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천문학

태양계-태양Ⅳ

by mama maison 2024. 1. 5.
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태양 자기장은 대류층을 통과하고 광구를 뚫고 나와서 채층과 코로나까지 도달한다. 이러한 분출은 흑점, 플레어, 코로나질량방출 같은 현상을 포함한 태양 활동을 활발하게 만든다. 흑점 또는 분출이 일어나는 곳은 활동적인 지역으로 알려져 있다. 활동 규모는 흑점주기의 시작 시기인 태양 극소기에서 그로부터 약 5년 뒤인 태양 극대기까지 변한다. 우리 눈에 보이는 한쪽 광구 면에 나타나는 흑점 수도 0개부터 250개까지 변한다.

흑점은 태양 표면에서 주변보다 어두운 영역을 말한다. 흑점은 빽빽한 자기장 선의 묶음이 태양 내부로부터 태양 표면으로 뚫고 나가는 곳에 형성된다. 흑점은 반대의 자극성을 가진 쌍으로 형성된다. 쌍의 방향은 보통 동서 방향이다. 예를 들면 북반구에서 한 쌍의 서쪽 점과 남반구에서 한 쌍의 서쪽 점을 생각해 보자. 북반구의 점이 남쪽의 극성을 가지고 있다면 남쪽의 점은 북쪽의 극성을 가질 것이다. 다음 흑점주기에서 흑점의 극성은 바뀔 것이다. 자극성의 역전은 실제로 흑점주기가 끝나기 전에 일어난다. 한 주기가 시작될 때 흑점은 적도의 남북 30˚ 부근에서 두 개의 띠를 형성한다. 주기가 진행되면 새로운 흑점은 만들어져서 적도 가까이 이동한다. 주기의 끝으로 가면서 다음 주기에 속하는 흑점은 종종 고위도에 형성된다. 그와 동시에 적도 부근에서 흑점은 여전히 만들어지고 있다.

홍염은 채층의 온도를 가지는 고밀도의 기체 다발이 코로나로 분사되는 것을 말한다. 기체 다발은 둘러싼 코로나보다 100배 이상 밀도가 높다. 태양의 광구면을 배경으로 할 때, 기체 다발은 어둡게 보이는데 이를 필라멘트라고 한다. 한편, 태양의 가장자리에서 분사될 때는 어두운 하늘을 배경으로 하기 때문에 밝게 보이는데, 이러한 경우에 홍염이라고 한다.

태양 대기의 일부가 갑자기 밝아지는 현상을 플레어라 한다. 주요 특징은 약 1000 K 또는 그 이상까지 코로나 온도가 상승하는 것이다. 플레어는 강력한 전파를 발생시킨다. 플레어의 상승기는 수십 초에서 수십 분까지 지속되고, 소멸기는 수분에서 수 시간까지 지속된다. 플레어 현상을 코로나까지 이어진 자기장에서 에너지가 방출된 결과라는 것이 거의 확실하다. 자기장은 자기력선이 꼬이고 뒤틀린 것을 없애는 방향으로 자기력선을 재접속시킴으로써 에너지를 방출한다.

스피클은 채층 전면을 채우고 있는 것처럼 보인다. 망원경으로도 보일 만큼 커다란 기체 기둥으로 이루어져 있다. 어떤 순간에 태양 표면에는 수십만 개의 스피클이 생긴다. 스피클은 기체를 충분히 가지고 있어서 수분 동안 코로나를 대신할 수 있다. 스피클이 상승한 뒤, 그중에서 일부는 하강하고 나머지는 소멸한다. 스피클의 일생은 약 15분이다.

코로나 물질이 행성 간 공간으로 대량 방출되는 현상은 코로나질량방출이라 한다. 이러한 방출 중 하나는 태양 자기장이 거대한 거품 또는 자기력선의 튜브가 태양으로부터 터져 나올 때 발생한다. 다량의 코로나가 바깥으로 쓸려 나오면서 기체 구름이 형성된다. 일반적으로 초당 약 800km의 속도로 태양에서 방출된다. 한 번의 방출이 지구에서 12,000년 이상 상업적으로 쓸 수 있을 만큼의 에너지를 생성한다. 또한 태양의 X선 방사를 늘리고, 전파 에너지의 폭발을 일으킨다. 1997, 과학자들은 코로나 질량방출이 일어난 지점에서 발생한 둥근 파동처럼 보이는 것을 관측했다. 2007년에 천문학자들은 이 파동이 존재한다고 확신하고, 태양 쓰나미라고 불렀다. 과학자들은 코로나 질량방출을 발생시키는 과정이 태양 표면에서 이 거대한 파동을 만들어 내는 데이도 관여하고 있다고 믿고 있다. 2009년에 관측된 태양 쓰나미는 높이가 약 10km나 되었으며, 이동 속도가 시속 약 90km나 되었다.

태양은 엄청나게 크고 천천히 회전하는 먼지와 기체 구름의 일부가 주변부보다 밀도가 높아졌을 때 만들어졌다. 그곳을 통과한 초신성에 의해서 충격파라고 하는 압력파의 일종이 생성되면서 밀도가 높아졌을 수도 있다. 다른 한편으로는 구름 속 임의의 운동에 의해서 밀도가 증가한 것일지도 모른다. 원인이 무엇이든지 밀도가 높은 지역은 수축하기 시작했고, 자체 중력으로 모든 것을 끌어당겼다. 그 지역이 수축하자 스케이트를 타는 사람이 팔을 안으로 잡아끌 때 더 빨리 도는 것처럼 회전이 빨라졌다. 마침내 빠르게 회전하는 원반이 되었다. 압축 때문에 원반 중심부의 기체는 더욱 뜨거워졌다. 원반에서 상대적으로 냉각된 부분인 주변부의 물체 덩어리는 미행성체로 알려진 물체로 성장했다. 미행성체 무리는 합쳐져서 나중에 행성을 만들었다. 마침내 중심부 물질은 뜨거워지고 밀도가 올라가서 핵융합을 시작할 수 있게 되었다. 46억 년 전인 그때 비로소 태양이라는 별이 탄생했다. 지금으로부터 약 50억 년 뒤, 태양 핵 속의 모든 수소가 핵융합되어 헬륨으로 바뀌면 태양의 내부는 수축하면서 핵과 그 주변부를 가열할 것이다. 그 결과 수소 핵융합은 태양이 거대하게 팽창할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 만들어 낼 것이다. 그러면 태양은 적색거성으로 알려진 별의 형태를 띠게 된다. 바깥층은 아마도 수성의 현재 궤도 가까운 곳까지 팽창할 것이다. 마침내 핵은 매우 뜨거워지고 그곳의 헬륨이 핵융합을 시작할 것이다. 이 과정이 계속되면서 핵은 팽창하고, 핵의 온도는 떨어질 것이다. 핵 온도의 감소는 수소가 타고 있는 껍질이 떨어지는 원인이 될 것이다. 그 결과로 껍질에서 에너지 생성이 감소할 것이고, 태양의 외층은 수축할 것이며, 태양은 쪼그라들 것이다. 핵 속의 모든 헬륨이 핵융합되면 핵은 수축하면서 더 뜨거워질 것이다. 헬륨 핵융합이 핵을 둘러싼 껍질에서 시작될 것이고, 수소 핵융합은 그것을 둘러싼 껍질에서 계속될 것이다. 늘어난 에너지양 때문에 태양은 다시 거성이 될 것이다. 이윽고 핵의 중력이 외층을 붙드는 힘이 약해져서 외층은 떨어져 나갈 것이다. 떨어져 나간 외층은 거대한 껍질 같은 행성상성운을 만들 것이다. 태양의 뜨거운 핵이 그때 드러날 것이다. 핵은 식고 쪼그라들어서 백색왜성이 될 것이다.

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