태양에 대해서

서론

태양은 우리 우주에서 흔하디 흔한 별이지만 두 가지 관점에서 우리에게 매우 중요하고 흥미로운 별이다, 첫째, 천문학적으로 태양은 인간이 표면을 자세히 불 수 있는 유일한 별이다, 항성에 대한 모는 이론은 태양이라는 검증대를 통과해야 한다, 태양을 이해하는 것은 우주의 기본 단위 격인 별을 이해하는 첫걸음이자 가장 중요한 걸음이다, 둘째, 실질적인 이 책의 주제이기도 한 관점에서 보면 태양은 지구 근방 우주 환경에 절대적인 영향을 미치고 있다. 태양은 기후와 기상 현상에 영향을 주는 지구 열 수치의 근원일 뿐 아니라 지구 근방 우주 환경을 실질적으로 지배하고 있다. 우주 기상은 태양-행성 간 공간-지구를 따로 그리고 또 함께 이해해야 하는 시스템 과학이다, 이 세 가지 요소 가운데에서도 태양은 주도적으로 지구 근방 우주 환경을 지배하는 원천이므로 우주 시대에 살고 있는 우리에게 직간접적으로 영향을 미친다고 볼 수 있다, 이 장에서는 이러한 태양에 대해 간략하게 설명하고자 한다.

태양의 전체적인 특성

항성으로서 태양은 주계열성이다. 절대 등급은 +4.83이고 분광형은 G2V로 분류된다. 대양 표면의 유효 온도는 약 5800도이다, 태양은 지구보다 대략 33만 배 무겁고 지름은 약 109배 크다. 태양의 질량은 태양계 전체 질량의 약 99.86%를 차지한다. 태양의 평균 밀도는 지구의 약 174 정도 더 크다. 지구에서 태양까지의 평균 거리는 태양 반지름의 215배이고 태양에서 빚이 지구까지 도달하려면 8분 20초가 소요된다.

태양의 자전축은 황도연 황기에 대해 7" 기울어져 있기 때문에 공전하는 지구에서 약 6개월 동안은 태양의 북극을 볼 수 있고 약 6개월 동안은 남극을 볼 수 있다, 태양은 수소가 전체 질량의 약 73%를 차지하며 약 25%를 차지하고 있다, 탄소, 산소, 질소와 같은 성분들은 태양 질량의 2% 정도를 차지할 뿐이다. 구성 성분은 대부분 이온화되어 있다.

태양은 딱딱한 고체가 아니다, 자체 중력으로 묶여 있고 명확한 바깥 경계가 없는 플라스마 덩어리이다, 태양은 극보다 적도에서 더 빠르게 자전한다. 즉 실제 자전주기는 적도에서 약 25.6일이고 극에서 약 33.5일이다. 자전 속도는 적도에서 더 빠르게 자전한다. 그러나 지구가 태양을 공전하기 때문에 우리가 태양음 바라보는 위치는 변한다. 이 때문에 우리 눈에 보이는 겉보기 자전 주기는 적도 상에서 약 28일이 된다.

태양은 성질이 명백히 구별되는 여러층으로 나누어진다. 태양 중심핵은 중심으로부터 태양 반지름의 약 20~25%까지의 영역이다. 중심부의 밀도는 물의 150배이며 온도는 1.570만 도이다. 태양은 일생 대부분의 기간 동안 양성자-양성자 연쇄 반응이라는 수소 핵융합 반응을 한다. 이 과정을 통해 수소가 헬륨으로 변환되는데, 이때 생긴 질량 손실만큼 에너지가 만들어진다. 

태양이 방출하는 에너지의 99%는 중심으로부터 반지름의 24% 지점까지에서 생산되며, 반지름의 30% 지점부터는 반응이 거의 일어나지 않는다. 반지름의 30% 지점부터 최외곽에 해당하는 나머지 부분은 태양 중심핵에서 바깥으로 전달되는 에너지를 통해 가열된다. 태양 핵에서 핵융합해 만들어진 에너지가 여러 개의 층을 통과한 뒤 광구에 도착하여 우리가 흔히 말하는 햇빛 또는 입자들의 운동에너지 형태로 우주로 달아난다. 태양 반지름의 약 25~70%에 해당되는 충에서는 중심핵의 뜨거운 열을 바깥으로 전달 열복사가 일어나기에 충분한 환경이 된다. 

이 층에서 열대류는 전혀 일어나지 않는 반면 내부 물질은 위층으로 올라갈수록 냉각된다. 에너지가 복사 과정으로 전달되는 이 영역을 복사층이라고 한다. 핵에서 만들어진 복사에너지는 극단적으로 느리게 밖으로 전달된다. 다시 말해, 2초면 지나올 거리를 천만년이나 걸려서 이동한다. 이것은 내부가 상당히 불투명하기 때문인데, 복사된 광자는 수많은 반사와 굴절을 경험한다. 태양 반지름의 25%에서 복사층 맨 위로 진행할수록 밀도도 작아지는데, 약 100배 정도 작아지게 된다.