태양은 태양계 전체의 운명을 짊어지고 있다
은하계를 구성하는 약 2000억 개의 항성 중의 하나인 태양. 태양에는 태양계의 전체질량의 99.86%가 집중되어 있다. 지름은 약 140만 km로서 지구의 약 109배나 되고,최대 행성인 목성과 비교해도 지름 약 10배, 질량 약 1000배로 거대하다. 그 거대함으로 모든 태양계 천체를 중력의 힘으로 자신의 주위로 끌어당기고 있다. 주계열성으로서의 수명은 100억 년 태양계의 표면은 약 5800K(절대 온도)로, 사방으로 복사(輻射)되는 에너지는 매우 엄청나다.
그 엄청난 에너지는 태양 중심부에서 활발하게 진행되는 열 핵융합 반응으로 조달되고 있다. 중력에 의하여 심하게 압축된 중심부는 고온·고밀도이고, 4개의 수소원자핵이 1개의 헬륨 원자핵으로 변하는 핵융합이 일어나고 있다. 태양은 아주 거대하기 때문에, 매일 대량의 수소가 헬륨으로 바뀌어도 앞으로 50억 년 이상은 현재상태 그대로 수소 연소 단계의 별, 주계열성으로서 계속 빛날 수 있다. 약 46억 년 전에 탄생한 태양은 지금 장년기를 맞이하였다고 할 수 있다.
태양 뉴트리노로 내부 구조를 본다
태양처럼 안정된 항성의 내부 구조는, 중심부에서 일어나고 있는 열 핵융합 반응에 의한 에너지의 발생과 열의 흐름 등으로 알 수 있다. 계산은 이보다 복잡하지만 컴퓨터의 발달로 좀더 자세하게 계산할 수 있게 되었다.
그리고 1970년경에는 태양 내부의 ‘표준 모델’이 구축되기에 이르렀다. 표준 모델에 따른 태양은 열 핵융합 반응이 진행 중인 ‘중심핵’, 열복사로 에너지를 밖으로 운반하는 ‘복사층’, 대류로 에너지를 밖으로 운반하는 ‘대류층’의 세 층으로 구성된다. 그렇다면 관측으로 이 모델이 옳다는 것을 입증할 수 있을까?
중심부에서 일어나는 열 핵융합 반응에서는 뉴트리노(neutrino), 즉 중성 미자가 생성되고 있다. 뉴트리노는 보통의 물질과 거의 상호 작용을 하지 않으므로 태양을 무사히 빠져 나와 지구에 도달한다. 이것을 검출하면, 태양의 중심부를 직접 ‘보는’ 것이 가능해진다.
또 하나의 태양 내부 진단법은, ‘일진학(日震學)’이다. 태양 표면의 미세한 진동 모습에 착안하여 마치 지진의 파(波)의 전달 방식으로 지구의 내부를 조사하는 것처럼, 태양 내부로 전달되는 파의 빠르기를 재서 내부의 온도나 밀도 등의 분포를 살피는 것이다.
1995년에 유럽과 미국의 우주 기관이 공동으로 태양 관측 위성 SOHO를 발사하여,‘일진학’적인 수법으로 태양 내부를 조사하고 있는데, 표준 모델은 대충 옳은 것 같다.
태양의 자기 활동과 코로나
태양은 ‘코로나’라는 100만 K 이상의 초고온으로 가열된 희박한 바깥층 대기로 둘러싸여 있다. 코로나는 천천히 조금씩 팽창하여, 마지막에는 매초 400km 이상의 초음속 태양풍이 되어 태양계 공간을 빠져 나간다. 이 초고온 때문에 코로나에서는 대부분의 원자가 거의 완전하게 전리(電離)되어 전기가 전해지기 쉬운 이상적인 플라스마 유체이다.
한편 적도를 사이에 두고 남북 5。에서 40。의 범위에서는 크고 어두운 점인 흑점이 나타난다(흑점대). 이것은 대류권에서 일어나는 다이너모 작용에 의하여 만들어진 강한 자기력선의 다발이 떠올라 광구면(光球面)을 가로지른 것이다.
전기를 흐르게 하기 쉬운 유체는 자기력선과 강하게 결합하고, 서로 상대를 끌어당기는성질이 있다. 태양 내부에서는 유체의 흐름이 지배적으로, 대류 운동에 의하여 자기력선을 비틀어 올리지만, 반대로 코로나에서는 자기력선이 희박한 플라스마 유체를 지배한다. 이러한 복잡한 과정으로 플레어(flare) 폭발이나 프로미넌스(홍염)의 돌발적인 분출 등이 일어난다. 그러면 태양풍은 심하게 교란되어, 지구에서는 자기 폭풍이 일어나고 극지에서는 오로라가 난무하게 된다.
2000년을 향하여 증가하는 태양 흑점 (이글은 1999년에 쓰여졌음을 알려드립니다)
지구에서 관측할 수 있는 흑점의 수는 약 11년 주기로 증감을 되풀이한다. 2000년은 흑점의 수가 최대가 되는 태양 활동의 극대기이다. 극대기에는 큰 플레어가 자주 발생하고 태양풍은 심하게 교란된 상태가 될 것으로 예상하고 있다. 높은 에너지 입자인 태양 우주선이 날아와 우주 비행사의 건강을 위협하거나 인공 위성의 일렉트로닉스 소자(素子)에 이상을 일으키기도 한다. 일반 시민 생활이 ‘우주 공간’에 설치된 방송ㆍ통신 설비에 의존하고 있는 현대에는, 태양 활동이 시민 생활에 직접적인 영향을 준다고 할 수 있다. 수백 년이라는 시간 스케일로 본다면 17세기의 소빙하기라는 한랭한 시대에는, 태양면 위에 흑점이 거의 나타나지 않았다. 이것은 태양의 자기 활동이 둔해지면 지구는 한랭화된다는 것을 의미한다. 이러한 현상의 인과 관계까지는 아직 모르지만 태양 활동이 지구의 기후를 지배하고 있다는 것은 확실하여, 태양 활동의 상시 관측은 꼭 필요하다.
태양 탐사
파이어니어 5호-미국 태양계 탐사선
발사: 1959년 3월 11일 태양 탐사선이 태양궤도에 보내짐.
파이어니어 6호-미국 태양 탐사선 - 63.4 kg
발사: 1965년 12월 16일 파이어니어 6호는 현재까지도 자료를 전송해 오고 있음.
파이어니어 7호-미국 태양 탐사선 - 63 kg
발사: 1966년 8월 17일 이 탐사선은 최근에 임무를 마침.
파이어니어 8호-미국 태양 탐사선 - 63 kg
발사: 1967년 12월 13일 파이어니어 7호는 현재도 자료를 보내오고 있음.
파이어니어 9호-미국 태양 탐사선 - 63 kg
활동: 1968년 11월 8일 - 1987년 3월 3일 아직 태양 궤도에 있지만 탐사활동은 중지했음.
스카이 랩-미국 우주 정거장
발사: 1973년 5월 26일 미국 최초의 우주 정거장으로 1973년부터 1974년까지 3 명의 우주인이 171일 동안 머물면서 아폴로 망원경(ATM: Apollo Telescope Mount))으로 15 장의 태양 사진을 찍었다. 스카이 랩은 1974년에 임무를 종료했고 1979년에 대기권으로 재진입하였다.
익스플로러 49호-미국 태양 탐사선 - 328 kg
발사: 1973년 6월 10일 달 궤도에서 태양의 여러 가지 물리적 성질을 탐사했다.
헬리오스 1호-미국과 독일의 공동 태양 탐사선 - 370 kg
활동: 1974년 12월 10일 - 1975 태양 탐사선이 태양 궤도에 올려져 태양에 4,700만 km까지 접근하였다.
태양계 최대 임무-미국 태양계 탐사선
발사:1980년 2월 14일 태양 최대 임무(Solar Maximum Mission)는 태양의 활동이 극대일 때 플레어와 같은 태양 활동을 탐사하는 임무를 띠고 있었다. 이 우주선은 예정되었던 궤도에 진입하는 데 실패하였다. 1984년에 이 탐사선을 수리하기 위한 탐사선 STS-41C 가 발사되어 성공적으로 수리를 마친 후 1989년 11월 24일에서 1989년 12월 2일까지 성공적인 탐사활동을 했다.
요코-미국, 일본, 영국의 공동 태양 탐사선
발사: 1991년 8월 31일 요코 탐사선은 태양의 플레어가 내는 고에너지 방사선을 탐사하였다.
헬리오스 2호-미국 독일의 태양 탐사선
발사: 1976년 1월 16일 태양에 4,300만 km까지 접근하였다.
율리시스-미국, 유럽의 공동 태양 탐사선- 370 kg
발사: 1990년 10월 6일 율리시스 우주선은 태양의 극지역과 극 상공의 공간을 탐사하기 위한 국제적인 탐사계획이었다. 율리시스는 태양을 도는 타원궤도에 진입하기 위해 목성의 인력을 이용하였다. 1992년 2월 8일에 목성을 지나간 율리시스는 1994년에 최초로 태양의 극지역을 통과했다. 1995년 2월에는 태양의 적도 위를 지났고 1995년 6월에는 북극 상공을 지났다.
소호(SOHO)-유럽의 태양 탐사선
발사: 1995년 12월 12일 본격적으로 태양에 대한 과학적 조사를 하기 위한 SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) 계획은 태양으부터 나오는 빛의 세기와 변화를 자세히 측정하여 태양의 내부 구조를 알아내기 위한 목적으로 진행되었다. SOHO는 또한 태양을 둘러 싼 코로나의 물리적 성질과 태양풍과의 관계에 대해서도 탐사했다. 소호 탐사선은 지구에서 1,500만 km 떨어진 라그랑제 점에서 탐사를 진행했다. 라그랑제점은 태양과 지구의 인력이 상쇄되는 지점이다.
추천하면 태양떨어지고 일본 만 가라앉고 다산다.
