태양계-태양Ⅰ

아직도 태양계 형성에 대한 완전한 설명은 나오지 않고 있다. 그동안 태양계의 형성에 대한 많은 설명이 있었지만, 모두 조금씩 모순이 있었다. 1900년대 중반까지 태양계 형성 이론은 아래의 5가지 관측 사실에 근거하고 있었다. 첫째, 태양과 태양계에 있는 천체는 대부분 자전축을 중심으로 같은 방향으로 자전한다. 둘째, 태양계에 있는 천체가 대부분 태양 주위를 도는 공전 방향은 태양의 자전 방향과 같다. 셋째, 위성이 대부분 행성 주위를 공전하는 방향은 행성이 태양 주위를 공전하는 방향과 같다. 넷째, 태양에서 멀어질수록 행성 사이의 거리는 증가한다. 다섯째, 태양계는 원형이다. 위의 관측 사실을 설명하기 위한 이론은 대체로 일원론과 이원론으로 나뉜다. 천문학자들은 대부분 일원론의 설명 가운데서 하나가 옳은 것으로 밝혀질 것이라고 여기고 있다.
일원론은 태양계가 태양 성운이라고 하는 편형한 가스 구름에서 만들어졌다는 믿음에 기초하고 있다. 어떤 일원론에 따르면, 태양계의 모든 천체는 같은 시기에 만들어졌다. 다른 일원론에서는 태양이 먼저 형성되고, 나머지 가스에서 행성과 다른 천체가 생겼다고 한다. 최초의 일원론은 1600년대 초에 프랑스의 과학자이자 철학자인 데카르트가 제안했다. 1700년대 후반에 프랑스의 라플라스는 일원론의 하나인 성운설을 주장했다. 
이원론은 어떤 거대한 천체가 태양 근처를 지나갈 때 태양계가 만들어졌다는 믿음에 기초하고 있다. 이원론에 따르면, 지나가던 천체의 중력이 태양에서 긴 가스 흐름을 끌어냈고, 바로 이 가스에서 행성과 다른 천체가 만들어졌다는 것이다. 최초의 이원론은 1700년대 프랑스의 과학자인 뷔퐁이 주장했다. 뷔퐁은 태양 옆을 지나간 천체를 혜성이라고 믿었는데, 그 크기가 별 정도일 것으로 잘못 생각했다. 미국의 천문학자인 체임벌린과 몰턴은 미행성설이라고 하는 이원론을 제시했다.
과학자들은 1900년대 이후의 이론들 덕분에 태양계가 어떻게 만들어졌는지에 대한 연구를 한층 깊이 있게 할 수 있었다. 천문학자들은 우리은하의 나이가 태양계의 두 배가 넘는다는 것을 발견했다. 그러므로, 오늘날 은하에서 볼 수 있는 별의 형성 과정과 태양이 만들어진 과정은 비슷할 것으로 추정할 수 있다. 운석을 연구한 결과, 태양계가 만들어졌을 때의 온도와 압력과 그 밖의 환경에 대한 정보를 추측할 수 있게 되었다. 운석의 방사선을 측정한 결과, 운석이 태양계와 함께 약 46억년 전에 만들어졌다는 사실이 드러났다. 계속 행성을 연구하면 태양계에 퍼진 다양한 화학원소를 발견할 수 있을 것이다. 또한, 왜 막대한 양의 이산화탄소가 일부 행성의 대기에 존재하는지도 알게 될 것이다. 앞으로 계속되는 태양 연구를 통해 내부가 어떻게 바깥층을 가열하는지, 또한 왜 태양의 흑점 형성이 약 11년마다 최고값에 이르는지도 설명할 수 있게 될 것이다. 
오늘은 태양계 중심에서 빛을 내는 거대한 공 모양의 태양. 빛, 열, 기타 에너지를 지구에 제공하는 태양에 관하여 알아보자. 태양 전체가 기체로 되어 있는데, 그 대부분이 자기력에 민감한 기체 형태이다. 과학자들은 매우 독특한 이 기체를 플라스마라고 한다. 태양계의 행성, 위성, 수백 개의 소행성, 수조 개의 혜성이 태양 주위를 공전하고 있는데, 이 전체를 태양계라고 부른다. 지구는 태양에서 1억4960만 km 떨어져서 공전하고 있다. 태양은 우리은하 안에 있는 1000억 개의 별 중 하나이다. 우리은하 중심에서 약 3만광년 떨어져 있으며, 은하 중심부 주위를 2억5000만 년에 한 번 돈다. 1광년은 빛이 진공 속을 1년 동안 이동하는 거리로, 약 9조 4600억 km이다.
태양 지름은 139만 1000km로, 지구 지름의 약 109배이다. 우리 눈에 보이는 태양 표면의 온도는 약 5,500˚C, 다시 말하면 5,800K이다. 태양 핵에서 온도는 1500만 ˚C까지 올라간다. 태양 에너지는 핵 내부에서 일어나는 핵융합 반응으로 만들어진다. 핵융합 반응에서 원자핵 두 개가 결합하여 새로운 원자핵을 만드는 과정에서 물질이 에너지로 바뀐다. 태양도 지구처럼 자기장이 있다. 태양 자기장의 세기는 보통 지구 자기장의 약 2배이다. 태양의 자기장은 좁은 지역에 매우 집중되어 있는데, 보통 세기의 약 3,000배까지 올라간다. 이러한 지역에서 태양 물질은 우리 눈에 보이는 태양의 표면과 대기에 흑점, 플레어, 코로나질량방출 같은 다양한 특징을 만들어낸다. 플레어는 태양계에서 가장 격렬한 분출이다. 한편, 코로나 질량방출은 플레어보다 덜  어마어마한 질량을 포함한다. 한 번의 분출로 약 200억 톤의 물질을 우주공간으로 뿜어낸다. 태양은 약 46억 년 전에 탄생했고, 향후 50억 년을 더 유지할 수 있을 만큼 핵연료를 가지고 있다. 적색거성이라고 하는 별 형태가 될 때까지 부풀어 오른 뒤, 일생의 마지막 단계에서 태양은 바깥 껍질을 벗어 버린다. 남는 물질은 붕괴해서 백색왜성이 되어 천천히 식는다. 태양계 질량의 99.8%를 차지한다. 지구 질량의 33만 3000배이다. 평균 밀도는 1.4g/cm³이다. 이것은 물의 약 1.4배로 지구 평균 밀도의 1/3도 안 된다. 태양의 흑점은 태양 표면에 있는 검은 부분으로, 거의 둥근 모양이고. 플레어는 태양 대기의 일부분이 갑자기 밝아지는 현상을 말한다.

태양은 대부분의 다른 별과 마찬가지로 주로 수소 원자로 만들어졌다. 두 번째로 풍부한 원소는 헬륨이며, 나머지는 기타 원소 7가지가 차지하고 있다. 원자 수로 보았을 때 약 94%가 수소이고, 수고와 헬륨을 제외한 나머지 원소가 0.1%이다. 하지만 수소가 모든 원소 중에서 가장 가볍기 때문에 질량으로 따지면 약 72% 밖에 안된다. 그리고 헬륨은 약 26%를 차지한다. 태양 내부와 대기의 대부분은 플라스마로 이루어졌다. 플라스마는 온도가 매우 높고 자기장의 영향을 받는 기체이다. 과학자들은 플라스마가 다른 기체와는 다르게 운동하기 때문에 고체, 액체, 기체에 이어 물질의 네 번째 상태로 여긴다. 그러나 대개 플라스마와 기체는 형식적으로 필요할 때만 구별된다. 플라스마와 다른 기체의 근본적인 차이는 온도와 매우 높이 올라갔을 때 결과이다. 이때 기체 원자는 쪼개져 (+)전기를 띤 양성자와 (-)전기를 띤 전자로 분리되는데, 이를 이온화라고 한다. 태양의 대부분을 차지하는 수소는 이러한 상태에 있다. 태양 대기의 일정한 부분에서 플라스마와 기체의 비율은 온도에 따라 결정된다. 온도가 올라갈수록 기체 원자가 더 많이 이온화되어 원자는 전자를 더 많이 잃어버린다. 코로나라고 하는 태양 대기의 최상층은 매우 심하게 이온화되어 있다. 코로나의 온도는 보통 300만~500만 K로, 철 ㅜ언자의 전자 26개 중에서 반 이상을 잃어버릴 정도로 온도가 높다.