태양 온도·크기·수명 총정리, 태양은 언제 사라질까

NASA 태양동역학 관측소에서 촬영_NASA

 

밤하늘의 별 하나하나가 태양과 같은 항성이라는 말은 자주 듣습니다. 그런데 반대로 생각해 보면 더 놀랍습니다. 우리 태양도 은하에 흩어진 2,000억 개의 별 중 하나에 불과합니다.

 

 

태양 기본 정보

항목	태양	지구 대비
지름	약 139만 km	109배
질량	약 2×10³⁰ kg	33만 배
표면(광구) 온도	약 5,500℃	—
중심핵 온도	약 1,500만℃	—
나이	약 46억 년	지구와 비슷
남은 수명	약 50억 년	—
지구까지 거리	약 1억 5,000만 km	빛으로 8분 20초
자전 주기	적도 약 25일, 극 약 35일	—

 

먼저 규모를 실감해 봅시다. 태양은 태양계 전체 질량의 99.86%를 차지합니다. 목성, 토성을 포함한 여덟 행성과 모든 위성, 소행성, 혜성을 전부 합쳐도 0.14%밖에 되지 않습니다.

태양계란 사실상 태양 하나에 부스러기 몇 개가 딸린 구조입니다.

부피로 따지면 태양 안에 지구가 약 130만 개 들어갑니다.

 

.큰 태양 흑점이 강력한 태양 플레어(X 9.3)와 코로나 질량 방출(2017년 9월 6일)의 원인_NASA

 

태양은 무엇으로 타고 있나

흔히 "태양이 탄다"고 표현하지만, 정확히는 불이 아닙니다. 불은 산소가 필요하고 우주에는 산소가 없습니다.

태양의 에너지원은 핵융합입니다.

중심핵의 온도는 약 1,500만℃, 압력은 지구 대기의 2,500억 배에 달합니다. 이 조건에서 수소 원자핵 네 개가 뭉쳐 헬륨 원자핵 하나가 됩니다.

그런데 여기서 결정적인 일이 벌어집니다. 합쳐진 헬륨의 질량이 원래 수소 네 개의 합보다 0.7% 가볍습니다. 사라진 질량은 아인슈타인의 E=mc²에 따라 에너지로 바뀝니다.

그 규모가 이렇습니다.

• 태양은 매초 약 6억 톤의 수소를 헬륨으로 바꿉니다
• 그 과정에서 매초 약 400만 톤이 순수한 에너지로 사라집니다
• 이 일을 46억 년째 하고 있습니다

sun 태양에서 분출된 코로나 질량 방출(출처:NASA·ESA 공개 이미지 )

 

빛이 태양 밖으로 나오는 데 걸리는 시간

태양에서 지구까지 빛이 오는 데는 8분 20초가 걸립니다. 잘 알려진 사실입니다.

그런데 덜 알려진 사실이 있습니다. 그 빛이 태양 중심에서 표면까지 나오는 데는 수만 년에서 수십만 년이 걸립니다.

태양 내부는 밀도가 극도로 높아서, 중심에서 생긴 광자가 곧장 직진하지 못합니다. 입자에 부딪히고 흡수되고 다시 방출되기를 무수히 반복하며 무작위로 헤맵니다. 몇 밀리미터 가고 부딪히기를 수억 번 되풀이한 끝에야 표면에 도달합니다.

지금 창밖에 비치는 햇빛은 인류가 등장하기 전에 만들어진 에너지인 셈입니다.

 

태양의 구조

안쪽부터 바깥쪽으로 이렇게 되어 있습니다.

층	위치	온도
중심핵	중심~반지름 25%	약 1,500만℃
복사층	25~70%	700만~200만℃
대류층	70~100%	200만~5,500℃
광구	표면	약 5,500℃
채층	광구 바깥	4,000~2만℃
코로나	최외곽	100만℃ 이상

 

여기서 이상한 점이 눈에 띕니다. 바깥쪽으로 갈수록 온도가 떨어지다가, 코로나에서 갑자기 100만℃로 치솟습니다.

난로에서 멀어질수록 따뜻해지는 셈입니다. 상식에 어긋납니다.

이것을 코로나 가열 문제라고 하며, 태양물리학에서 아직 완전히 풀리지 않은 대표적인 수수께끼입니다. 자기장의 재연결이나 파동 에너지 전달이 원인으로 지목되지만 확정된 답은 없습니다.

코로나는 평소에는 태양 본체가 너무 밝아 보이지 않습니다. 개기일식 때 달이 태양을 가리면, 그때 비로소 진주빛으로 퍼지는 코로나가 드러납니다.

태양 흑점은 거의 80,000마일 가로, 지름 위에 10개의 지구 흑점이 배치될 수 있습니다_NASA

 

조선왕조실록에 남은 흑점 기록

태양 흑점을 망원경 없이 관측할 수 있을까요. 가능합니다. 아주 큰 흑점은 맨눈으로도 보입니다. 다만 태양을 직접 보면 위험하므로, 옛사람들은 황사나 옅은 구름으로 태양이 가려졌을 때 관측했습니다.

조선왕조실록에는 태양에 검은 기운이 보였다는 기록이 여러 차례 등장합니다. ‘일중흑자(日中黑子)’ 같은 표현이 쓰였습니다.

이 기록들이 지금 학술적으로 중요한 이유가 있습니다. 망원경 관측이 시작된 것은 17세기부터인데, 그 이전의 태양 활동을 알 수 있는 자료가 동아시아의 사서밖에 없기 때문입니다.

한국, 중국, 일본의 기록을 종합하면 수백 년에 걸친 태양 활동 주기를 복원할 수 있습니다. 관측 도구가 없던 시대의 성실한 기록이, 수백 년 뒤 과학 데이터가 된 셈입니다.

개기일식 동안에만 볼 수 있는 태양의 코로나는 표면에서 흰 플레어로 이루어진 왕관으로 나타납니다_NASA

 

흑점과 11년 주기

태양 표면에는 주변보다 어두운 점이 생겼다 사라집니다. 흑점입니다.

어두운 이유는 온도가 낮기 때문입니다. 주변이 5,500℃인 데 비해 흑점은 3,500~4,000℃ 정도입니다. 그래도 여전히 지구 어떤 물질보다 뜨겁습니다. 단지 주변이 더 밝아서 상대적으로 검게 보일 뿐입니다.

온도가 낮아지는 원인은 자기장입니다. 강한 자기장이 아래에서 올라오는 뜨거운 물질의 흐름을 막아버립니다.

 

11년 주기

흑점의 수는 일정하지 않습니다. 약 11년을 주기로 늘었다 줄었다를 반복합니다.

• 극대기 — 흑점이 많고, 플레어와 코로나 질량 방출이 잦음
• 극소기 — 흑점이 거의 없고 태양이 조용함

극대기에는 태양이 대량의 하전입자를 뿜어냅니다. 이것이 지구에 도달하면 오로라가 화려해지지만, 동시에 인공위성 오작동, GPS 오차, 통신 장애, 심하면 전력망 사고를 일으킬 수 있습니다.

 

 

태양의 최후

태양은 영원하지 않습니다. 다만 흔히 생각하는 방식으로 끝나지는 않습니다.

태양은 초신성으로 폭발하지 않습니다. 초신성이 되려면 태양 질량의 8배 이상이 필요합니다. 태양은 그 기준에 한참 못 미칩니다.

실제 시나리오는 이렇습니다.

1단계 — 약 50억 년 뒤, 중심핵의 수소 고갈
연료가 떨어지면 중심핵이 수축하고, 그 열로 바깥층이 팽창하기 시작합니다.

2단계 — 적색거성
태양은 지금의 100배 이상으로 부풀어 오릅니다. 수성과 금성은 삼켜지고, 지구도 살아남을지 불확실합니다. 설령 물리적으로 남는다 해도 바다는 이미 오래전에 증발했을 것입니다.

3단계 — 행성상 성운
바깥층이 우주로 흩어지며 아름다운 고리 모양 성운을 만듭니다.

4단계 — 백색왜성
남은 중심핵이 지구 크기로 압축됩니다. 이 상태로 수십억 년에 걸쳐 서서히 식어갑니다.

태양의 일생 타임라인

슬라이더를 미래로 밀어보세요.

지금부터 0억 년 후

 

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태양의 나이는 약 46억 년, 주계열성으로서의 총 수명은 약 100억 년으로 봅니다.

 

지구가 먼저 위험합니다

여기서 중요한 점이 있습니다. 50억 년을 기다릴 필요도 없습니다.

태양은 나이를 먹으며 조금씩 밝아지고 있습니다. 약 10억 년 뒤면 지구에 도달하는 에너지가 지금보다 10% 늘어나는데, 이 정도만으로도 바다가 증발하기 시작합니다.

지구가 생명을 품을 수 있는 기간은 앞으로 약 10억 년으로 추정됩니다. 태양의 수명 50억 년보다 훨씬 짧습니다.

 

슈퍼노바 1987A(SN 1987A)라 불리는 이 거대한 초신성은 1987년 2월 23일 발견된 이후 몇 달간 1억 개의 태양에 해당하는 에너지로 불타올랐습니다_NASA

 

자주 묻는 질문

태양은 무슨 색인가요?

흰색입니다. 우주에서 보면 백색으로 보입니다. 지구에서 노랗거나 붉게 보이는 것은 대기가 파란빛을 산란시키기 때문입니다. 해가 지평선 가까이 갈수록 통과하는 대기가 두꺼워져 더 붉어집니다.

태양을 맨눈으로 보면 안 되나요?

절대 안 됩니다. 짧은 시간이라도 망막에 영구 손상을 입을 수 있습니다. 특히 망원경이나 쌍안경으로 보는 것은 극도로 위험합니다. 관측용 태양 필터가 반드시 필요하며, 선글라스나 필름은 소용없습니다.

태양이 사라지면 지구는 언제 알게 되나요?

8분 20초 뒤입니다. 빛과 중력의 영향 모두 광속으로 전달되기 때문에, 그 시간 동안은 아무 일도 없는 것처럼 보입니다.

태양의 자전 주기가 왜 위도마다 다른가요?

태양이 고체가 아니라 플라스마 덩어리이기 때문입니다. 적도 부근은 약 25일, 극지방은 약 35일에 한 바퀴를 돕니다. 이 차등 회전이 자기장을 비틀어 흑점과 11년 주기를 만들어냅니다.

 

마무리

태양은 은하에 흔한 평범한 별입니다. 그 평범한 별이 46억 년간 매초 6억 톤의 수소를 태우며 지구에 에너지를 보내왔고, 앞으로 50억 년을 더 그렇게 할 것입니다.

다만 지구가 그 시간을 다 누리지는 못합니다. 태양이 죽기 훨씬 전에, 태양이 밝아진다는 이유만으로 지구는 살 수 없는 곳이 됩니다.

 

자료 출처

• NASA Solar Dynamics Observatory
• NASA·ESA SOHO 태양 관측 자료
• NASA Solar System Exploration(Sun)
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