우리는 모두 같은 태양계의 모습을 상상한다. 커다란 태양이 가운데 이글거리고, 작은 행성들이 차례로 원을 그리며 그 주위를 돈다. 그 행성 사이를 소행성들이 채우고 있고, 간간이 꼬리를 달고 날아가는 혜성도 보일 것이다. 눈으로 본 적은 없지만, 우리가 생각하는 태양계의 모습은 이렇듯 하나다. 그렇다면, 우리가 알고 있는 태양계의 그림은 어떻게 그려진 것일까? 과학의 발전과 함께 직접 눈으로 보는 것처럼 또렷이 그려지고 있는 태양계는 과연 어떤 모습일까? 태양계의 그림은 어디까지 그려진 것일까? <네이버캐스트>에서 소개한 태양계의 모습들을 함께 살펴보자. 

• 태양계의 탄생
  46억 년 전 은하계의 한 나선 팔에서 성간분자운의 중력수축으로 현재 태양계의 모체가 된 태양성운이 생겨났다. (중략) 태양성운의 중심 온도가 핵융합이 가능한 온도에 도달하고 태양은 핵융합을 시작하여 빛을 내는 별로서 모습을 드러내고 원시태양 주위를 도는 물질들의 원반에서는 수많은 미행성들이 형성된다. 미행성들은 충돌과 병합을 거듭하여 커다란 행성들로 성장한다. 사진은 원시행성계원반의 상상도이다.

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 행성계의 탄생 

지금의 태양계 그림이 그려지기까지

우주의 중심을 바꾼 혁명적 사건, "코페르니쿠스"의 지동설

캐스트 원문보기 : 인물과역사 - 니콜라우스 코페르니쿠스

코페르니쿠스가 태양중심체계, 즉 지동설을 구상하게 된 것은 이탈리아 유학 시기 플라톤주의의 영향을 받아, 우주가 수학적 조화를 이루고 있다고 확신하게 된 것이 중요한 계기였다. (중략) [소론]을 내놓은 이후 꾸준한 연구를 통해 코페르니쿠스는 [천체의 회전에 관하여]를 1532년경 거의 마무리 지었던 것으로 보인다. 이 책에서 그는 먼저 우주와 지구가 둥글다는 것을 얘기한다. 또한 지구는 스스로 돌면서 태양 주위를 1년에 한 번 도는 별에 지나지 않는다는 것을 분명히 했다.

그래도 지구는 돈다 "갈릴레이"

캐스트 원문보기 : 세계인물 - 갈릴레이 갈릴레오

1610년 갈릴레이는 망원경으로 태양의 흑점, 달의 표면, 금성의 차고 기움, 목성의 4개 위성을 관찰했고, 그러한 관찰 결과가 지동설을 뒷받침한다고 공표했다. 갈릴레이의 이러한 활동에 대해 예수회 소속 신부로 추기경이자 교황청 금서목록 위원인 벨라르미노 추기경이 엄중하게 경고했고, 결국 갈릴레이는 1616년 2월 26일에 지동설을 논하거나 옹호하지 않겠다는 서약을 했던 것이다.

코페르니쿠스의 혁명을 마무리하다 "케플러"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 케플러의 법칙

코페르니쿠스의 지동설에도 허점은 있었다. 천동설보다 개념적으로 단순하긴 했으나 실제 천체의 위치를 예측하는 데에는 천동설보다 오히려 정밀하지 못했다. 그리고 코페르니쿠스는 여전히 천체들이 완전한 원운동을 한다고 고집했으며 천체들이 수정구에 붙어 있다고 생각했다. 이런 코페르니쿠스에서 한 걸음 더 나아가 천상의 비밀을 보다 확실하게 세상에 내보인 사람이 바로 독일 출신의 요하네스 케플러였다.

모든 것의 시작 "태양"

이미지 출처: NASA

스스로 빛을 내는 별

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 태양이라는 이름의 별

태양은 스스로 빛을 내는 별이다. 또한 우리에게 있어 어머니와 같은 존재이다. 태양이 내는 빛이 지구를 따뜻하게 만들어 지구의 모든 생명이 살 수 있도록 만든다. 지구 뿐만 아니라 다른 행성과 위성, 소행성, 혜성 등 태양계의 전 가족이 태양의 에너지로 제 모습을 유지하고 있다. 태양은 지구보다 109배나 크다. 무게는 태양계 전체의 99퍼센트를 차지한다.

엄청난 에너지의 근원은 무엇인가?

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 태양은 어떻게 빛나나

태양은 매초 4×1026J 의 에너지를 우주공간으로 방출하고 있다. 태양이 단 1초 동안에 방출하는 에너지양은 지구상의 모든 인류가 100만년을 쓰고도 남을 정도로 막대하다. 이 엄청난 에너지의 근원은 무엇인가? 이것은 20세기 초까지 천문학자들을 괴롭혔던 최대의 수수께끼였다.

수금지화목토천해, 그리고 소행성134340

88일 만에 태양 한바퀴 "수성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 태양계의 행성

수성은 태양과 가장 가까운 행성이다. 항상 밝은 태양 가까이 있어 관측하기가 쉽지 않다. 해가 진 직후 서쪽 하늘이나, 해가 뜨기 직전 동쪽 하늘에서만 볼 수 있다. 표면은 지구의 달과 매우 비슷하여, 대기가 없고 수많은 운석구덩이로 덮여 있다. 작은 궤도와 빠른 공전속도를 가져 공전주기는 88일밖에 되지 않는다. 그에 비해 자전주기는 약 58일의 긴 주기를 갖는다.

이미지 출처: NASA

지구의 90배 기압과 480도의 기온 "금성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 지옥으로 변한 금성

금성은 여러가지 측면에서 지구와 비슷합니다. 크기나 구성도 비슷하고, 생성된 원인도 그렇습니다. 그러나 금성의 표면은 지구와 달리 대부분 용암과 화산으로 구성되어 있습니다. 금성의 구름은 황산으로 되어 있고, 기압은 지구의 90배, 기온은 480도에 달합니다. 한마디로 금성의 환경은 지옥입니다.

생명이 살 수 있는 조건의 극적인 조합, "지구"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 태양계의 행성

지구의 나이는 약 46억년으로 태양이 형성될 당시 주위에 있던 수많은 작은 행성의 충돌과 결합으로 지구가 만들어 졌다고 알려져 있다. (중략) 현 재 대기의 주성분은 질소이며, 산소, 이산화탄소 등 생명체가 살아가는 데 필요한 성분들로 채워져 있다. 또한 태양으로부터 적당한 거리에 놓여 있어 따뜻한 온도를 유지 하고, 지구의 자전축이 약 23.5도 기울어져 계절의 변화를 만든다. 이 모든 것이 현재의 살기 좋은 지구의 환경을 만들었다.

이미지 출처: NASA

인류의 미래 터전? "화성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 제2의 지구를 찾아서

지구와의 거리 5,600만 km, 지름은 지구의 반인 화성의 하루 길이는 지구와 거의 똑같습니다. 또한 산과 사막뿐만 아니라 아주 오래 전 물이 흐르 며 깎아 만든 깊은 협곡도 존재합니다. 물의 흔적이 땅 속에 남아있을 가능성도 있지만 지면에 도달하려면 ‘태양 복사’와 같이 오랜 시간 존재해온 큰 위험을 감수해야 합니다. (중략) 지구는 운이 좋게도 자기장이라는 보호막이 있었기 때문에 우리가 살 수 있는 것입니다. 이 보호막은 치명적인 태양 복사를 막아주는데, 화성에는 자기장 이 없습니다. 화성에 갈 미래의 인류에게 태양 복사는 치명적인 위험 요소입니다.

이미지 출처: NASA

별이 될 뻔한 행성 "목성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 목성계

목성은 태양과 동일하게 대부분이 수소와 헬륨으로 이루어진 기체 덩어리이다. 만약 목성의 질량이 현재 질량의 100배 정도가 되었다면 스스로 빛 나는 별이 되었을 것이다. 그런데 목성구름에서 방출되는 적외선으로 측정한 목성의 온도는 예상 보다 20℃ 정도 더 높다는 것이 밝혀졌다. 이것은 목성이 태양으로부터 받는 에너지 보다 1.7배나 되는 더 많은 에너지를 스스로 방출하고 있기 때문이었다. 이것은 목성의 중심이 별이 되기 위해 뜨거워졌다가 별이 되지 못하고 식어가고 있 음을 말해준다.

이미지 출처: NASA

크고 밝은 아름다운 고리를 가진 "토성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 토성계

목성형 행성들은 모두 고리를 갖고 있지만 토성의 고리는 특히 크고 밝아서 유명하다. 고리는 행성 주위로 공전하는 먼지와 입자들이 모여서 평평한 원반 형태를 한 것인데 토성의 고리 입자는 거의 대부분 얼음으로 되어 있으며 먼지와 다른 화합물이 약간 섞여 있다.

이미지 출처: NASA

이미지 출처: NASA

태양계의 확장을 선언한 충격적 발견 "천왕성"

캐스트 원문보기 : 세계인물 - 윌리엄 허셜

천왕성의 발견은 해왕성이나 명왕성의 발견보다 더 획기적인 일이었다. 해왕성이나 명왕성의 존재는 이미 짐작하고 있는 상황에서 발견되었다면, 천왕성의 존재는 전혀 짐작하지 못했기 때문이다. 보고서를 검토한 그리니치 천문대장인 맥스라인은 윌리엄 허셜이 발견한 별이 토성의 바깥쪽에 있는 행성인 것 같다고 말했다. 2천 년 동안 확고부동했던 토성까지의 태양계가 크게 확장되는 사건이었다.

이미지 출처: NASA

계산으로 발견된 "해왕성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 해왕성계

해왕성은 태양계의 가장 바깥에 위치한 기체행성이다. 태양으로부터 평균거리는 45억km이며 165년 주기로 공전하고 있다. 해왕성의 지름은 49,500km로 천왕성보다 약간 작지만 질량은 조금 더 크다. 해왕성의 발견은 뉴턴 물리학의 대표적인 성공사례로 꼽힌다. 1781년에 허셜이 우연히 발견한, 천왕성이 예상된 궤도를 벗어나자 프랑스의 위르뱅 르베리에는 천왕성 궤도 바깥에 또 다른 행성이 있을 것으로 예측하고 위치를 계산했다.

이미지 출처: NASA

'소행성134340'으로 등급 강등 "명왕성"

캐스트 원문보기 : 세계인물 - 클라이드 톰보

2006년 8월 국제천문연맹은 명왕성을 태양계의 행성 가족에서 제외하여 ‘소행성’ 등급으로 강등시키고 이름을 ‘소행성134340’으로 바꾸었다. 명왕성의 지위 강등은 해왕성의 궤도 바깥쪽에서 다수의 소천체가 발견되었기 때문이다. 또 화성과 목성 궤도 사이에는 소행성대가 있어, 많은 소행성이 존재하기 때문에 명왕성 같은 소행성이 앞으로도 등장할 가능성이 있다는 것이다.

그리고…

이미지 출처: NASA

행성의 딸린 식구 "위성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 행성을 도는 위성들

위성은 행성을 돌고 있는 천체를 말한다. 행성과 함께 만들어진 위성도 있고, 소행성으로 떠돌다가 행성에 붙잡힌 위성도 있다. 현재 태양계에는 약 240개의 위성이 알려져 있다. 태양계 행성 위성 중 ‘가니메데’와 ‘타이탄’은 가장 큰 위성으로 알려져 있는데, 이들은 행성인 수성보다 크다.

이미지 출처: 한국천문연구원 소백산천문대

태양계의 작은 가족 "소행성"과 "혜성"

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 소행성과 혜성

소행성은 행성보다 작은 천체로 태양계 안의 화성과 목성 사이에 많은 수가 함께 모여 있다. 소행성은 다양한 크기를 가지고 있으며 일부 큰 소행 성은 위성을 거느리고 있기도 한다. 현재까지 발견된 가장 큰 소행성은 세레스다. (중략) 혜성은 태양계 주변을 떠돌다가 태양이 끌어당기는 힘에 의해 우리에게 다가오게 된다. 얼음과 먼지로 구성된 혜성의 핵은 태양에 가까워지면 얼음이 기체로 변해 뿌연 구름을 형성한다. 또한 태양으로부터 불어오는 바람에 의해 먼지와 가스가 꼬리를 형성한다.

이미지 출처: NASA

태양계의 끝에는 뭐가 있을까?

캐스트 원문보기 : 오늘의과학 - 태양계 산책

기체행성 궤도 바깥에는 명왕성을 비롯한 수많은 소천체가 있는 카이퍼대가 있다. 카이퍼대 바깥에는 산란분포대라 부르는 미지의 영역이 있고 그 바깥에는 장주기 혜성들의 고향인 오르트구름이 있는 것으로 추정되고 있다. 아직 오르트구름의 실체가 확인되고 있는 것은 아니지만 현재로서는 태양계의 가장 바깥으로 여겨지고 있다.