태양계의 형성과 진화

태양

태양계의 형성과 진화 이론

태양계의 형성과 진화 이론은 태양계의 탄생에서 죽음에 이르는 일련의 과정을 연구해 그 과정을 이론으로 정립한 것이다. 이 이론은 시대의 흐름에 따라 발전해 왔으며, 천문학 및 물리학에서부터 지질학 및 행성과학 끼지 여러 학문 영역을 종합시켜 주는 구실을 했다. 태양계 생성 이른 은 수세기에 걸쳐 발전했지만 근대적 이론의 틀을 갖춘 것은 18세기 이르러서였다.

 

1950년대에 우주 시대가 열리고 1990년대 중반 이후 외계 행성이 본격적으로 발견되면서 태양계의 생성과 소멸에 대한 기존 이론들은 도전을 받음과 동시에 더욱 다듬어지게 된다. 지구로 전송된 바깥 세계에 대한 정보 덕분에 사람들은 태양계에 대해 더욱더 많은 것을 알게 되었다. 동시게 핵물리학의 발전은 항성에 대한 지식을 증진시켰고, 항성의 탄생 및 궁극적 최후에 대한 이론 수립에 이바지하게 된다.

 

헤아릴 수 없을 정도로 많은 항성 중에서 대부분은 태양처럼 행성을 거느린 것으로 여겨지고 있으므로, 태양계의 성인이 보통 항성의 경우와 다르다고는 생각되지 않는다. 태양계는 지금으로부터 약 46억 년 전  거대한 분자 구름의 일부분이 중력 붕괴를 일으키면서 형성되었다.

 

붕괴한 질량 대부분은 중앙부에 집중되어 태양을 진화하였다. 이상의 가설은 성운 모형으로 가장 널리 받아들여진 내양계 생성 이론이며, 18세기에 에마누엘 스베덴보리를 비롯하여 이마누엘 칸트, 피에르시몽 라플라스가 개발했다.

 

태양계는 처음 태어났을 때부터 격렬하게 진화했다. 많은 위성은 자신들의 어머니 행성 주위에 형성되어 있던 가스 물질과 먼지에서 생겨났다. 반면 일부 위성들은 행서의 중력에 이끌려 포획되거나 또는 천체끼리의 충돌로 생긴 파편이 뭉쳐서 생겨났다(지구의 달이 이런 사례라고 추측하고 있다). 천체끼리의 충돌은 오늘날까지도 꾸준히 이어지는 현상이며, 태양계의 진화에서 중요한 부분을 차지한다. 행성들의 궤도는 안쪽 또는 바깥쪽으로 바뀌며, 행성들끼리 서로 위치를 바꾸기도 한다. 이러한 행성의 "이주"현상은 태양계 초기지화 때 발생한 것으로 추측하고 있다.

 

사람의 일생과 같이, 태양계의 구성원들도 결국은 죽는다. 약 64억 년 후 태양의 표면 온도는 내려가며 부피는 크게 확장된다. 78억 년 후 태양은 자신의 외곽 층을 행성상 성운의 형태로 날려 보내며 백색 왜성으로 알력진 별의 시체를 남긴다. 행성 역시 태양과 같은 길을 걷게 된다. 머나먼 미래에 태양 주변을 지나가는 항성의 중력 때문에 서서히 행성의 궤도는 망가지게 된다. 행성 중 일분은 파멸을 맞게 될 것이며, 나머지는 우주 공간으로 내팽개쳐질 것이다. 결국, 수조 년이 흐르면, 태양은 자신을 공전하는 천체들을 모두 읽어버리고 홀로 남게 될 것이다.

 

 

역사

세계의 탄생 및 멸망에 관한 이론은 매우 오래된 문헌에서도 발견된다. 그러나 오랜 시간 인류는 이러한 생멸 이론을 태양계에 접목할 생각을 하지 못했다. 그 이유는 우리가 현재 익숙하게 태양계라고 부르는 체계는 과거 사람들 에기 알려지지 않는 개념이었기 때문이다. 태양계의 생성 및 진화에 대한 첫 번째 고찰은 태양 중심설(지동설)로, 태양을 중심으로 지구를 포함한 생성들이 그 주위를 돌고 있다는 이론이었다. 이 개념은 그것이 생겨난 뒤로 거의 청 년 동안 ㅣ무시되어 오다가 17세기말에 이르러서야 폭넓게 받아들여진다. 태양계라는 표현이 처음 등장한 때는 1704년으로 거슬러 올라간다.

 

현재 천문학계에서 인정받는 성운설은 18세기 이 이름을 에마누엘 스베덴보리와 이마누엘 칸트, 피에르시몽 라플라스가 주장한 이래로 배척 반박을 받아 왔다. 성운설이 무시되었던 가장 큰 이유는 태양의 각운동량이 행성들의 그것과 비교할 때 너무 작기 때문이었다. 그러나 1980년대 초부터 어린 별들을 관측한 결과 이들이 먼지와 가스로 이루어진 차가운 원반에 둘러싸여 있음을 알게 되었다. 이는 성운설이 주장하는 내용과 일치하였고, 성운설은 신빙성 있는 이론으로 재조명을 받게 되었다.

 

태양이 어떻게 진화할지는 연구하는 과정에서 태양이 어떻게 에너지를 만들어 내는지를 이해하게 되었다. 어서 스탠리 에딩턴은 알베르트 아인슈타인의 상대성이론에 따리, 태양의 중심핵에서 생기는 핵융합 작용에서 복사 에너지가 발생함을 증명하였다. 1935년 에딩턴은 한발 더 나아가 여러 원소가 항성의 내부에서 만들어진다고 주장했다. 포일 경은 적색거성으로 블리는, 죽어가는 항성의 내부에서 헬륨보다 무거운 모든 원소가 만들어졌음을 제시함으로써 에딩턴의 주장을 보강했다. 적색 거성은 자신이 지니고 있던 물질을 우주로 분출하는데, 이 원소들은 다른 항성계를 구성하는데 재활용된다.

 

 

성운 이론

성운 이론은 현재의 태양계 형성 이론으로 에마누엘 스베덴보리가 1734년 제시한 학설이며, 이후 1755년 이마누엘 칸트가 보충하고 범위를 확장시켰다. 1796년 피에르시몽 라플라스가 유사한 이론을 독자적으로 수립했다.

 

성운 이론에 따르면 태양계는 폭이 수 광년에 이르는 분자 구름의 일부분이 중력 붕괴를 일으켜 생겨났다. 2000년대 초까지만 해도 태양은 홀로 태어난다고 알려져 왔다. 그러나 최근 태양계 생성 초기부터 존재했던 운석의 성분을 조사한 결과 철-60과 같이 초신성 폭발을 통해서만 생길 수 있는 동위 원손의 흔적이 발견되었다.

 

이는 태양이 생겨난 곳 근처에 초신성이 여럿 있었음 의미한다. 이들 초신성에서 나온 충격파는 태양 성운 밀도를 증가시켰고, 중력붕괴를 일으켰다. 오직 무겁고 금방 죽는 별만이 초신성으로 최후를 맞기 때문에, 태양은 오리온성운처럼 무거운 별들을 생산해 내느냐 상성 생성 장소에서 형성되었음이 틀림없다.

 

이중력 붕괴가 일어난 부분 이 태양으로 되었을 것이다. 전태양 성운의 지름은 7천~2만 천문단위였으며 총질량은 태양의 1.001배 1.1배였다. 구성 성분 은 수소와 헬륨(빅뱅 때부터 존재한 원소)이 98퍼센트, 중원소(최초 별들이 죽음을 맞으면서 우주 공간에 분출한 원소들)가 나머지 2퍼센트로 지금 태양과 거의 갔았다.