태양은 왜 뜨거운가?

하늘의 태양은 언제부터 존재했을까? 어떻게 저렇게 따뜻한 빛을 만들어낼 수 있을까? 이런 질문을 인간은 몇천년 전부터 헤왔다. 하지만 이 질문에 답을 할 수 었었던 것은 천 년전쯤 부터이다. 태양은 핵 에너지로 뜨거운 것이다. 원자로 같은 시스템이다. 여러나라에서 전기를 만드는데 사용하기도 한다. 태양은 45억년전부터 빛나고 있다. 그것을 발견하게 된 것은 지질학 덕분이다. 몇억 년전에 존재했던 화석으로.  그때도 생명이 존재했음 알게 되었고 생명이 존재하려면 빛이 필요하다. 오랫동안 그 열기를 품어내는 에너지의 원천은 무엇일까?  원자력은 20세기가 되어서 발견했다.  태양은 거대한 석탄 덩어리로 생각할 수도 있다. 석탄을 조금씩 사용하여 에너지를 만들어내고 있다.  그 에너지로 우리 지구를 비춰주는 빛을 만든다. 언제 그 석탄을 다 소비하게 될까?

 

오랜 시간동안 빛을 비출 수 있도록 해주는 그런 에너지가 있을 것이라는 생각, 그 에너지가 원자력이란 사실은 20세기 초에 발견했다. 태양도 그렇지만 대부분의 별들은 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 중심 온도가 약 천4백만도 정도이다. 온도가 높기 때문에 수소가 핵반응을 하여 에너지를 만들어내는 것이다. 수소 스스로를 소진하고 나면 헬륨으로 바뀐다.이러한 원리로 인간들은 수소폭탄을 만든다. 태양 중심부에서 이루어지는 수소연소가 이 하늘을 덮고 있는 수많은 별들의 원천이 되기도 한다. 수소원소는 두가지 중요한 효과를 낸다. 에너지를 방출하고 그 에너지가 열로 변하고 태양은 충분한 수소를 보존하고 있다. 그 다음으로 중요한 것은 수소 연소를 통해 다른 원자들을 생성한다는 것이다. 헬륨 다음, 탄소, 질소, 산소 등으로 변한단다. 우주에 존재하는 원자의 대부분이 별 내부에서 만들어지는 것이란다. 그리고 별들도 나이를 먹는다.  별들이 영원히 사는 것은 아니다. 원자력 에너지가 다 소진되면 별들도 죽는다. 태양도 마찬가지다. 50억년 후면 태양도 사라진다고 한다.

 

또 망원경으로 하늘을 보면 성운을 보게 된다. 성운(星雲)이란 성간 물질과 수소로 이루어진 구름이다. ( 성간 물질이란 별과 별 사이의 비어 있는 공간에 존재하는 물질들을 말한다. 한때 많은 과학자들이 우주공간이 완전한 진공으로 되어있다고 믿었었지만, 실제로는 아주 작은 밀도로 물질들이 분포해 있었다. 물론 지구상에서 살고 있는 우리의 감각으로 볼 때 우주는 진공이다. 지구의 대기권 밖에 진공의 정도는 지상에서 어떠한 진공장치로도 만들어 낼 수 없는 초진공이기 때문이다.)

 

거문고 자리의 베가, 백조 자리의 데네브, 그리고 독수리 자리의 알타이르, 베가 별 곁에는 아주 멋진 성운이 있디. 조금씩 생을 다해가는 별들을 이루고 있는 모든 물질이 모두 우주로 퍼져 나가고, 그 후에는 은하수의 안개속으로 들어간다. 거기서 새로운 별이 태어날 수 있다. 지구 같은 행성이 된다. 죽은 별이 품고 있던 원소들은 새로 태어난 별에서 찾아볼 수 있지.

 

숲속의 떡갈나무는 아주 오래 살아간다 천년 이상 사는 나무도 있다.  하지만 그 누구도 떡갈나무의 한 평생을 온전히 다 관찰 할 수는 없다. 하지만 우리는 다양한 나이의 떡갈나무를 만날 수 있다. 몇세기를 기다리지 않고도 다양한 나이의 떡갈 나무를 보고 떡갈나무가 어떻게 성장하고 어떻게 살아가는지 알 수가 있다. 별의 생애에 대해서도 마찬가지로 알 수 있다. 우선 별들의 요람이라는 성운에서 만들어진다.  아주 무거운 가스 성운이 그 무게 때문에 무너질 때 생기는것이다. 거대 분자구름에서 태양이 탄생했다. 그리고 여러 행성들과 혜성, 운석이 있는 태양계가 탄생했다. 이제는 별이 어떻게 태어나고 죽는지를 알 수 있다. 각 별의 나이도 알고 언제까지 살 수 있을지도 예측할 수 있다. 하늘의 별들은 숲속의 떡갈나무와 같아서 제각각 나이가 다르다. 아주 어린 별, 태양과 같은 중년의 별, 그리고 죽어가는 별, 죽은 별들의 잔해까지 있다.

 

20세기초 피에르 퀴리와 마리 퀴리 덕분에 우라늄 같은 원자를 발견했다. 이 원자의 특별한 점은 안정적이지 못하다는 것이다. 어느 정도 시간이 지나면 더 작은 조각으로 분해가 된다 . 그러면서 열기를 뿜어낸다. 이걸 원자의 핵분열이라고 한다. 우라늄의 한 종류인 우라늄235는 평균적으로 10억년이 지나야 분열을 한다. 10억년이 지나면 처음 있었던 우라늄의 반이 분열되고 20억년이 지나면 그 중 4분의 1만 남는다. 어떤 돌은 극소량의 우라늄을 포함하고 있다. 만져보면 따뜻하다. 이 원자를 농축시켜 원자로 원료로 쓸 수 있다 다른 용도로도 쓰인는데 바로 크로노미터이다.  돌의 방사성 원소의 양을 측정하는 것이다. 방사성 양이 적다는 것은 그 돌이 늙었다는 뜻이다. 그래서 지구에 있는 돌의 나이뿐 아니라 운석의 나이까지 알 수 있는 것이다. 태양계의 별들처럼 태양 주위를 도는 돌같은 별들을 운석이라고 한다. 그 크기도 다양하다. 운석이 대기 중으로 들어오면 자국만 남기고 사라진다. 별똥별이다. 그리고 큰 운석은 지구에 멀어지기도 한다. 대부분의 운석에는 방사성을 가지고 있는 다양한 원자들이 있다. 그 돌들의 나이를 측정했는데 45억년이나 되었다. 별이나 행성은 미세한 먼지와 가스덩어리에서 나왔다고 한다. 운석과 달에 있던 돌의 나이는 아마 태양이 만들어지기 전의 구름먼지 나이가 아닐까 생각한다. 이 모든 것들은 지금으로부터 45억 년전에 시작된 것이자.