태양천문학과 행성천문학에 대한 모든 것

1. 태양천문학

태양은 가장 자세한 연구가 이루어진 항성입니다. 태양은 지구에서 빛의 속도로 8분 거리에 존재하며,  나이는 46억 살로 G형 분광형을 지닌 주계열성(main sequence)입니다. 태양은 광도가 변하는 별로 분류되지 않으며, 주기적인 밝기의 변화를 보여줍니다. 보통 흑점주기로 알려져 있습니다. 이는 흑점의 숫자가 변화하는 것과 관련 있는데 11년 주기에 걸쳐 변화합니다. 흑점은 강력한 자기장 활동과 관련 있으며, 태양 표면의 다른 곳에 비해 온도가 낮은 지역입니다.  

태양은 시간이 지날수록 밝기가 미세하게 증가하고 있습니다. 처음 주계열성으로 생애를 시작했을 때와 비교하면 지금 40퍼센트 정도 더 밝은 상태입니다. 태양은 탄생 이후 밝기가 변해 왔으며, 이는 지구의 생태계에 뚜렷한 영향을 주었습니다. 예를 들어 태양의 상대 흑점 수가 비정상적으로 적어진 시기로 인해 중세에 소빙하기 현상이 발생했던 것으로 추측합니다. 

우리 눈으로 직접 관찰할 수 있는 태양의 바깥 표면을 광구라고 합니다. 태양 대기를 크게 세 층으로 나누었을 때 그중 두 번째 층인 채층으로 불리는 얇은 지대가 광구 위에 존재합니다. 채층 위에는 태양이나 다른 천구체의 빛나는 플라즈마 대기인 코로나가 형성되어 있으며, 온도는 급격하게 올라갑니다.

태양의 중심부에는 핵이 있습니다. 핵은 아주 뜨겁고 핵융합 작용이 일어날 정도로 압력도 매우 큽니다. 중심핵 위에는 복사층이 있으며, 복사층 위에는 대류층이 존재합니다. 이곳에서는 물리적인 가스 교환 형태를 통해 에너지가 전달됩니다. 자기장을 발생시키는 원인이 이러한 태양의 대류층입니다. 또한 태양 표면에 흑점이 생겨나는 이유가 이 자기장으로 인한 것으로 알려져 있습니다. 
태양풍은 플라스마 입자로 이루어져 있습니다. 태양으로부터 꾸준히 우주 공간으로 흘러나와서 태양권계면까지 이어집니다. 태양풍은 지구의 자기권과 반응하여 밴 앨런 대(밴앨런 복사대라고도 하며 에너지 하전 입자대의 하나)를 형성합니다. 오로라는 지구의 자기력선이 대기로 내려와 만나는 지점에서 형성되는 것입니다. 

2. 행성천문학

 행성천문학이 다루는 연구 대상은 행성, 왜행성, 소행성 등 기타 태양을 공전하는 다른 천체들과 외계 행성 집단들이 있습니다. 과거에는 망원경을 주로 이용했으며 최근에는 우주 탐사선이 많은 역할을 하고 있습니다. 태양계는 상대적으로 연구가 많이 이루어져 있는 편입니다. 태양계의 진화와 형성에 관해 일련의 탐사 덕분에 다양한 지식을 얻게 되었고, 새로운 사실들이 꾸준히 발견되고 있습니다.

태양계는 크게 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 내행성, 소행성대, 외행성으로 분류할 수 있는데, 내행성계로 일컫는 지구형 행성들로는 수성, 금성, 지구, 화성이 있습니다. 외행성계는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 구성되어 있습니다. 이들은 바깥쪽을 공전하고 있으며 가스 행성들로 이루어져 있습니다. 해왕성 너머에는 카이퍼대가 존재합니다. 그리고 가장 바깥쪽에는 최대 1광년에 이르는 거리까지 오르트 구름(구상 모형 혜성의 구름)이 펼쳐져 있습니다.

행성들이 생겨난 곳은 원시 태양을 두르고 있던 원시행성계원반입니다. 중력에 의한 충돌, 강착 과정 등을 겪으며 원반에 있던 물질들이 큰 덩어리들로 자라났습니다. 덩어리로 뭉치지 못한 물질들은 태양풍에 의한 복사압에 의해 쓸려 나가고,  무거운 천체들만 살아남아 원시행성들로 진화하게 되었습니다. 살아남은 행성 중에서도 계속 커지는 경우도 있고, 심한 충돌로 인해 가지고 있던 물질을 방출하는 경우도 있습니다. 달이나 수성 등에 있는 많은 충돌구가 바로 극심한 충돌의 증거입니다. 

행성들은 행성 분화의 과정을 겪습니다. 충분한 질량을 획득하고 나면, 무거운 물질은 행성 중심부로 가라앉고 가벼운 물질은 위에 남아있습니다. 이 과정으로 중심핵과 맨틀이 형성됩니다. 중심핵은 행성들의 중심에 철이나 석질로 이루어지고, 맨틀은 그 위에보다 가벼운 물질들로 만들어집니다. 핵 부위는 고체나 액체 성분을 지니고 있습니다. 일부 행성의 중심핵에 의해 고유의 자기장을 형성하기도 합니다. 이러한 자기장은 태양풍으로부터 행성의 대기를 보호하는 역할을 합니다. 

행성이나 위성들의 내부 열이 생겨난 원인은 이들을 만들었던 물체들끼리 충돌하여 발생한 열과 조석가속(위성과 행성 간 기조력의 영향으로 발생하는 현상) 때문입니다. 일부 천체들은 화산이나 지각 운동과 같은 지질학적 활동이 생겨날 정도의 열을 간직하기도 합니다. 이들 중 대기를 갖게 되는 천체도 생겨나는데, 바람과 물로 인한 지각의 침식 과정 또한 겪게 됩니다. 반면 질량이 작은 천체들은 빠르게 식었고, 대부분의 지질학적 활동을 멈추었습니다.