☀️ 태양 / 안드로메다 은하의 1조 2천억분1 질량인 태양의 재미있는 사실들 / 태양계의 중심 천체 태양에 대해 알아보기 / 우리은하 속의 작은 점 하나 태양

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•2020. 1. 24.

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BGM: Cinematic Inspire By Dredstudio 태양의 내부는 핵, 복사층 그리고 대류층으로 되어 있습니다.

복사층은 약 50만 km의 두께로 핵을 둘러싸고 있는 부분이며. 대류층은 태양의 표면 쪽과의 온도 차이 때문에 열에너지의 대류가 일어나는 곳입니다.

 

태양의 중심부로 갈수록 온도와 압력이 높아지며 중심부의 지름은 약 20만 km입니다.

태양의 중력은 태양계의 다른 구성원들을 궤도에 고정시키고 그것들의 움직임을 통제합니다.

 

태양은 대부분 수소: 73.46%, 헬륨: 24.85%로 조성되어있고, 나머지는 산소, 탄소, 철, 네온, 등과 함께 질소, 규소, 마그네슘, 황 등도 포함되어 있습니다.

 

태양의 핵은 융합반응으로 수소가 헬륨으로 형성되는 중심부입니다.

끊임없이 중심핵의 수소를 헬륨으로 바꿉니다. 태양은 중심핵에서 초당 4억 톤 ~ 6억 톤의 수소를 태웁니다.

 

이 과정은 엄청난 양의 방사선, 즉 에너지를 방출합니다.

지구상의 모든 생물들은 빛과 열의 형태로 이 에너지에 의존합니다.

 

태양으로부터 나오는 엄청난 양의 에너지는 수성, 금성, 지구와 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 등 태양계내의 모든 행성들에게 골고루 공급되고 있습니다. . . .

 

Reference

https://solarsystem.nasa.gov/missions...

https://astronomy.com

https://astronomy.com/photos/picture-...

https://openstax.org/books/astronomy/...

https://skycenter.arizona.edu

https://www.space.com/quasar-tsunamis...

https://phys.org/space-news/astronomy/

https://www.space.com/black-holes-neu...

https://www.sciencenews.org/topic/ast...

https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%83%...

http://www.nasa.gov

https://www.newscientist.com/article-...

https://skyandtelescope.org/

https://physics.snu.ac.kr/boards/news

https://www.space.com/voyager-2-resum...

 

nrck999@gmail.com #태양#우주과학

간략히

 

** ☀️  '태양(SUN)' 에 대한 설명 

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•2019. 7. 3.

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[영상의 자막 & 번역을 도와주세요!] https://www.youtube.com/timedtext_cs_...

먼저 태양은 우리가 살고 있는 지구로부터 1억 5천만 km 떨어진 곳에 위치하고 있습니다.

지구에서 빛의 속도로 날아가도 8분 19초가 걸리는 거리죠.

또한 태양의 질량은 2X10^30kg 정도 되는 무게를 가지고 있는데 이는 지구의 33만 배 정도 되는 무게입니다.

 

태양은 무엇으로 구성되어 있길래 이렇게 무거운 걸까요?

바로 세상에서 가장 가벼운 기체인 수소 그리고 수소 핵융합의 산물인 헬륨으로 구성되어 있습니다.

좀 더 자세히 말하면 수소가 태양 전체 질량의 73% 정도를 차지하고 있고 헬륨은 25% 정도를 차지하고 있죠.

 

이렇게 가벼운 기체(정확히는 플라스마)로 이루어져 있지만 그 양이 무지막지하게 많기 때문에 태양은 무겁습니다. 태양의 질량은 태양계 전체 질량의 99.8% 이상을 차지하고 있기도 하죠. 또 태양의 표면은 약 5800K에 이르는 온도를 가지고 있습니다. 태양은 자전을 하고 있기도 한데 기체로 이루어져 있기 때문에 위도에 따라서 자전 속도가 다르다는 특징도 있습니다.

 

적도 지방은 한 바퀴 자전하는데 25일 정도가 걸리지만 극 쪽 부분에서는 30일 정도가 걸리죠. 이렇게 위도에 따라서 자전주기가 달라지는 것을 차등 자전이라고 부릅니다. 이번에는 태양의 구조와 태양에서 일어나는 현상에 대해서 알아볼까요?

 

[태양의 내부]

태양의 내부는 핵, 복사층, 그리고 대류층으로 이루어져 있습니다. 가장 안쪽에 핵이 존재하고 순서대로 복사층, 대류층이 존재하죠. 

 

[1.핵]

태양의 핵에서는 수소 핵융합 반응이 일어납니다. 수소 핵융합 반응이란 수소 4개가 뭉쳐서 하나의 헬륨이 되는 반응입니다. 그런데 핵융합 반응이 일어날 때 약간의 질량의 손실이 일어나면서 에너지의 방출이 일어납니다. 이런 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 보통 섭씨 수억 도가 필요하죠.

 

그러나 태양의 핵 중심부의 온도는 이보다 훨씬 낮은 온도인 1667만도 밖에 안됩니다.

하지만 태양의 핵 중심부는 2600억 기압이라는 높은 기압의 상태가 유지가 되기 때문에 낮은 온도에서도 안정적으로 핵융합이 일어날 수 있는 것입니다.

 

[2.복사층]

이렇게 수소 핵융합 반응을 거쳐 생성된 에너지는 복사층을 거쳐 바깥으로 이동합니다. 이때 복사층에서의 에너지 전달은 복사 전달을 통해 이루어지죠. 복사 전달이란 쉽게 말해 고온의 물체에서 방출된 광자가 다른 물체에 흡수되어 에너지를 전달하는 현상입니다. 복사층을 거친 에너지는 대류층으로 이동합니다. 

 

[3.대류층]

대류층에서의 에너지 전달은 대류 현상을 통해 이루어집니다.

대류 현상이란 쉽게 말해 액체나 기체가 부분적으로 가열될 때 뜨거운 것은 위로 올라가고 차가운 것이 아래로 내려오는 현상입니다. 이 대류현상을 통해 태양의 에너지는 대류층 상층부를 거쳐 태양의 표면에 도착하게 됩니다.

 

그런데 태양의 핵에서 생성된 빛이 태양의 표면까지 도착하는 이 과정은 약 17만 년이라는 시간이 걸립니다. 빛의 속도라면 약 2초 정도 걸려야 하는 거리지만 태양의 내부에서 엄청난 양의 전자들과 부딪히면서 빛의 이동거리가 길어졌기 때문입니다.

 

또한 고에너지 파장인 감마선 형태로 방출된 핵융합 에너지는 태양 내부에서 여러 입자 사이에서 반사되어 떠돌면서 에너지를 많이 잃어 태양의 표면에 도착할 즈음에는 가시광선의 형태로 변하게 됩니다.

 

[태양의 대기]

이번에는 태양의 더 바깥 부분인 태양의 대기에 대해 알아볼까요?

천문학자들은 태양의 대기를 안쪽부터 순서대로 광구, 채층, 코로나로 구분하고 있습니다.

 

[4.광구]

광구는 태양의 표면을 뜻하는 말로 육안으로 볼 수 있는 부분입니다.

현대에 와서 정해진 광구의 정확한 정의는 약 50%의 빛이 산란되지 않고 투과할 수 있는 깊이까지를 말하죠. 광구는 대류층 위에 존재하고 온도는 약 5800K 정도 됩니다.

 

광구에서 보이는 현상 중에는 흑점이라는 것이 있습니다. 흑점은 강한 자기장이 형성된 부분에 에너지 전달이 방해되어 주변보다 낮은 온도를 가지게 되어 어둡게 보이는 것인데요. 흑점은 망원경으로 겨우 관찰되는 작은 흑점부터 지구보다 큰 크기를 가진 흑점까지 그 크기가 다양합니다.

 

광구에서 나타나는 또 다른 현상은 쌀알무늬 현상입니다. 쌀알무늬는 광구의 바로 아래에서 일어나는 대류현상 때문에 일어나는 현상입니다. 이 쌀알무늬는 고온의 가스가 상승하면 밝게 보이고 저온의 가스가 하강하면 어둡게 보이죠.

 

[5.채층]

채층은 광구의 바로 바깥쪽에 있는 붉은 대기층입니다. 채층은 광구가 너무 밝은 탓에 보이지 않지만 개기일식 때 고리 모양의 모습으로 볼 수 있죠. 채층에서는 홍염과 플레어라는 두 가지 현상을 확인할 수 있습니다.

 

홍염은 채층에서 코로나까지 솟아 올라가는 불꽃 모양의 가스입니다.

이 불꽃의 주성분은 대부분 수소 원자로 이루어져 있으며 평균적인 크기는 높이 3만 km, 길이 20만 km, 폭은 500km에 이릅니다. 지구의 몇 배의 크기를 가진 거대한 불기둥이라고 생각하시면 됩니다.

 

채층에서 확인할 수 있는 또 다른 현상인 플레어는 엄청난 양의 빛과 에너지가 갑작스럽게 방출되는 현상으로 태양 표면에서 일어나는 현상 중 가장 강력한 폭발 현상입니다.

 

플레어 현상이 나타날 때 X선 같은 고에너지 전자기파를 많이 내뿜는데 이때 방출된 전기를 띤 입자들은 2~3일이면 지구 상공에 도달하게 됩니다. 이렇게 우주로 방출된 고에너지 입자들이 엄청난 속도로 퍼져나가는 것을 태양풍이라고 합니다. 이때 방출되는 질량은 초당 100만 톤에 이릅니다. 그 결과 지자기 폭풍이나 통신교란을 일으키기도 하고 인공위성의 운용에 큰 차질을 가져오기도 합니다.

 

이 전기를 띤 입자들은 지구의 극지방에서 공기 입자와 부딪히면 빛을 내게 됩니다. 이때 부딪히는 공기와 성분에 따라 파장이 다른 여러 가지 빛이 나오는데 이를 오로라라고 합니다. 채층에서는 잔디처럼 삐쭉삐쭉한 형태로 관측에는 스피큘이라는 가스 기둥이 관찰되기도 하죠.

 

[6.코로나]

코로나는 태양의 대기 중 가장 상층부에 존재하는 진줏빛의 가스층입니다. 코로나의 온도는 태양의 표면 온도의 수 백배인 200만 K까지 도달하기도 합니다. 코로나도 채층처럼 일식이 진행되는 경우에 관측할 수 있는데 코로나의 모양을 보고 태양의 활동이 얼마나 활발한지를 알 수 있습니다. 태양의 활동이 활발하지 않을 때는 코로나가 적도 쪽으로 퍼져 극지방에서 깃털 같은 무늬만 관측되죠.

 

[태양의 일생] 태양을 비롯한 별들에게도 탄생의 과정이 있고 죽음의 과정이 있습니다. 사람들의 인생이 다른 것처럼 별들의 일생도 조건과 환경에 따라 다르죠. 지금부터는 태양을 비롯한 별들이 어떻게 탄생하고 어떻게 죽음에 이르는지를 포함한 태양의 일생에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

[1.원시별의 탄생]

별과 별 사이에 있는 성간 공간에는 진공의 상태가 아니라 수많은 먼지와 수소 기체 등으로 이루어져 있는 성간물질이 존재합니다. 그리고 성간물질은 우주에 균일하게 분포되어 있지 않아 밀도가 높은 지역이 존재하죠. 이런 지역을 성간운이라고 부릅니다. 성간운에서는 중력 수축에 의해 물질들이 서로를 끌어당겨 밀도와 중심온도가 높은 중심핵을 형성하게 됩니다.

 

이 수축으로 인해 만들어진 원시 태양은 가스 수축에 필요한 최소 질량을 초과하면 물질을 분산시키려 하는 가스압의 힘을 이기게 됩니다. 이때 가스 수축에 필요한 최소 질량은 온도와 비례하고 밀도에 반비례하게 됩니다. 가스가 수축할 때 에너지는 쉽게 빠져나가지만 밀도가 증가하면서 수축에 필요한 최소 질량이 줄어들게 됩니다. 결국 수축에 필요한 최소 질량이 줄어들은 가스는 수축이 쉽게 이루어지게 되고 원시 태양이 탄생하게 되는 것입니다.

 

[2.주계열성 1기]

최소 질량을 만족하는 원시 태양은 일생의 대부분을 차지하는 주계열의 단계로 진입하게 됩니다. 항성이 될 수 있는 최소 질량은 태양의 약 7% 정도인데 이보다 질량이 부족하면 주계열성으로 진화하지 못하고 갈색왜성이 되죠. 주계열에 들어선 태양은 수소 핵융합반응을 통해 중력과 압력이 평행을 이루는 안정한 상태로 지내게 됩니다.

 

이 주계열의 상태에 머무는 기간은 별의 질량과 관계가 있습니다. 질량이 큰 별은 빠르게 핵융합이 일어나 짧은 수명을 가지게 되고 질량이 작은 별은 핵융합이 천천히 일어나 긴 수명을 가지게 됩니다. 참고로 태양의 나이는 현재 45억 6700만 살이며 약 109억 살까지 주계열 단계에 머물 것으로 예상하고 있죠.

 

주계열 단계에 들어선 태양은 수소 핵융합으로 생긴 복사압으로 인해 점점 팽창하면서 광도가 증가하게 됩니다. 이때 팽창하는 태양은 지구나 화성까지 삼켜버릴 수도 있습니다. 또한 뜨거워진 지구에 있는 생물들은 모두 멸종되죠. 오랜 시간 팽창하던 태양은 수소가 고갈되어서 수소 핵융합을 끝내고 적색거성이 됩니다.

 

[3.적색거성 1기]

적색거성은 핵융합이 끝나 복사압이 줄어들어 중력을 이기지 못해 급격히 수축하기 시작합니다.

 

[4.주계열성 2기]

적색거성의 수축은 온도와 밀도의 증가를 야기하게 되고 1억 도가 되면 헬륨이 3개 모여 탄소를 만드는 헬륨 핵융합 반응이 일어나기 시작합니다. 탄소와 헬륨이 결합해 산소를 만들기도 하죠.

 

하지만 1억 도가 넘는 높은 온도에서의 헬륨 핵융합 반응은 빠르게 일어나기 때문에 이 기간은 오래 유지되지 않고 고작 1억 1천만 년 만에 연료가 고갈되게 됩니다.

헬륨 핵융합으로 생긴 복사압으로 인해 팽창한 태양은 다시 적색거성이 됩니다.

 

[5.적색거성 2기] 적색거성은 다시 수축하기 시작하고 질량이 부족한 태양은 탄소를 융합할 수 있을 만큼의 온도를 가지지 못하게 됩니다. 물론 질량이 더 충분한 별들은 계속해서 진화를 거듭해 탄소 핵융합, 규소 핵융합 등의 과정을 거치게 되죠. 결국 태양은 계속 수축하여 어마어마한 밀도를 가지게 됩니다. 적색거성은 수소와 헬륨 등으로 이루어진 외부층을 우주로 방출하여 행성상 성운을 남기게 되고 백색왜성이 됩니다.

 

[6.백색왜성] 죽은 별의 잔해인 백색왜성은 시간이 감에 따라 점점 식게 될 것입니다. 그리고 다 식으면 흑색 왜성이 되어 그저 우주를 외로이 떠돌아다니겠죠.

간략히

 

 

***  ☀️  태양이라는 이름의 별 (한국천문연구원)

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•2016. 3. 18.

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태양이라는 이름의 별