우주의 생명과 에너지의 원천, 태양
태양은 태양계의 중심에 있으며 지구에서 가장 가까운 항성이다.
우리나라어로는해라고 한다.
지구는 태양을 일정한 궤도로 공전하고 있으며,
그렇기에 지구에서 바라보는 태양은
연중 일정한 궤도를 운행하는 것처럼 보인다.
지구를 비롯하여 다양한 행성과 소행성, 유성,
혜성 등의 천체가 태양을 중심으로 하여 돌고 있다.
또한, 지구를 포함한 모든 행성과
천체에 에너지를 공급하는 근원이다.
이 뜨겁고 밝은 천체는 지구에서
가장 중요하고 직관적으로 이해되는 한편,
여전히 풀리지 않은 많은 미스터리를 품고 있다.
태양의 구조
01. 태양핵
태양핵은 태양의 중심부로, 핵융합 반응이 일어나는 곳이며
태양의 반지름 중심에서 약 20 ~ 25% 거리의 영역이다.
태양의 중심부의 밀도는 물의 150배이며 온도는 13,600,000K이다.
또한 중심핵은 핵융합을 통하여 가능한 감지 수준의 열을 만드는 유일한 장소이다.
태양의 중심에서 반지름의 24% 지점까지
태양 에너지의 99%가 생산되고,
반지름 30% 지점에서 융합 작용은 거의 멈춘다고 볼 수 있다.
30%부터 최외곽까지 나머지 부분은 중심핵과
핵 바로 바깥 층부터 바깥으로 전달되는 에너지로 가열된다.
또한 융합을 통해 만들어진 에너지는 층
여러 개를 통과한 뒤 광구에 도착하며
햇빛 또는 입자들의 운동 에너지 형태로 우주로 달아난다.
이곳에서 수소 원자들이 헬륨 원자로 융합되면서
막대한 에너지를 방출한다.
이러한 태양의 에너지는 이 핵반응 덕분에
약 50억 년 동안 지속될 것이라고 볼 수 있다.
02. 복사층
핵 주위를 둘러싸고 있는 층으로,
에너지가 방출되는 데 오랜 시간이 걸린다.
중심핵의 뜨거운 열을 바깥으로 전달하는 열복사가
일어나기 쉬운 환경이 되게 하려면 태양 반지름 0.25 ~ 0.7배에 해당되는 층에서 태양 내부 물질이 농밀하고 뜨거워져야 한다.
그리하여 에너지는 이 층을 통과하면서
'복사'라는 과정을 거쳐 외부로 전달된다.
03. 대류
태양 표면 가까이에서 대류가 일어나는 곳이다.
표면에서 20만 킬로미터 깊이에 이르는
태양 바깥층에서 태양 플라스마는 밀도가 낮아진다.
때문에 온도가 하락하여 내부 열에너지를 복사를 통해
밖으로 전달하지 못하게 되는데, 이 과정으로
상승류가 뜨거운 물질을 태양의 표면(광구)까지
올려 보내는 열적 대류가 발생한다.
이후, 이동한 물질이 표면에서 식으면
물질들은 대류층 바닥으로 가라앉으며,
복사층 상층부에서 열을 공급받는다.
한 마디로 뜨거운 플라스마가 상승하고
식은 플라즈마가 하강하는 대류 과정으로
에너지를 태양 표면으로 운반한다고 볼 수 있다.
04. 광구
가시광선에 대해 불투명해지는 층 아래 부분에 해당하는 광구는
우리가 맨눈으로 볼 수 없는 태양의 표면이다.
광구보다 고도가 높은 곳에서 가시광선은
우주로 넓고 빠르게 뻗어 나가며
가시광 에너지는 태양을 완전히 탈출한다.
또한 온도는 약 5,500도 섭씨로,
태양의 밝은 빛을 발산한다.
이곳에서 태양 흑점이라고 불리는
어두운 반점들이 나타난다고 보면 된다.
태양의 활동
태양은 항성종족 I에 속하는 중원소가 풍부한 별이다.
이는 천문학 분야에서 ‘금속’ 또는 '중원소'는 수소와 헬륨보다 무거운 모든 원소를 부르는 말이다.
또한 태양은 암석 행성들과는 다르게 확실한 바깥의 경계가 없고 태양의 가스층의 밀도는 중심에서 멀어질수록 기하급수적으로 낮아진다.
한 마디로 가스 온도가 낮아 엄청난 양의 빛을 복사할 수 없는 곳이다. 따라서 태양의 표면은 '맨눈으로 보이는 곳' 까지만을 말한다.
또한 태양은 약 11년을 주기로 활동성이 변하는데,태양 흑점의 수가 늘어나면서 태양 활동은 극대화되며, 이 기간은 "태양 최대기"로 불린다. 이는 지구의 기후, 우주 기상, 인간 활동에도 영향을 미친다.
지구에 미치는 영향
태양은 지구상의 모든 생명체에게 필수적인 에너지를 제공한다.
그러니까, 햇빛은 지구의 주요 에너지원이다.
태양 그리고 지구와의 거리는 평균 약 1억 4960만 km로 1AU이다.
또한 직사광선을 통해 단위 면적에 축적되는
에너지의 양을 '태양 상수'라 하는데,
1 AU의 거리에서 m2당 1368W의 값이 된다.
이러한 에너지는 여러 자연적인 합성을 통해 동력으로 변환될 수 있다.
식물에게 광합성은 햇빛 에너지를 화학 물질(산소와 탄소화합물)로 바꾸며,
지표면을 데우거나 태양 전지를 사용하여 전기로 바뀌기도 한다.
석유를 비롯한 화석 연료는 아주 오래전, 광합성으로 햇빛이 바뀐 것이다.
또한 인간에게 태양의 방사선은 비타민 D 합성을 돕지만,
과도한 노출은 피부 손상 및 건강 문제를 일으킬 수 있다.
따라서 자외선으로부터 적절한 보호가 필요하다.
마지막으로, 태양의 여러 비밀을 밝히기 위해
지속적으로 노력 중인 인류는 태양 탐사선과 위성,
특히 파커 솔라 프로브(Parker Solar Probe)와 같은 임무는
태양 대기와 활동에 대한 귀중한 데이터를 수집한다.
이 연구는 단순히 태양의 이해를 넘어,
우주비행의 안전성과 지구 기상 예측을 개선하는 데
중요한 역할을 할 것으로 전망된다.