[아하! 우주] 태양과 지구, 어떤 것이 먼저 끝날까?

태양과 지구의 종말을 다룬 칼럼이 영국 서섹스 대학의 천문학자 줄리언 스커더 교수에 의해 '더 컨버세이션(The Conversation) '지에 발표되었다고 13일(현지시간) 스페이스닷컴이 보도했다.

지금까지 태양과 지구의 종말에 대한 가설은 여러 가지 있지만, 이 칼럼은 최신 이론에 바탕해서 전문가가 집필했다는 점에서 관심을 끌고 있다.

수 십 억 년 후면 태양은 적색거성으로 변해 우리 지구를 집어심킬 것이다. 그런데 이미 그 전에 지구는 어떤 생명체도 살 수 없는 염열 지옥으로 변할 것이다. 약 10억 년 후면 온도가 서서히 상승한 태양은 지구의 바닷물을 끓어오르게 할 것으로 보인다. 현재 태양은 '주계열성' 단계에 있는 항성이다. 이는 곧 태양이 항성 진화의 과정에서 가장 안정된 단계에 와 있다는 뜻이다. ​

별 생애의 대부분을 차지하는 이 단계에서는 수소 핵융합으로 헬륨을 만들면서 에너지를 생산한다. 우리가 쓰는 태양 에너지는 모두 여기에서 나오는 것이다. 태양과 같은 질량의 별이 이 단계를 거치는 데는 약 80억 년 남짓 걸린다. 우리 태양계는 약 45억 년 전에 출발했다. 따라서 태양은 그 생애의 중반기에 와 있는 셈이다.

-​별들도 죽는다

수소를 태워 헬륨을 만들면서 보내는 80억 년을 다 보내면 태양은 약간의 변화를 겪게 된다. 중심에 수소가 소진됨에 따라 헬륨만 남게 되는데, 문제는 태양 중심이 헬륨을 태울 만큼 고온 고압이 아니라는 점이다.

별은 물질을 중심으로 끌어당기는 중력과 별이 생산하는 에너지가 균형을 이룸으로써 일정한 구 형태를 유지한다. 그런데 별의 중심에서 더 이상 에너지를 생산할 수 없으면 이 균형이 무너져 중력이 지배적인 힘이 된다. ​

그 결과 별 물질이 중심으로 급속히 추락하게 되는데, 이를 중력 붕괴라 한다. 그러면 중심에 압력이 치솟아 마침내 헬륨 핵을 둘러싼 얇은 수소 껍질에 불이 붙게 된다. 이것이 바로 '적색거성'으로 가는 신호탄이다.

별의 중심에 압력이 차오르면 외부로 영향을 미쳐 별의 외각층을 부풀어오르게 한다. 헬륨 핵을 둘러싼 수소 껍질이 불타기 시작하면 태양의 밝기는 눈에 띄게 증가하고 태양의 부피도 커진다. 그리고 태양 표면의 온도는 낮아져 희고 붉은 고온의 상태를 오가게 된다. 이리하여 태양은 그 전에 비해 더 밝고, 더 붉고, 더 덩치 큰 별이 되는데, 이런 별을 가리켜 '적색거성'이라 한다.

-지구는 염열 지옥으로

태양이 적색거성으로 부풀 대로 부풀면 지구 행성이 온전치 못할 것이란 생각은 상식에 속한다. 부풀어오른 태양의 표면이 화성 궤도에까지 이를지도 모른다. 하지만 지구가 태양에 잡아먹히지는 않을 것이다. 태양이 부풀어 지구 궤도가 바깥으로 밀려나갈 것이기 때문이다. ​

하지만 태양의 열기를 피하기에는 역부족으로, 그 자리에서 금세 숯덩이처럼 그을릴 것이다. 태양이 수소를 다 태우기도 전에 지구에는 심각한 변화가 나타나고, 지구상의 생명들은 고통 속으로 내동댕이쳐질 것이다.

태양은 수소를 태우는 동안 10억 년마다 밝기가 10%씩 증가하는데, 이는 곧 지구가 그만큼 더 많은 열을 받는다는 것을 뜻한다. 지구가 달아오르면 지표의 물이 증발하기 시작할 것이다. 이 무렵 지구는 골디락스 존(생명 서식 지역)의 행성에서 퇴출되는 대신 화성이 그 자리를 차지하게 될 것이다.

​태양의 밝기가 10% 증가하면 바닷물은 증발하기 시작하기 시작해 10억 년이 지나면 완전히 바닥을 드러낼 것이다. 이런 과정이 얼마나 빨리 진행될 것인가 하는 문제는 학자마다 설이 다르지만, 대부분의 모델은 물이 지표를 떠나 수증기 상태로 대기 중에 있게 될 것으로 보고 있다.

수증기는 강력한 온실 가스 역할을 한다. 따라서 지구의 온도는 급속이 올라가고, 바다는 더욱 빨리 증발되는 악순환의 고리를 만들게 된다. 그리하여 마침내 지표에는 물이 자취를 감추고 지구는 고온의 염열 지옥이 될 가능성이 높다.

지구가 이처럼 돌이킬 수 없는 상태에까지 도달하는 속도에 대해서는 모델마다 예측이 다르다. 어떤 모델은 고온의 행성과 암석, 바다, 지각판 사이의 상호작용이 더 빠른 시간 내에 지구를 건조시켜 10억 년 이전에 지구는 생명이 서식할 수 없는 곳이 될 것이라고 예측한다.

지구는 복잡한 시스템인 만큼 어떤 모델도 그 미래를 완벽히 에측하기는 힘들다. 하지만 이 지구상에 10억 년 이상 생명이 존재할 가능성이 없다는 점에서는 의견이 일치하고 있다.

하지만 미리부터 겁먹을 필요는 없다. 인류가 이 지구상에서 문명을 꾸러온 지는 고작 1만 년도 되지 않고, 100년도 채 못 사는 인간이 10억 년 뒤를 걱정한다는 것은 지나치게 앞선 염려일 수 있기 때문이다.


이광식 통신원 joand999@naver.com