잠시 쉬어가며...경이로운 우주(2)-은하,태양계,태양 및 태양계의 행성들, 영화 ＜인터스텔라＞의 ost를 들으면서

[블라디고]

* 한스 짐머가 작곡한 영화 <인터스텔라>의ost, 음악이 끝나면 왼쪽의 First Step을 클릭하면 음악을

  오래 들을 수 있습니다

지난번 <경이로운 우주(1)편>에 이어 (2)편을 올립니다. 이번에는 우주의 탄생 이후 <은하의 탄생>,<태양계의 탄생>과 태양계를 구성하는 태양,수성,금성,지구,화성,목성,토성의 특징 등에 관하여 알아보기로 합니다.

* 밤하늘의 은하수

[ 우주,지구 그리고 천문학의 간추린 약사 ]

< 우주의 간추린 약사>

* 137억 년 전 : 순간적인 대폭발(이른바 빅뱅,Big Bang), 우주가 시작되다

* 10의 -36초 후 : 우주의 급속 팽창

* 1백만 년 후 : 우주가 투명해져 볼 수 있게 되다

* 3억 년 후 : 별과 은하가 형성되다

* 45억 년 전 : 태양계가 형성되다

<지구의 간추린 약사>

* 40억 년 전 : 번개가 치기 시작하고 지구 초창기의 원시 대기가 아미노산을 만들어내다. 연이어 단백질의 막을 형성하고 생명체를 이루는 기초가 되다

* 36억 년 전 : 단세포 동물이 번식하다

* 10억 년 전 : 벌레(지렁이,회충류), 해파리, 수초류가 번창하다

* 5억 7천만 년 전 : 골격이 단단한 생물체가 화석에서 다수 발견되다

* 3억 6천 만 년 전 : 척추동물이 등장하다

* 2억 4천8백만 년 전 : 초기 공룡이 등장하다

* 6천5백만 년 전 : 소행성이 멕시코 유카탄 반도 북쪽에 떨어져 공룡이 멸종하다

* 3백만년 전 : 인류(유인원류)가 출현하다

* 20만년전 : 호모 사피엔스(오늘날의 인간 원조)가 등장하다

<천문학의 간추린 약사>

* 1483년 : "지구와 다른 행성들이 태양을 중심으로 돈다"는 '태양 중심설'을 주장한 코페르니코스 탄생하다

* 1610년 : 갈릴레이가 자신이 만든 망원경으로 목성, 토성의 고리, 금성의 위상, 은하수의 무수한 별들을 관측하다

* 1665년 : 뉴턴이 '만류인력의 법칙(중력의 법칙)'을 발견하다

* 1914년 : 아인슈타인이 일반상대성 이론을 발표하다. 그는 이 이론을 통해 빛도 중력에 의해 휘어진다는 가설을 제시했다

* 1919년 : 3월 29일, 일식 중에 관측된 별을 이용하여 아인슈타인의 이론 즉 “빛이 중력에 의해 휘어진다“는 사실이 증명되다

* 1929년 : 허블이 우주가 팽창하고 있다는 사실을 발견하다

* 1948년 : 조지 가모프가 빅뱅 이론을 발표하다

[ 은하 ]

빅뱅 이후 우주가 팽창함에 따라 우주를 이루던 뜨거운 기체가 식어져갔습니다. 그 기체의 밀도는 곳에 따라서 무작위하게 조금씩 달랐습니다. 기체가 충분히 식자, 밀도가 높은 구역 각각이 중력에 의해서 쪼그라들어 은하(galaxy, 별들과 행성들과 별들 사이에 흩어진 기체로 이루어진 거대한 집단)가 탄생했습니다.

현재까지 인류의 가시권에 들어온 은하는 대략 1조 개로 알려져 있습니다. 가장 큰 은하들은 몇조 개의 별을 포함하며 지름은 약 100만 광년에 달합니다. 가장 작은 은하들은 약 1,000만개의 별을 포함하며 지름은 1,000광년입니다.

[ 우리 은하(Milky Way Galaxy) ]

* 우리 은하(은하수)

우리 은하는 다른 말로 은하수라고도 합니다. 은하수를 구성하는 별들의 분포를 이용하여 밝혀 낸 우리 은하는 중심 근처에 막대가 있으며, 그 바깥쪽에 나선 팔이 있는 막대 나선형 은하입니다. 태양과 같은 별들이 약 2,000억 개나 있습니다. 우주 공간에서 소용돌이를 일으키며 회전하는 거대한 별의 집단이 바로 우리 은하의 모습입니다.

우리 은하의 지름은 약 10만 광년입니다. 즉 빛의 속력으로 10만 년을 가야만 우리 은하의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 갈 수 있다는 말이죠. 원반의 두께는 약 1.5만 광년이며, 태양계는 우리 은하의 중심부에서 약 3만 광년 떨어진 곳에 위치하고 있습니다.

한편, 우리 은하의 별들은 은하의 중심을 기준으로 공전합니다. 태양계는 은하 중심을 약 2억 3,000만 년 정도의 주기로 공전하며, 중심 부근은 공전 속도가 더욱 빨라서 2,000만 년 정도입니다.

우리 은하에서 가장 가까운 대형 은하의 이름은 안드로메다 은하입니다. 지구에서 250만 광년 떨어져 있으며, 약 1조 개의 별을 포함하며 지름은 약 10만 광년입니다. 우리 은하와 안드로메다 은하는 크기, 모양, 보유한 별의 개수가 쌍둥이처럼 닮았습니다.

* 안드로메다 은하

[ 태양계의 탄생 ]

약 45억 년 전, 태양은 막 타오르기 시작했고, 갓 태어난 태양계는 새로 만들어진 항성(태양) 주위를 빙빙 도는 기체와 먼지의 원반에 불과했습니다. 이 원반에는 수백만 년에 걸친 아주 느린 과정을 거친 후 우리 태양계의 행성과 위성이 될 물질들이 모두 들어 있었습니다.

행성들은 갓 태어났을 때에는 작은 크기였으나 서서히 주변의 먼지와 기체를 끌어 모아 커져갔습니다. 이후 중력에 의해 크기는 더욱 빨라졌고 마침내 현재의 행성들이 형성되었습니다.

* 태양계의 행성들(왼쪽부터 수성,금성,지구,화성,목성,토성,천왕성,해왕성)

우리 태양계의 행성은 가스형 거대 행성, 지구형(고체형) 행성으로 나누어집니다. 가스형 거대 행성은 목성,토성,천왕성,해왕성이며 지구형(고체형) 행성은 수성,금성,지구,화성을 말합니다.

지구형 행성이 만들어진 것은 태양과 가까이 있는 원반에 바위가 많았기 때문일 것입니다.

[ 태양계의 어머니, 태양 ]

* 태양, 오른쪽에 툭 불거져 나온 것은 홍염이라고 불리우는 고온가스 분출 현상입니다

태양 질량의 약 4분의 3은 수소가 차지하고, 나머지 4분의 1은 헬륨으로 되어 있습니다. 그 외에 철, 산소, 탄소, 네온과 같은 좀 더 무거운 원소가 2퍼센트 가량이 됩니다. 이토록 간단한 구성 요소들이 모여 빙글빙글 돌아갈 뿐이지만, 태양은 지구보다 33만배나 무겁습니다.

태양은 기체도,액체도,고체도 아니면, 제4의 물질 형태인 플라스마로 이루어져 있습니다. 구태여 이야기하자면 기체 상태에 가깝다고 할 수 있겠습니다.

태양의 중심핵은 온도가 섭씨 1,500만도에 이르며, 이곳에서 핵융합반응이 일어나면서 태양 에너지의 대부분을 만들고 있습니다. 태양 빛(광자)이 지구상의 우리 눈까지 들어오는데 8분 남짓 걸리지만 정작 태양의 중심핵에서 출발하여 표면에 이르기까지 1만년에서 길게는 17만년 정도 걸리는 것으로 추정되고 있습니다.

태양과 지구의 거리는 1억 5,000만 킬로미터이며 태양의 빛이 지구에 도달하기까지 8분이 걸립니다. 태양은 뜨거운 기체 공이며 중심부에서 핵연료(수소)를 태워서 열을 냅니다. 태양의 지름은 지구보다 10배 더 큽니다. 태양 안에 지구가 100만개는 들어갈 수 있습니다.

태양을 제외한 태양계 내의 모든 행성, 왜소행성, 위성과 소행성을 다 끌어모아도 그 총질량은 태양 전체의 질량의 0.5퍼센트도 안됩니다. 표면에는 플레어들(Flares,태양의 폭발), 열점들(hot spots), 온도가 비교적 낮은 지점들이 있습니다.

지구를 비롯한 8개의 행성들이 태양 주위를 타원궤도로 돌고 있습니다. 그밖에 많은 왜소 행성들(가장 유명한 것은 명왕성)과 혜성들, 소행성과 유성체라고 부르는 더 작은 바위 덩어리들이 태양 주위를 돌고 있습니다.

태양계는 태양보다 1,000배 더 큽니다. 태양에서부터 태양계 끝까지의 거리는 150억km되며 이에 따라 빛이 태양계를 가로지르려면 11시간이 걸립니다. 태양 말고 가장 가까운 별은 프록시마 센타우리로 태양계로부터 4.24광년 떨어져 있습니다.

* 태양의 구조

[ 태양의 죽음 ]

태양과 지구의 나이는 약 45억 년입니다. 우주의 나이에 비하면 약 3분의 1인 셈이죠. 앞으로 65억 년 정도가 지나면 태양은 중심부의 핵연료(수소)를 다 써버리게 될 것입니다. 그러면 태양은 중심부를 둘러싼 껍질에 있는 연료를 태우기 시작할 것이고, 태양의 표면은 팽창하여 지구를 삼키며 태워버릴 것입니다.

그 껍질의 연료마저 소진되면, 태양은 쪼그라들어 덩치는 지구와 비슷해지지만, 밀도는 100만 배 높은 백색왜성이 될 것입니다. 백색왜성은 수백억년에 걸쳐 차츰 온기를 잃어 조밀하고 어두운 재가 됩니다.

* 태양의 일생

[ 태양계의 행성들 : 수성,금성,지구,화성,목성,토성 ]

* 행성들의 크기(큰 행성들-왼쪽부터 목성,토성 아래 천왕성,해왕성, 아래 지구, 금성,화성 수성)

< 저주받은 행성, 수성 >

수성은 태어날 때부터 저주를 받은 것이나 다름없었습니다. 지난 45억 년 동안 무수한 소행성과 혜성의 폭격을 맞았습니다. 지구는 그런 폭격을 막아주는 담요(대기권)가 있지만, 수성은 자신을 방어할 수단이 전혀 없었던겁니다.

벌거벗은 수성에 운석이 날아들 때 그것을 잘게 부수거나 속도를 늦춰줄 대기권이 없는 거지요. 이는 크기가 너무 작아 대기권을 붙들어 맬 중력이 작은데다가 태양과 가까워 너무 뜨거워 이렇다 할 대기를 지닐 수가 없었습니다.

수성의 사진을 보면 소행성과 혜성들로 무수하게 두들겨 맞은 자국이 가득합니다.

< 지구의 끔찍한 쌍둥이, 금성 >

금성은 지구의 밤하늘에서 가장 밝게 빛나는 행성으로 태양과는 약 1억 800만 킬로미터 떨어져 있습니다. 일출 직전이나 일몰 직후에 가장 밝아지기 때문에 인류가 오래전부터 주목했던 천체였습니다.

지구와 똑같은 물질로 이루어졌으며,크기도 질량도 거의 비슷하지만 유사점은 여기까지입니다. 금성은 황산으로 이루어진 두꺼운 구름이 강한 바람에 이끌려 다니는 지옥과도 같습니다. 지표면의 온도는 납을 녹일 정도로 뜨겁습니다.

얼핏 보기에는 서로 유사해 보이는 두 행성(지구와 금성)이 이렇게 끔찍하게 다른 주된 이유는 금성의 대기 때문입니다. 즉 금성의 대기는 온실가스(이산화탄소와 수증기)로 가득차 있습니다.

지구보다 태양과 가까운 금성은 점점 더 뜨거워지면서 먼 옛날에 바다가 있었지만 모두 증발해 버렸고, 증발한 물은 수증기가 되어 대기에 보태졌습니다. 또한 수천 개의 화산에서 이산화탄소가 뿜어져 나와 금성의 대기는 더욱 답답해졌습니다. 오랜 세월이 흐르면서 대기는 점점 더 뜨거워졌고 천천히 질식사했던 겁니다.

< 태양계의 기적, 지구 >

태양계는 인간이 살기에는 부적합한 곳입니다. 그동안 우리가 탐사해 온 행성과 위성들은 하나같이, 가장 가까운 이웃에서부터 태양계의 가장 가장 먼 가장자리를 지키는 천체에 이르기까지, 극한의 환경을 지니고 있습니다.

우리가 발견한 세계들은 뜨겁기 짝이 없는 열기와 얼어붙은 냉기, 엄청난 압력을 받아 형성된 풍경, 행성의 크기와 맞먹는 초대형 폭풍으로 가득합니다.

이렇게 적대적인 세계 속에 우리의 지구는 가혹한 태양계 속 고요한 오아시스처럼 자리 잡고 있습니다. 이 엄혹한 우주 공간에서 우리를 격리하여 보호해 주는 것은 우리 머리 위에 있는, 필름처럼 얇디얇은 덮개인 대기권입니다.

우리의 일상생활 속에서 지구의 대기권을 떠올릴 일은 별로 없지만, 이 가늘고 푸른 선 때문에 우리는 숨 쉴 수 있는 공기, 마실 수 있는 물, 살아갈 수 있는 환경을 누리고 있는 것입니다.

대기권은 부드러운 담요처럼 태양의 열기를 붙잡아두면서도 해로운 방사능을 막아줍니다. 대기권이 간직한 산소,물,이산화탄소 등은 서로 다른 수백만 종의 생명체가 지구에서 살아갈 수 있게 해주는 토대인 것입니다.

* 지구를 둘러싸고 있는 푸르고 가는 띠,대기권

그러나 이 대기권도 태양풍(태양의 표면에서 이따끔씩 어마어마한 폭발로 생기는 현상) 한방이면 날아가 버립니다. 이 태양풍을 방어하는 것이 지구의 자기장인 것입니다. 이 자기장이 강력한 태양풍을 대부분 튕겨내고 있습니다. 이 자기장이 바로 우리 지구를 보호해 주는 눈에 보이지 않는 보호막인 것입니다.

태양풍과 자기장의 충돌을 보여주는 것은 이른바 '북극광'이라고도 부르는 '오로라'인 것입니다. 지구의 자기장에 관하여는 아래 화성에서 잠깐 설명합니다.

* 각종 오로라

< 대기권을 잃어버린 화성 >

화성은 태양계의 행성 중에서도 생명체가 있을 확률이 가장 높을 것이라고 짐작되던 천체였습니다. 그러나 1976년 나사에서 쏘아 보낸 바이킹 호가 화성에 착륙하면서 이러한 가설은 무너졌습니다. 이와같이 화성에 생명체가 없는 것은 바로 화성에는 대기권이라고 할 만한 것이 없기 때문이었습니다.

화성의 기압은 지구 기압의 1퍼센트에도 미치지 못할 정도로 빈약하기 이를 데 없습니다. 대기가 없다보니 수성과 마찬가지로 운석의 공격을 막아낼 방도가 없었던 겁니다. 또한 지구의 대기권내의 오존층도 존재하지 않아 생물들에게 치명적인 자외선을 흡수할 수 있는 장치가 안되어 있기 때문이었습니다.

화성이 대기를 잃어버린 이유는 태양이 미치는 막강한 힘에 휘둘렸기 때문입니다. 태양이 내뿜는 태양풍은 엄청나게 뜨거운 데다 무시무시한 속도로 우주공간을 가로지르곤 합니다. 우리의 지구도 이런 태양풍이 대기권을 날려 보낼 수가 있지만 다행히 지구는 자기장이라는 눈에 보이지 않는 강력한 방어막에 둘러싸여 있어 대기권을 보존하고 있습니다.

지구자기장은 지구 중심부에 있는 녹은 철로 된 핵에서 나오며, 지구로 오는 태양풍 대부분을 막아낼 정도로 강력합니다. 이것이야말로 지구와 화성의 극명한 차이인 것입니다.

화성이 자기장을 잃어버린 것은 오랜 세월 전에 화성 내부의 핵이 열을 잃어버리면서 녹은 상태였던 철의 핵이 고체로 굳어졌습니다. 녹은 철의 흐름에 따라 생기는 전류가 더 이상 흐르지 않게 되자 자기장도 사라져 버리게 된 것입니다.

< 격렬한 폭풍에 시달리는 목성 >

목성은 지름이 14만 킬로미터나 되는 태양계 내에서 가장 큰 행성입니다. 목성 안에 지구가 1,300개가 들어가고도 남습니다. 목성은 주로 수소와 헬륨으로 이루어진, 사실상 거의 대기뿐인 행성입니다.

목성은 지구의 대기권같은 가늘고 푸른 선이 없습니다. 목성의 대기권은 두께가 수천 킬로미터나 되고, 끊임없이 부글거리면서 엄청난 규모의 폭풍을 계속 만들어내고 있습니다.

고도에 따라 네 개의 층으로 나누어지며, 끊임없이 저기압, 폭풍, 번개를 일으키고 있는 것입니다.

< 아름다운 고리를 가진 행성, 토성 >

토성은 태양에서 14억 킬로미터 떨어진 태양계에서 여섯 번째 행성입니다. 태양 주위를 한 바퀴 도는 데 약 30년이 걸리지만 토성의 하루는 10시간 반 남짓합니다. 토성은 태양계에서 목성 다음으로 크지만 질량은 지구의 95배에 불과합니다. 이는 토성의 밀도가 놀라울 정도로 낮기 때문이죠.

토성이 이렇게 밀도가 낮은 이유는 그 구성요소 때문입니다. 토성도 주로 수소와 헬륨으로 되어 있습니다. 태양계의 외행성인 목성, 천왕성,해왕성과 마찬가지로 토성도 가스형 행성입니다. 태양계의 내행성은 수성,금성,지구,화성을 말합니다.

* 토성의 고리

토성은 아름다운 고리를 가진 행성으로 널리 알려져 있습니다. 토성의 고리는 수백개의 고리로 이루어져 있는데 이 각각의 고리는 수억 개의 얼음 조각으로 이루어져 있습니다.

지구에서 보아도 그렇게 밝게 빛나는 이유는 얼음 입자들이 거의 순수한 물로 이루어져 있기 때문입니다. 얼음 조각 대부분은 1센티미터보다 작고 그중 다수는 미크론 단위의 미세한 얼음 파편이지만, 빙산이나 집 몇 채만큼 큰 것도 있고, 폭이 1킬로미터가 넘는 것도 있습니다.

[변호정]

고회장 덕분에 최고의 천문학 지식을 알게되었슴