태양계는 우리가 알고 있는 것처럼 단순히 행성들로만 구성된 것이 아닙니다. 태양계의 천체는 무수히 많은 동반자들과 함께 형성되어 있으며, 그들은 태양을 중심으로 다양한 궤도를 돌고 있습니다. 이 기사에서는 태양계의 소행성, 혜성, 유성체와 같은 작은 천체들에 대해 살펴보겠습니다. 또한 태양의 기본 정보와 성층 구조를 통해 태양이 어떻게 작용하는지, 그리고 그 에너지가 우리 지구에 미치는 영향에 대해서도 논의할 것입니다. 태양계의 다양성과 태양의 독특한 성질을 통해 우주에 대한 새로운 이해를 넓혀 보겠습니다.
목차
1. 태양계의 무수한 동반자
1) 태양계 내 소행성, 혜성 및 유성체
태양계의 천체는 행성들과 그 위성들만이 아닌 것입니다. 수천 개의 작은 천체들이 태양 주위를 돌고 있습니다. 소행성, 혜성 같은 것들도 있으며, 그 밖에 유성체라 불리는 작은 천체들의 무리도 존재하고 있습니다.
화성과 목성 사이의 소행성들 무수한 소행성들이 분명 몇 만 개는 될 것이라고 추정됩니다. 돌고 있는데, 특히 화성과 목성의 궤도 사이에 몰려 있는 것입니다. 세레스(Ceres)의 지름은 934킬로미터, 팔라스(Pallas)는 526킬로미터, 베스타(Vesta)는 510킬로미터 등으로 상당히 크며, 지름이 100킬로미터가 넘는 소행성도 34개나 됩니다. 어떤 소행성의 궤도가 어느 정도 정확히 알려지면 이름과 번호를 부여받게 되는데, 1976년에는 2000번째 소행성이 발견되었습니다. 그 후 관측 기술이 가속적으로 발전함에 따라 2001년에는 2만 번째 소행성이 발견된 것입니다.
행성들과는 달리 소행성들은 모양이 매우 불규칙하다고 알려져 있습니다. 표면에서는 어떤 지질 변화도 관찰되지 않았으며, 태양계가 형성된 이래 거의 변하지 않은 것으로 생각되고 있습니다. 그러므로 태양계의 기원에 관해 귀한 정보를 담고 있을 수도 있다고 보고 있습니다. 태양계가 형성된 직후에는 행성과 위성이 소행성과 충돌하는 일이 매우 잦았으나, 차츰 그 빈도가 줄어들었다고 합니다. 행성들이 생겨난 후 그런 충돌이 일어난 빈도는 월석에 남겨진 연대들을 통해 추정될 수 있습니다.
수성과 화성은 달처럼 대기가 없거나 희박하여, 표면에 운석 구덩이가 수천 개나 있는 것입니다. 반면 금성의 경우는 대기가 작은 소행성들에 대해 완충작용을 했기 때문에, 지름 2킬로미터 이하의 운석 구덩이를 찾아볼 수 없다고 알려져 있습니다. 작은 소행성들은 금성의 대기를 지나는 동안 다 타버린 것입니다.
지구도 과거에는 상당한 크기의 소행성들과 충돌한 흔적이 있으나, 그 대부분은 사라져버렸습니다. 가장 유명한 충돌은 아마도 6500만 년 전 공룡의 멸종을 가져왔을 것으로 추정되는 충돌일 것입니다. 이 소행성과의 충돌로 인해 생겨난 운석 구덩이 – 지름이 수십 킬로미터에 달했을 것입니다 – 는 멕시코의 유카탄 반도에서 발견된 것입니다. 해저 지형도가 보여주는 바로는 바다와 땅 사이에 걸쳐져 있습니다.
2003년의 시추 작업 결과, 이 운석의 파편들을 발견할 수 있었다고 합니다. 좀 더 오래되고 좀 더 중요한 충돌의 흔적은 약 35억 년 전으로 거슬러 올라가는데, 이것은 2002년 운석이 우주 공간에 떠돌던 작은 유성체가 대기권 안으로 진입하여 다 타지 못하고 지표면으로 떨어진 것입니다. 미국 연구팀에 의해 발견된 결과입니다. 이 운석은 적어도 지름이 20킬로미터는 되었을 것이며, 그 충격으로 인해 전에는 하나의 대륙이었던 아프리카와 오세아니아 대륙이 쪼개졌을 것으로 추정되고 있습니다.
최근에 생긴 것으로는 애리조나의 운석 구덩이가 있습니다. 지름 1.2킬로미터, 깊이 200미터인 이 운석 구덩이는 약 5만 년 전에 지름이 50여 미터 되는 운석이 떨어져서 생겨난 것입니다. 오늘날에도 우주 공간으로부터 수많은 물체들이 떨어져 지구의 대기를 통과하고 있다고 알려져 있습니다. 유성들뿐 아니라 미세 유성들까지 더하면 매년 지구상에 떨어지는 외계 물체는 약 2만 톤에 달하는 것으로 추정됩니다.
2) 카이퍼-에지워스 벨트
태양계의 형성을 연구하던 두 명의 연구자는 태양계가 명왕성에서 끝난다는 것이 이상하다고 생각했습니다. 그들은 해왕성 궤도 내지 그 바깥에서는 다른 천체들이 태양 주위를 돌고 있으리라는 가설을 세운 것입니다. 이 시대의 관측 도구들로는 이런 가설을 증명할 수가 없었다고 알려져 있습니다. 1992년에 이런 천체 중 첫 번째 예를 발견했고, 그 이후로는 수백 개가 기록되고 있습니다.
이런 천체들은 띠 모양을 이루고 있는데, 이 띠는 연구자의 이름을 따서 ‘카이퍼-에지워스 벨트(Kuiper-Edgeworth belt)’라고 부르고 있습니다. 이들은 제각기 독자적인 연구로 이런 소행성들의 존재를 예견했습니다. 납작한 형태의 이 띠는 30~110 천문단위 사이에 퍼져 있으며, 10킬로미터 이상 되는 크기의 천체 수백만 개를 포함하고 있을 것으로 추정되고 있습니다. 많은 과학자들이 명왕성과 그 위성, 해왕성의 위성인 트리톤 같은 것들은 카이퍼-에지워스 벨트에서 떨어져 나온 것으로 생각하고 있으며, 이 띠의 수많은 천체들은 혜성의 유형에 속하는 것으로 보입니다.
3) 혜성과 오르트 구름
혜성들은 대체로 지름이 몇 킬로미터 정도인 작은 천체로, 얼음과 암석으로 된 핵을 가지고 있다고 알려져 있습니다. 이런 천체들은 3만~5만 천문단위 사이의 아주 긴 타원이나 쌍곡선을 그린다고 합니다.
혜성들은 태양에서 멀리 있을 때는 핵밖에 없지만 태양 근처로 가면 표면 온도가 올라가면서 핵을 구성하는 얼음이 녹아 먼지와 가스를 분출하게 됩니다. 그래서 혜성이 지나갈 때면 두 갈래 빛나는 ‘꼬리’를 끄는 장관이 연출되는 것입니다. 첫 번째 꼬리는 먼지가 태양 빛을 분산시키기 때문인데, 태양에서 방출되는 전하를 띤 입자들로 구성되는 이른바 태양풍의 효과에 따라 휘어진다고 알려져 있습니다. 두 번째 꼬리는 이온화된 가스로 이루어져 있으며, 태양 복사 때문에 형광성을 띠게 됩니다.
긴 주기를 가진 혜성들은 이른바 오르트 구름에서 오는 것으로 여겨졌습니다. 네덜란드의 천문학자 얀 헨드릭 오르트(Jan Hendrik Oort, 1900~1992)는 모든 혜성이 태양계의 가장 바깥쪽에 존재한다고 보았으며, 오르트 구름은 태양으로부터 약 3만~10만 천문단위 사이에 위치하는 둥근 띠 모양의 영역으로부터 나오는 것이라고 보았습니다. 혜성들은 태양계 형성 초기에 만들어졌으며 그 당시의 자료들을 그대로 보존하고 있으므로, 혜성을 연구함으로써 본래의 행성간 공간에 대해서나 별의 생성 및 진화 기제에 대한 실마리를 얻을 수 있는 것입니다. 게다가 지난 30년 사이에 핵 표면과 혜성 먼지 속에 존재하는 유기 복합물들은 지구상 생명체의 기원에 참여했을 수도 있는, 행성 간 공간 속에서 발견되는 수많은 분자들과도 비슷하다는 사실이 알려졌습니다.
2. 태양계의 태양
1) 태양계의 중심, 태양의 기본 정보
태양은 우주에 있는 무수한 별 중 하나인 것입니다. 그것은 우리가 가장 잘 알며, 지구상의 모든 생명체에게 영향을 미치는 별이기도 합니다. 태양은 적도 지름이 139만 2000킬로미터나 되는 거대한 구체로 수소와 헬륨으로 이루어져 있으며, 평균 밀도는 1.4g/cm², 질량은 지구의 약 33만 배입니다. 표면 온도는 섭씨 5770도밖에 안 되지만, 핵반응이 일어나고 있는 중심의 온도는 1500만 도에 달하는 것입니다. 태양은 차등 자전을 하는데, 적도의 자전 주기는 25일이라고 알려져 있습니다.
2) 성층 구조
태양은 여러 층이 중심의 핵을 싸고 있는 형태로 이루어져 있는 것입니다. 중심핵은 지름이 14만 킬로미터가량 되는데, 수소가 헬륨으로 분열하는 핵반응이 일어나면서 엄청난 태양 복사 에너지가 생성되는 곳입니다. 이 에너지는 복사층을 통과해 복사되면서 흡수되고 전달되는데, 이 복사층이 태양 지름의 3분의 2 정도를 차지한다고 합니다.
3) 태양의 자전과 대기
표면 쪽으로 다가가면 대류 운동이 일어난다고 알려져 있습니다. 이것은 일종의 거대한 알갱이들인 대류 세포들로 이루어진 층인데, 두께가 약 400킬로미터가량 되는 가스층인 광구를 통해 그 꼭대기들에서 태양빛이 직접 밖으로 방출되는 것입니다.
흑점도 광구를 통해 관찰할 수 있습니다. 태양의 흑점은 이미 고대의 중국인들과 그리스인들에 의해 관찰되었던 것입니다. 그것이 어둡게 보이는 이유는 주위 표면의 온도보다 1000~1500도 정도 낮기 때문이라고 알려져 있습니다. 태양은 약 1만 킬로미터 두께의 아주 희박한 대기층에 싸여 있습니다. 이것을 채층(彩層)이라 하며, 채층의 아랫부분에서 폭발이 일어날 때마다 갑자기 밝아진다고 합니다.
태양 대기의 맨 바깥 부분을 코로나라고 하는데, 밀도와 압력이 아주 작으며, 1제곱센티미터당 입자 수가 수천 개 정도입니다. 코로나의 가장 큰 특징은 온도가 매우 높다는 것입니다. 태양 표면에서 약 100만 킬로미터 되는 곳에서는 150만 도에 달하는 것으로 알려져 있습니다.
이런 온도 상승은 잘 설명되지 않지만, 아마도 태양 자기와 연관이 있을 것이라고 추정되고 있습니다. 외부 코로나는 그 고온 때문에 초속 수백 킬로미터에 달하는 속도로 팽창하면서 코로나 물질이 희석되는 것입니다. 그렇게 해서 방출된 입자들은 태양풍이 된다. 그 파장은 지구에까지 미쳐 다양한 자기 현상을 일으킨다고 합니다.