우리 태양의 운명은 어떻게 될까요?

우리 태양의 운명은 어떻게 될까요?

 

우주에는 1000억 개의 은하가 있는데요, 우리 은하는 그 중에 하나입니다.

그리고 우리 은하에는 약 4000억 개의 별이 있습니다.

 

우주에 존재하는 별의 95% 이상은 우리 태양보다 작습니다.

태양은 별의 전체 숫자로 봤을 때는 상당히 큰 편에 속하지만, 크기만 놓고 보면 태양은 아주 크지도 않고 아주 작지도 않는 아주 적당한 크기의 별입니다.

 

태양의 직경은 139만 km입니다. 지구 109개를 다닥다닥 붙여야 태양의 직경이 됩니다.

태양계에서 가장 큰 행성인 목성의 직경도 태양에 비하면 1/10에 불과하죠.

태양의 질량은 지구 33만 개와 맞먹기 때문에 우리 태양계의 행성들보다는 엄청 큽니다.

그래야 태양계의 구심점 역할을 할 수 있겠죠.

은하계가 자리 잡을려면 중심에 블랙홀이라는 아주 엄청난 질량의 중심이 필요한 것처럼요.

 

그리고 태양은 질량의 3/4이 수소로 되어 있고, 나머지 대부분은 헬륨이 차지하지만 산소, 탄소, 네온, 철 등도 적지 않게 존재합니다.

 

태양은 적당한 크기의 G형 별이기 때문에 수소 핵융합도 아주 빠르지도 않게 그렇다고 아주 느리지도 않게 적당한 속도로 반응하고 있습니다. 그래서 수명이 100억 년 정도 됩니다.

태양의 나이가 현재 약 45억 년 정도 되니까 딱 중간에 와 있습니다.

앞으로 60억 년 정도 지나면 수소 핵융합은 끝이 납니다.

 

그렇다면 그 이후에 우리 태양은 어떻게 될까요?

 

태양 같은 별은 약 100억 년 동안 주계열성에 머뭅니다.

주계열성은 수소 핵융합으로 방출하는 열과 에너지의 팽창력과 별의 중력이 균형을 맞추어 일정한 크기를 유지하는 상태를 말합니다.

 

태양은 100억 년 동안 주계열성에 머무르면 수소 핵융합 반응을 하며 타오르지만, 또한 변광성이기 때문에 태양 복사 에너지가 점점 증가하고 있습니다.

그래서 앞으로 10억 년이 되면 지구의 바다는 끓기 시작한다고 합니다.

그렇다면 10억 년 이내에 지구의 생태계는 완전히 끝장난다는 말인데요,

앞으로 1억 년이 지나도 태양 복사 에너지가 증가하면서 심각한 문제가 온다고 합니다.

태양이 죽기 전에 지구가 먼저 죽게 되는 거죠.

 

그래도 1억 년은 짧은 시간이 아니기 때문에 인류가 지구를 벗어나 새로운 터전을 잡을 수 있는 충분한 시간이라고 봅니다. 인류의 역사 시대를 길게 잡으면 약 1만 년이 되는데요,

1만 년 동안 이만큼 문명을 발전시켜 온 결과를 보면 충분하고도 남는 시간이라고 생각합니다. 이제 막 화성 식민지 개척에 대한 첫발을 떼기 시작했으니까요.

 

앞으로 약 60억 년이 지나면 태양의 수소 핵융합은 끝이 나는데요,

그러면 태양은 새로운 진화를 하게 됩니다.

바로 ‘적색거성(赤色巨星)’이 됩니다.

수소 핵융합이 끝나면 태양의 중심은 수축합니다.

태양 중심이 수축하여 온도가 올라가면 헬륨과 수소의 경계면에서 수소 핵융합이 이루어지고

그와 더불어 중심부는 헬륨 핵융합 반응이 일어날 수 있는 온도에 다다릅니다.

헬륨 핵융합은 수소 핵융합보다 에너지가 더 강하기 때문에 중력보다 팽창력이 더 강해져서

태양은 바깥쪽은 팽창하기 시작합니다.

 

엄청나게 팽창해서 말 그대로 적색거성이 되는데요,

적색거성이 된 태양은 지금보다 150배 이상 거대해집니다.

그때는 수성, 금성 뿐만 아니라 지구 궤도까지 부풀어 올라 태양계의 내행성들을 모두 집어 삼킬 것입니다.

이때 지구를 포함해 내행성들은 불구덩이 속의 도자기처럼 구워지겠지만 걱정할 필요는 없을 것 같습니다.

아마 그때 인류는 태양계를 벗어나 제2, 3의 고향에서 우리 태양의 마지막 순간을 보게 될 지도 모릅니다.

 

그리고 부풀어 오른 적색거성은 더 이상 바깥쪽을 중력으로 잡고 있을 수가 없습니다.

지구 크기의 핵과 지구 공전 궤도 전체를 덮을 만한 크기의 껍질 사이를 채우고 있던 말랑말랑한 외막들이 한 겹씩 벗겨져나갑니다.

중력에 자유로워진 적색거성의 외각층은 우주 공간에 털어져 나가면서 마치 행성의 성운처럼 보이는데 이것을 ‘행성상 성운(行星狀 星雲)’이라고 합니다.

 

적색거성은 1,000년에 걸쳐 허물을 계속 벗게 되는데요, 이렇게 떨어져 나간 외각층은

항성풍이 거세게 몰아칠 때마다 밖으로 또 밖으로 떠밀려나가 성운이 되고 이것은 또 다른 별이 탄생하는 재료가 됩니다.

우리 은하에는 약 3,000개의 행성상 성운이 존재하는 것으로 알려져 있습니다.

 

적색거성이 된 태양은 허물을 다 벗고 나면 지구 정도의 크기만 남게 되는데요, 태양 전체 질량의 60% 정도만 남게 됩니다. 적색거성으로 부풀어 올랐다가 작은 알멩이만 남은 이것을 백색왜성이라고 합니다.

 

그러면 태양계에서 가장 가까운 항성계는 어디일까요?

 

센타우루스 자리 ‘알파-프록시마’입니다.

지구에서 4광년이 조금 더 걸립니다. 태양계의 옆동네가 빛의 속도로 4년을 가야 되는 거리에 있습니다. 말이 옆동네지 거리로 보면 상당히 멀리 떨어져 있죠.

 

‘알파-프록시마’는 3중성계로 알파 A, 알파 B, 프록시마 라고 하는 세 개의 별로 이루어져 있습니다.

‘알파 A’ 별은 질량이 태양보다 10% 더 나가는 K형 별이고, ‘알파 B’ 별은 태양 질량의 93% 정도 되는 태양과 똑같은 G형 별입니다.

프록시마는 붉은 기가 도는 M형 별로 적색왜성입니다.

적색왜성은 작은 크기의 주계열성을 말하는 것이죠. 별은 진화하여 적색거성이 되었다가 백색왜성으로 남는데 그것과는 다른 별입니다.

그러니까 백색왜성은 진화의 마지막 단계의 별이고, 적색왜성은 태양보다도 훨씬 작은 주계열성을 말합니다.

이 세 개의 별 중에서도 가장 가까운 별은 프록시마입니다.

알파 A와 알파 B는 공통의 질량 중심을 80일 주기로 공전합니다.

두 별 사이의 평균 거리는 17.6AU, 그러니까 태양과 지구 사이 거리의 17배가 넘습니다.

태양에서 천왕성까지의 거리가 19AU이기 때문에 이것보다 조금 짧은 거리를 사이에 두고 알파 A와 알파 B가 있습니다.

 

프록시마는 원래 독립된 별이었으나 알파 센타우리 항성계의 중력에 잡혀서 동반성이 되었다고 보고 있습니다.

 

우주에는 우리 태양계와 달리 별(항성)이 두 개인 쌍성계와 그 이상인 다중성계로 이루어진 별이 절반 이상입니다. 그만큼 항성계는 다양한 모습을 하고 있는데요, 혹시 쌍성계에 지구와 같이 생명이 살 수 있는 행성이 있다면 그 행성에서는 쌍둥이 해가 떠 있는 모습을 볼 수 있는 거죠.

그렇지만 별이 두 개 이상이 되는 항성계에서 생명이 살 수 있는 환경이 만들어지기는 어려워 보입니다. 그럴수록 우리 태양은 생명을 기를 수 있는 별로 참 특별해 보입니다.

우리 은하에는 태양과 같은 G형 별이 수십 억개 정도 존재합니다. 태양과 같은 G형 별이 드문 별이지만 워낙 우주에 별이 많다 보니까 숫자로 따지면 적지 않게 많습니다.

 

이 G형 별이 지구처럼 생명이 살 수 있는 행성이 존재할 수 있는 가장 대표적인 항성입니다.