우주의 신비

[아하! 우주] 우리가 미처 모르는 태양계 ‘태양왕조 실록’

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▲ 태양계 상상도
태양계 상상도



수천 년 전 고대인들은 밤하늘에서 반짝이는 별들을 지켜보며, 이들 천체 중 밝은 다섯 개의 별들(수성, 금성, 화성, 목성, 토성)이 매일 위치를 바꾸며 움직이고 있음을 알아냈다. 그래서 이들을 떠돌이별, 즉 행성이라 불렀다.

고대인들이 이처럼 밤하늘을 보며 별자리를 만들고, 1년의 길이를 재며 천문학의 여명기를 열었다. 천문학은 이렇게 ‘인류가 이 우주 속에서 어디에 살고 있는가’를 알고자 하는 오랜 욕구에서 출발했다. 따라서 우주 속에서 인류가 있는 위치를 알아내는 것이 천문학의 소명이라고 할 수 있다.

태양계는 우주 속의 거품 하나

오늘날 우리는 지구가 태양계에 속해 있으며, 이 태양계는 또 미리내 은하라 불리는 우리은하의 작은 한 부분이라는 사실을 알고 있다. 그리고 이런 은하가 수천억 개 모여 이 광대한 우주를 만들고 있다.

우주 속에서 태양계가 차지하는 부분은 그야말로 망망대해 속의 거품 하나에 지나지 않지만, 그럼에도 인간의 척도로 볼 때 태양계는 우리가 생각하는 것보다 훨씬 광대하다.

1977년 발사된 보이저 1호가 초당 17km의 속도로 40년 가까이 날아간 끝에 겨우 태양계를 빠져나가 성간 공간에 진입했다. 이 거리는 태양-지구 거리의 130배인 190억km로, 초속 30만km의 빛이 20시간은 달려야 하는 먼 거리다. 보이저 1호는 인간이 만든 물건으로는 가장 우주 멀리 날아간 셈이다.

앞으로 보이저 1호가 태양계 외곽을 감싸고 있는 오르트 구름(Oort cloud)를 벗어나는 데는 상당한 세월이 걸릴 것으로 보이는데, 이 우주 암석 구역을 벗어나는데 만도 1만 4000 년에서 2만 8000년이 걸릴 것으로 추산되고 있다.

지구는 태양계의 곰보방 부스러기

▲ 태양 플레어. 오른쪽 위는 같은 비례의 지구
태양 플레어. 오른쪽 위는 같은 비례의 지구



태양계를 일별해보면, 먼저 태양계의 가족은 어머니 태양과 그 중력장 안에 있는 모든 천체, 성간물질 등이 그 구성원들이다. 태양 이외의 천체는 크게 두 가지로 분류되는데, 8개의 행성이 큰 줄거리로 본책이라 한다면, 나머지 곧, 약 160개의 위성, 수천억 개의 소행성, 혜성, 유성과 운석, 그리고 행성간 물질 등은 부록이라 할 수 있다.

이 태양계라는 동네에서 가장 중요한 존재는 지구도 아니고 인간도 아니다. 그것은 오늘도 하늘에서 빛나는 저 태양이다. 그런데 태양은 별나도 보통 별난 게 아니다. 무엇보다 태양계 모든 천체들이 가진 전체 질량 중에서 태양이 차지하는 비율이 무려 99.86%나 된다는 사실이다. 나머지는 빼보면 바로 나온다. 0.14%.

8개 행성과 수많은 위성 및 수천억 개에 이르는 소행성, 성간물질 등, 태양 외 천체의 모든 질량을 합해봤자 0.14%에 지나지 않는다니, 이건 거의 큰 곰보빵에 붙어 있는 부스러기 수준이다. 더욱이 그 부스러기 중에서 목성과 토성이 또 90%를 차지한다는 점을 생각하면, 우리 70억 인류가 아웅다웅 붙어사는 지구는 부스러기 중에서도 상부스러기인 셈이다.

우리 지구는 태양 질량의 33만 3000분의 1밖에 되지 않는다. 지름은 109 대 1로, 무려 139만 km다. 이게 과연 얼마만한 크기인가? 천문학적 숫자는 상상력을 발휘하지 않으면 실감을 못한다. 지구에서 달까지 거리가 38만 km이니, 그것의 4.5배란 말이다. 과연 입이 딱 벌어지는 크기다. 이것이 태양의 실체고, 태양계라는 우리 동네의 대체적인 사정이다.

그런데 태양에는 이보다 더 중요한 점이 있다. 바로 태양계에서 유일하게 스스로 빛을 내는 존재, 즉 항성이라는 특권이다. 빛을 낸다는 것은 유일한 에너지원이란 뜻이다. 말하자면 태양계의 유일한 물주다.

만일 태양이 빛을 내지 않는다면 이 넓은 태양계 안에 인간은커녕 바이러스 한 마리 살 수 없을 것이다. 지구에 존재하는 거의 모든 에너지, 곧 수력, 풍력까지 태양으로부터 나오지 않는 것이 없다. 고로 태양은 모든 살아 있는 것들의 어머니다. 그러나 이런 태양도 우리은하에 있는 3000억 개의 별들 중 지극히 평범한 하나의 별에 지나지 않는다.

그럼 태양은 과연 언제 어떻게 생겨나서 우리은하 중심으로부터 3만 광년 떨어진 변두리에서 뜨거운 햇빛을 태양계 공간에다 흩뿌리고 있는 걸까? 이것은 말하자면 태양과 태양계의 역사가 되겠다.

까마득한 옛날, 한 46억 년 전쯤 어느 시점에, 정체를 알 수 없는 일단의 거대한 원시구름이 우주 공간에서 중력으로 서로 이끌리면서 서서히 뺑뺑이 운동을 시작했다고 한다. 바야흐로 태양이 잉태되는 순간이다. 수소로 이루어진 이 원시구름은 지름이 무려 32조km, 거의 3광년의 크기였다.

이 거대 원시구름은 중력으로 뭉쳐지면서 제자리 맴돌기를 시작했고, 각운동량 보존의 법칙에 따라 뭉쳐질수록 회전속도는 점점 더 빨라지게 되었다.

이 먼지 원반의 중심에 수소 공이 만들어진다. 이른바 원시 별이다. 이 빠르게 회전하는 원시 별이 주변의 가스와 먼지구름의 납작한 원반에서 물질을 흡수하면서 2000만 년쯤 뺑뺑이를 돌다 보니 지금의 태양 크기로 뭉쳐지기에 이르렀다.

원시행성계 원반으로도 불리는 이 원반 고리에는 수많은 물질이 서로 충돌하는 등 중력 작용으로 뭉치면서 자잘한 미행성들을 형성한다. 이들 행성이 원반으로부터 점점 더 많은 물질을 흡수하면서 원반에는 공간이 생성된다. 이 행성들이 더 자라면 우리 지구나 목성, 토성과 같은 행성을 형성하는 것이다.

미처 태양에 합류하지 못한 성긴 부스러기들은 이 같은 경로를 거쳐서 각각 뭉쳐져 행성과 위성 기타가 되었다. 그것이 모두 합해야 0.14%라는 것이다.

▲ 원시 태양계의 가스 원반. 46억 년 전 태양계는 3광년 크기의 이 가스 원반에서 태어났다
원시 태양계의 가스 원반. 46억 년 전 태양계는 3광년 크기의 이 가스 원반에서 태어났다



먼지에서 태어나 먼지로...

사람의 일생과 같이, 태양계의 구성원들도 결국은 모두 죽는다. 약 64억 년 후 태양의 표면온도는 내려가며 부피는 크게 확장된다. 적색거성으로의 길을 걷게 되는 것이다. 물론 그전에 지구는 바다가 말라붙고 생명들은 멸종을 피할 수가 없다.



78억 년 후 태양은 대폭발과 함께 자신의 외곽층을 행성상 성운의 형태로 날려보낸 후 백색왜성으로 알려진 별의 시체를 남긴다. 그리고 성운의 고리는 저 멀리 해왕성 궤도까지 미치게 된다.

외층이 탈출한 뒤 남은 태양의 뜨거운 중심핵은 수십억 년에 걸쳐 천천히 식는 동시에 어두워지면서 백색왜성이 되어 무려 120억 년에 걸친 장대한 일생을 마감하는 것이다.

행성들 역시 태양과 같은 소멸의 길을 걷게 되는데, 머나먼 미래에 태양 주변을 지나가는 항성의 중력으로 서서히 행성 궤도가 망가지고, 행성 중 일부는 파멸을 맞게 될 것이며, 나머지는 우주공간으로 내팽개쳐질 것이다.

방대한 ‘태양왕조 실록’ 속에 잠시 지구상에 생존했던 인류의 역사는 한 줄 정도로 기록되지 않을까 싶다. ‘인류라는 지성을 가진 생명체가 한 행성에 나타나 잠시 문명을 일구고 우주를 사색하다가, 탐욕으로 자신들의 행성을 망가뜨리고는 멸망에 이르렀다’는 식으로...

이광식 통신원 joand999@naver.com 
 

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