양 에너지가 얼마나 큰지 알 수 있습니다.
하지만 태양은 가스로 이루어져 있는데, 왜 가스가 튀지 않고 유지되어 있을까요? 이것은 지구의 28배나 되는 인력에 의해 가스가 끌려가고 있기 때문입니다. 반대로 이 강한 인력에 의해 찌그러지지 않는 것은 중심부가 매우 고온이기 때문에 중심부의 가스가 팽창하려고 하는 힘이 균형을 이루고 있기 때문입니다. 이렇게 중심으로 당겨지는 힘과 팽창하는 힘이 딱 맞아 떨어져 가스로 된 태양이 별의 모습을 유지할 수 있는 것입니다.
・수명이 다한 태양 속에서 일어날 수 있는 일
태양의 수명은 앞으로 50억 년이라고 설명했는데, 여기서는 더 자세히 수명이 다된 태양에서 어떤 일이 일어나는지 설명하겠습니다. 수소는 핵융합 반응을 통해 에너지를 생성하는데, 이 반응으로 수소 원자는 헬륨이라는 가스의 원자로 대체됩니다. 태양에서 핵융합 반응이 진행되면 중심에 헬륨이 계속 쌓여 태양은 점점 팽창합니다. 이런 상태의 별을 적색 거성이라하며, 그 무렵의 태양은 현재 크기의 200배에 달합니다. 태양이 팽창하는 동안 표면 온도는 계속해서 하락합니다. 시간이 지나면 계속된 팽창으로 태양 표면에서 가스가 떨어져 나가 태양 주위를 가스가 둘러싸고 있는 '행성 성운'이 형성됩니다. 가스는 이후 우주 공간으로 흩어지고, 마지막에는 가운데 핵 부분만 남아 백색왜성이라는 형태가 됩니다. 백색왜성은 지구 정도의 크기로 어느 정도의 시간 동안 여열에 의해 하얗게 빛나다가 이후 식어 빛을 잃고 흑색왜성이 될 것으로 예측됩니다. 이로써 태양의 수명이 종료됩니다.
그러나 모든 항성이 태양과 같은 종말을 맞이하는 것은 아닙니다. 태양보다 무거운 별은 수명을 다하면 적색 거성보다 큰 적색 초거성이 되어 최종적으로 초신성 폭발을 일으킵니다. 초신성 폭발로 인해 가스는 흩어지고 별은 유난히 밝게 빛납니다. 흩어진 가스는 우주 공간을 휩쓸고 다시 별의 원료가 됩니다. 초신성 폭발 후의 모습은 무게에 따라 다양한데, 태양의 30배 이상 무게의 별은 주변의 물체를 삼켜버리는 블랙홀이 됩니다. 태양의 8배 정도 무게의 별은 중성자별(펄서)로 변합니다. 중성자별은 직경 10킬로미터 정도의 몸집에 태양과 같은 무게를 가진 별로 맥박이 뛰는 전파(펄스)를 방출합니다.
・태양과 지구의 관계
태양 주위에는 많은 별들이 빙글빙글 원을 그리듯 돌고 있습니다. 이 공간을 태양계라고 하는데, 지구도 태양계 중 하나의 별입니다. 지구는 태양으로부터 1억 5000만 킬로미터 거리에 있습니다. 지구는 1년에 걸쳐 태양 주위를 한 바퀴 돌아요. 돌면서 지구 자신도 하루에 한 바퀴 돌아요. 태양을 향하고 있는 쪽은 낮이 되고 반대쪽은 밤이 됩니다. 지구가 태양을 도는 동안 회전하는 축은 조금 기울어져 있습니다. 이 때문에 태양을 도는 도중에 태양 쪽으로 기울거나 반대쪽으로 치우쳐서 햇빛이 비치는 방법이 달라집니다. 여름에는 강한 빛이 장시간 쬐고 겨울에는 약한 빛이 짧은 시간 밖에 쬐지 않습니다. 이렇게 낮과 밤이 있거나 계절이 있는 것은 지구와 태양의 위치가 관계되어 있습니다. 또한 태양빛은 식물을 키웁니다. 지구상에 산소가 있는 것은 식물 덕분이지만 식물이 산소를 만드는 것은 태양 덕분입니다. 지구상의 모든 생명은 태양 덕분에 살고 있다고 할 수 있습니다.
・태양의 종말
태양의 종말을 맞이하는 것은 연료가 되는 수소가 없어질 때입니다. 핵융합 반응한 수소는 헬륨으로 바뀝니다. 태양에서 수소가 계속 타게 되면 수소가 줄어드는 대신 헬륨이 늘어나게 됩니다. 헬륨은 태양의 중심에 계속 쌓이고 태양은 점점 팽창해 갑니다. 점점 팽창하는 태양은 결국 지금의 200배 크기가 됩니다. 태양계에 있는 수성이나 금성을 연달아 삼켜 지구도 삼켜 버립니다. 하지만 그렇게 되기 전에 지구상에 큰 변화가 찾아옵니다. 태양은 수명을 맞이할 때까지의 사이에도 조금씩이지만 크고 밝아집니다. 태양이 지금의 두 배 밝기가 될 무렵에는 강렬한 열과 빛으로 지구상의 공기도 바다도 완전히 말라버릴 것입니다.
