태양계는 어떻게 이루어 졌는가?

저렇게도 위대해 보이는 저 태양은 사실은 우리들의 지구보다도 훨씬 덜 단단하다. 그것은 아주 가벼운 두 기체로 되어 있기 때문이다. 그것이란 곧 수소와 헬리움을 말한다. 수소는 그 연료이고 헬리움은 재이다. 왜냐하면 태양의 중심엔 원자의 핵폭발이 끊임없이 계속되고 있기 때문이다. 그러므로 태양의 힘이란 곧 원자의 힘인 것이다.

물론 태양은 이 우주 안에서 가장 강한 빛을 발사하는 가장 큰 구체이다. 우리 지구의 직경이 1만 2천 7백 킬로미터인데 태양은 1백 39만 3천 킬로미터인 것으로 미루어 생각해도 알 수가 있다.
그리고 또 태양은 우리 지구로부터 1억 4천 945만 킬로미터 떨어져 있는데 1초 동안에 30만 킬로미터로 가는 그 빛은 8분 17초만에야 지구에 이른다.

태양은 너무나도 광대하기 때문에 거의 상상할 수조차 없다. 다만 달에 대한 비교로 조금 짐작할 수 있을 뿐이다. 왜냐하면 달에서 지구까지의 거리가 38만 4천 킬로미터인데 태양은 적도 반경(태양의 외피에서 중심)의 거리는 69만 5천 5백 53킬로미터이기 때문이다.
그럼, 이 태양은 어떻게 빛과 열을 우주 공간에 뿌리는 것일까?
바로 몇 십 년 전까지만 해도 아무도 이 질문에 대답하지 못했다.
왜냐하면 지난 세기의 천문학자들은 겨우 태양의 구성 요소를 연구하던 중이었기 때문이다.

도대체 저만큼 큰 석탄 덩어리가 몇 년이나 걸쳐 다 타게 될까? 그것을 계산해 본 결과 그 대답은 앞으로 2천 년 동안이라는 것이었다. 그리고 그들은 또 다음과 같은 생각을 했다.
‘아마 저 태양은 이 지구상에 없는 어떤 물질로 만들어져 있을 것이다.' 라고.
그러나 몇 년이 못 가서 두 가지의 기체, 곧 수소와 헬리움으로 만들어졌다는 것을 알게 되었다. 그것도 기체 중에서 제일 가벼운 수소와 헬리움으로 말이다. 그러면 이것은 또 어떻게 알게 되었을까?
그것은 우연한 동기로, 태양 광선을 분석하다 알게 되었다.

어두운 방으로 태양 광선이 들어와서 얇은 프리즘을 통과하자 여러 줄기의 색깔(빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라 등)이 나타났다. 이것이 바로 빛의 스펙트럼인 것이다.
젊은 안과 의사 요셉·프라우노펠은 어느 날 연구실의 렌즈를 통하여 스펙트럼 안에서 여러 갈래의 검은 줄 - 여덟 개의 조금 큰 것과 수백 줄기의 작은 것 - 을 발견했다.
그래서 그는 이 지구상에 있는 어떤 화학 성분이 연소할 때 나타나는 검은 줄에 대한 비교로 곧 이 사실을 알게 되었다. 그것은 이 지구처럼 단단한 고체도 아니고 불타는 바위 덩어리도 아닌, 바로 대기의 덩어리(수소+헬리움)라는 것이다. 그러자 나이 많은 천문학자들의 놀라움은 굉장하였다.
“말로 안 되는 소리. 그렇다면 어떻게 탈 수 있단 말인가?”
“왜 탈 수 없단 말입니까? 수소가 가연성 물질이 아니고 무엇이란 말입니까? 힌덴부르그(독일 배의 이름)가 대서양을 횡단하다 불탔던 것도, 싣고 가던 수소 때문이 아니었습니까?”
“수소는 산소와 같이 있어야만 연소할 수 있지 않은가? 그러면 태양 안에도 산소가 있다고 생각하는가? 산소가 없으면 아무 것도 연소할 수 없지 않은가? 그러나 태양은 저렇게도 불타고 있지 않은가?”
이렇게 이 문제는 지나간 반세기에 걸쳐 아무도 풀지 못할 크나큰 수수께끼였다.
그러나 곧 원자가 발견되고 원자탄의 폭발이 있게 되자(맨 처음으로 터뜨려진 것은 수소 폭탄이었다.) 비로소 저 하늘에서 불타고 있는 저 큰 덩어리야말로 어제도 오늘도 또 내일도 계속될 원자의 폭발이란 것을, 따라서 저 거대한 태양은 또한 이 천체 안에 가장 큰 핵발전소라는 것을 인정받게 된 것이다.

어떻게 구름에서 태양으로 변했는가?

수십 억 년 전에 태양은 오늘처럼 불타지 않았으며 물론 빛과 열기도 없는 그저 커다란 하나의 구름(수소) 덩어리였다.
그러나 그것이 차차로 거대한 핵 발전소로 변화된 것이다. 너무나 복잡하고 비싸고 또 어려워서 어느 나라도 다 만들 수 없는 핵 발전소가 된 것이다. 이 핵 발전소야말로 물리학과 기술의 진행 효과가 아니겠는가? 하나의 커다란 수소 뭉치에서 빛과 열기와 연료가 생성된 것이다.
그러나 천문학자들은 도대체 그게 큰 의문이었다. 어째서 수소(구름)였단 말인가? 태양의 구성 요소는 수소와 헬리움이 아닌가?

수소가 폭발한 다음에야 헬리움이 되는 것이다. 수소는 그 연료이고 헬리움은 재인 것이다. 그 때 대서양을 횡단한 독일 배 힌덴부르크 안에 수소가 아닌 헬리움이 있었다면 배는 불타지 않았을 것이다. 그러나 헬리움은 너무 귀한 가스이기 때문에 배에 싣는 것은 생각마저 할 수 없었다. 오늘의 우리 태양은 60%가 수소이고 35%가 헬리움인 것이다. 이것이 지나간 45억 년 동안 줄곧 불타 왔기 때문에 그만큼 헬리움으로 변화하고 수소는 줄곧 소모되고 있다.
따라서 앞으로 수십억 년 후엔 태양은 없어질 것이다. 왜냐하면 태양의 수소가 모두 헬리움으로 변화될 테니까.
“60% + 35% = 95%가 아닌가? 그럼 나머지 5%는 무엇이란 말인가?”
“그것은 태양의 심지이다. 심지가 없으면 촛불도 불탈 수 없지 않은가? 태양도 이와 마찬가지이다.”
“그럼 그 5%의 성분은 무엇이란 말인가?”
“그건 탄소이다. 탄소가 없으면 태양의 폭발은 불가능하다. 만약에 그것이 없었다면 오늘의 태양은 수소 구름으로 그대로 남아 있을 것이다.”

그럼 어떻게 점화되었는가?

아마도 지난 성탄절에 여러분들은 촛불을 밝혔을 것이다.
물론 촛불은 자기 혼자 생겨날 수 없다. 마찬가지로 수소 구름 또한 자기 스스로가 탄산을 발생시킬 수는 없었다. 어떻게 그럴 수가 있겠는가? 창조주는 수소와 탄소, 또 그 밖의 여러 가지 기체들을 만들었다. 그리고 수소 구름이 태양으로 변화되기를 천천히 기다렸던 것이다.
그럼 태양 속의 폭발이 어떻게 이루어졌는가? 이것은 캠브리지 대학의 천문학자 엘뚜르·에딩톤이 처음으로 발견하였다. 태양 자체 내의 중력 때문에 압축된 수소가 폭발된 것이라는 것이었다. 물론 이와 같은 인력 때문에 우리 지구도 태양을 돌고, 달은 지구를 돌고 있는 것이다.
그리고 수소가 압축하는 이러한 힘 때문에 별들을 폭발하는 것이며 그 때문에 빛을 발한다는 것이었다. 정녕, 이 인력이야말로 시간과 공간을 초월하고 있는 매우 신비한 물질인 것이다.

태양의 힘은 어떻게 나타나는가?

인력 때문에 모든 가스 덩어리는 자기 중심을 향하여(마치 물이 바다로 흐르는 것처럼) 압축을 계속하고 있다. 그것이 거듭되면 될수록 압축력의 열기는 더 강해진다. 따라서 그 마지막의 압력과 열기란 대단한 것이다.
그러나 태양 안의 수소는 압력과 열기를 가졌어도 산소가 없기 때문에 힌덴부르크처럼 폭발하진 않았다. 만약에 산소가 있었다면 불꽃이 일어나 태양은 이루어지지 않았을 것이다.
천문학자 에디톤이 어두운 구름 안에 있어서의 압축과 열기의 증가를 계산하다 태양의 형성 과정을 알게 되었다. 그리고 태양이 불붙자 지구가 비로소 그 빛과 열기를 받게 되었다.
원자탄의 경우 플루토늄이 먼저 폭발하고 수소가 압축되는데 2천 만 도까지 올라가면 수소가 폭발한다. 태양도 이와 마찬가지이다.
물론 폭발 다음에 태양은 불탔으나 그 때 일어난 폭발과 압축의 대립으로 전보다 더 압축할 수는 없었다.
“그럼 왜 태양은 원자탄처럼 폭발할 때 다 없어지지 않았는가?”
“태양의 폭발에 있어서는 탄소가 필요한 것이다. 초의 심지가 없으면 그 초가 불탈 수 있지 않은가? 마치 초의 심지 때문에 그 초가 녹아 없어지는 것처럼 태양도 마찬가지인 것이다.”
“그렇다면 태양은 무엇을 소모시키고 있는가?”
“자체 내의 수소를 소모시키고 있다.”
“얼마만큼이나?”
“1초 동안에 5억 6천 4백 만 톤을 소모하고 있다. 이것은 랄프·알베르, R. C. 헤르만, J. S. 스마트, 엔리꼬, 페르미, 안토니·투르크뷔치 등이 발견했다.”
이와 같이 매초마다 그 정도의 수소가 소모되고 있는데 5억 6천만 톤은 헬리움으로 4백만 톤은 에네르기, 중력, 열기, 빛, 복사열 등으로 변하고 있다.
이 사실을 우리는 다음의 아인슈타인 방정식으로서도 알 수 있다.

광구(光球), 태양의 광환(光環), 태양의 흑점이란 무엇인가?

‘광구'란 곧 우리 눈에 보이는 태양의 겉면을 말함인데 우리 지구의 지면과는 매우 다르다.
광구는 마치 달걀 껍질이 얇은 것처럼 매우 얇으며 또 퍽 눈부신 빛을 가지고 있다. 그러나 태양 속엔 광구처럼 그 빛이 많지는 않다. 왜냐하면 원자 폭탄에서 생기는 에네르기는 엑스광선으로 변해서 나오므로 우리 눈에 보이지 않기 때문이다.(엑스선은 그 길이가 너무나 짧기 때문이다.)
또한 광구는 태양의 중심에서 60만 킬로미터 떨어져 있으며 열기가 7천℃인데 태양의 중심에서 생기는 에네르기는 광구의 가장자리에서만 빛과 열로 변할 수가 있다. 그러나 그 이유는 아직도 밝혀지지 않았다.

우리는 또 일식(개기식)때 태양의 빛이 없어지는 틈을 타서 그 길이가 몇 백만, 몇 천만 킬로미터로 펼쳐지는 ‘광환'을 볼 수 있는데, 광환이란 곧 태양 위에 펼쳐져 있는 불꽃을 말하는 것이다.
그리고, 때때로 광구 안엔 태양의 ‘흑점'이, 곧 빛이 없으므로 마치 큰 구멍처럼 보이는 부분이 나타나는데 보통 적도 부근에서 생기며 큰 것은 우리 지구보다도 오히려 크며 나타난 지 1∼2주일 후에 없어지나 작은 것은 하루만에 없어지기도 한다. 그러나 그 흑점이 무엇이며 왜 나타나는지는 아직도 밝혀지지 않고 있다.

이와 같이 우리는 태양에 대해서 많은 것을 알았지만 아직도 모르는 것이 더 많다.