태양계

 

 

태양계 란?

 

태양계는 태양과 그것의 주위를 도는 물체가 중력적으로 결합된 시스템을 말합니다. 태양계에서 가장 큰 천체는 당연하게도 태양이며, 그 외 8개의 행성이 있습니다. 수성, 금성, 지구, 화성 이렇게 4개의 지구형 행성과 목성, 토성 2개의 가스 거인 행성, 천왕성, 해왕성 2개는 얼음 거인 행성이 있습니다. 지구형 행성은 표면이 뚜렷하며 대부분 암석과 금속으로 이루어져 있습니다. 거대한 가스 거인 행성은 수소와 헬륨으로 구성되어 있고, 얼음 거인 행성은 물, 암모니아, 메탄 등의 휘발성 물질로 이루어져 있습니다.  지구형 행성을 내태양계 행성, 거인 행성들을 외태양계 행성이라고 부르기도 합니다.

 

 

태양계는 46억 년 전 엄청나게 큰 성간분자운이 중력 붕괴하면서 형성되었습니다. 시간의 흐름에 따라 구름은 태양과 행성이나 다른 천체들을 형성하기 위해 서서히 합체되어 원시 행성 원반을 만들었습니다. 태양계 8개의 행성 모두가 같은 평면에 가까운 궤도를 가지고 있는 이유입니다. 현재 태양계 질량의 99% 가까이는 태양에 있고, 나머지 질량의 대부분은 목성에 포함되어 있습니다. 그리고 모든 거대한 행성과 몇몇 작은 천체들은 얼음, 먼지, 때로는 작은 위성으로 구성된 행성 고리에 둘러싸여 있습니다.

 

태양 주위에는 태양을 선회하는 작은 소행성이나 무수한 작은 천체들이 존재합니다. 이것들은 화성과 목성 궤도, 카이퍼 벨트 사이에 있는 소행성대에 퍼져 있습니다. 천문학자들 사이에서는 소행성 세레스, 카이퍼 벨트에 있는 천체 명왕성, 오르코스, 하우메아, 쿼알, 마케마케와 같은 9개의 천체를 왜소 행성으로 취급하는 것에 동의하고 있습니다. 혜성, 켄타우소르, 행성 간 먼지 구름을 포함한 많은 소행성 집단은 태양계 영역 사이를 자유롭게 이동합니다.

 

태양풍은 태양에서 밖으로 흐르는 하전 입자의 흐름이며, 태양권으로 알려진 기포와 같은 영역을 만듭니다. 태양권계면은 태양풍의 압력이 성간 매질의 반대 압력과 같은 지점이며, 산란 원반의 가장자리까지 뻗어 있습니다. 장 주기 혜성의 근원이라고 생각되는 오르트 구름은 헬리오스피어의 약 1000 배 떨어진 곳에도 존재할 수 있습니다.

 

 

 

태양계의 형성과 진화

 

태양계는 45억 68000만 년 전 거대한 분자운 내 영역의 중력 붕괴로부터 형성되었습니다. 이 첫 번째 구름은 아마 수 광년에 걸쳐 존재했을 것이고 아마도 여기에서 몇몇의 별의 탄생했을 것입니다. 전형적인 분자운처럼 이 구름은 수소와 헬륨과 소량의 무거운 원소가 이전 세대의 항성들에 의해 융합되어 있었습니다. 태양계 성운으로 알려진 태양계가 될 수 있었던 지역이 붕괴되었기 때문에, 각 운동량의 보존으로 인해 그 첫 번째 구름은 더 빠르게 회전했습니다. 대부분의 질량이 모인 중심부는 주변 원반보다 점점 뜨거워졌습니다. 수축하는 성운이 더 빠르게 회전함에 따라, 그것은 약 200 AU(천문단위)의 직경을 가진 원시 행성 원반으로 평탄화되기 시작했습니다. 이곳의 중심에는 뜨겁고 밀도가 높은 원시성이 있습니다. 원시 행성 원반의 강착으로 인해 형성된 행성은 티끌과 가스가 중력으로 서로를 끌어당겨 더 큰 몸집을 형성하기 위해 합체합니다. 초기 태양계에는 수백 개의 원시 행성이 존재했을지도 모르지만, 그것들은 행성, 왜소 행성 및 나머지 작은 천체들을 남기고 합병 혹은 파괴, 방출되었습니다.

 

끓는점이 높기 때문에, 태양에 가까운 내부 태양계에는 금속과 규산염만이 고체 형태로 존재할 수 있으며, 이들은 최종적으로 수성, 금성, 지구, 화성의 암석 행성을 형성합니다. 금속 원소는 태양 성운의 극히 일부밖에 포함되어 있지 않았기 때문에 지구형 행성들은 그다지 크게 성장할 수 없었습니다. 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 거대 행성은 화성과 목성 궤도 사이에 서리선을 넘어 더욱 바깥쪽에 형성되며, 그곳에서 물질은 휘발성 얼음 화합물을 고체로 유지하기에 충분히 춥습니다. 이들 행성을 형성한 얼음은 지구형 행성들을 형성하는 금속이나, 규산염보다 풍부하기 때문에 가장 가볍고 풍부한 원소인 수소와 헬륨의 큰 대기를 포획해 놓을 수 있을 정도로 거대하게 성장할 수 있었습니다. 행성이 되지 않은 잔해들은 소행성대, 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등의 지역에 모여있습니다.

 

5000만 년 이내에 원시성의 중심에 있는 수소의 압력과 밀도는 원시성이 열핵융합을 시작하기에 충분해졌습니다. 유체 정역학적 평형이 달성될 때까지 온도, 반응 속도, 압력, 밀도는 증가했습니다. 이 시점에서 태양은 주계열성이 되었습니다.

 

주계열성은 약 100억 년 지속되지만, 그 이외의 나머지 부분은 약 20억 년 지속됩니다. 태양으로부터의 태양풍은 태양권을 만들어냈고, 원시 행성계 원반에서 남은 가스와 먼지를 성간 공간으로 밀어냈습니다. 헬륨이 그 중심부터 축적됨에 따라 태양은 밝아지고 있으며, 주계열성의 초기 밝기는 현재의 70% 였습니다.

 

태양계는 태양 중심부에 있는 수소가 헬륨으로 완전히 변환될 때까지 현재 알려진 것과 같이 유지될 것이고, 이는 대략 50억 년 후에 발생할 것입니다. 이것은 태양의 주계열성으로의 수명의 종말을 의미합니다. 이때 태양의 중심은 비활성 헬륨을 둘러싼 껍질을 따라 발생하는 수소 핵융합과 수축하며 에너지 출력은 현재보다 커집니다. 태양의 외층은 현재 직경의 약 260배까지 확대되고 태양은 적색 거성이 됩니다. 적색 거성이 되면 표면적이 증가하기 때문에, 태양의 표면은 주계열성으로 있을 때보다 시원할 것입니다.

 

팽창하는 태양은 금성과 마찬가지로 수은을 증발시켜 지구를 생명체가 거주할 수 없게 만들고, 아마도 결국에는 지구를 파괴할 것으로 예상됩니다. 최종적으로 태양의 중심은 헬륨 핵융합을 하기에 충분한 열을 갖게 됩니다. 태양은 중심 내 수소를 연소하는 시간의 일정 부분은 헬륨을 연소할 것입니다. 태양은 무거운 원소의 융합을 시작하기에 충분한 크기가 아니며 중심에서의 핵반응은 감소할 것입니다. 그 외층은 태양의 원래 질량의 절반이지만 지구 크기인 밀도가 높은 흰색 왜성을 우주로 방출할 것입니다. 방출된 외층은 행성상 성운으로 알려진 것을 형성하고, 태양을 형성한 물질의 일부를 성간물질로 되돌립니다.