우리 지구가 속한 태양계가 어떻게 형성되었는지 궁금합니당
태양계가 어떻게 형성되었는지에 대해 깊이 알고 싶습니다. 분자 구름에서 태양 및 행성들이 어떻게 형성되고 발전해 왔는지에 대한 과정과 그 의미에 대해 이해하고 싶습니다.
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
태양계의 형성 과정은
대략 46억 년 전으로 거슬러 올라가며
이를 설명하는 현재 가장 널리 받아들여지는
이론은 성운설입니다.
태양계가 형성되기 시작한 것은 우리 은하에서
거대한 분자 구름이 자체 중력으로
인해 붕괴하면서부터입니다.
이 구름은 주로 수소와 헬륨
항성 진화 과정에서 방출된
무거운 원소들로 구성되어
있었습니다.
중력 붕괴로 인해 중심에서
온도와 밀도가 상승하고
구름이 회전하면서 평평한 원반 형태의 구조
원시 태양원반이 형성됩니다.
원반 모양은 각운동량
보존 때문에 나타납니다.
중심부에 집중된 물질의 밀도와
온도가 상승하면서
핵융합이 시작됩니다.
이 핵융합의 결과로
태양과 같은 별이 탄생합니다.
핵융합이 시작되면서 방출되는 강한 복사와
태양풍은 주변의 남은 가스를 밀어냅니다.
태양 주변의 원시 태양원반 내에서는 수많은
입자들이 충돌하고 결합하여
점차 행성으로 성장합니다.
작은 먼지 입자들이 서로 부딪치며 모여 집단을 이루고
이 집단이 결국 더 큰 덩어리
행성형 천체들로 성장합니다.
초기의 행성형 천체들은 충돌과
합체를 반복하며
최종적으로 오늘날 우리가
아는 행성들로 발전합니다.
중량이 무거운 천체는 내부가 차별화되어
금속핵과 암석 맨틀 그리고
가스 외피를 갖게 됩니다.
태양으로부터 멀리 떨어진
원시 태양원반의 영역에서는
반지름이 큰 가스 거인이 형성됩니다.
여기에는 충분한 양의 얼음과 가스가 있었으며
이들은 준거성 행성 및 이후에 가스 거인을
형성하는데 필요한 재료를 제공했습니다.
태양계 형성 과정에서 남은 잔해들은 오늘날
소행성 혜성 쿠이퍼 벨트 객체 그리고
오르트 구름으로써
여전히 우리 태양계 내에 존재합니다.
이 모든 과정은 과학자들이 관측 데이터와
이론적 모델을 바탕으로 재구성한 역사입니다.
태양계 형성의 이러한 단계들은 지구뿐만 아니라
다른 행성계에서도 관측되고 있는 일반적인 현상입니다.
이 과정을 통해 우주의 법칙들 - 중력
열역학 핵물리학 화학 등 - 이 어떻게
상호작용하여 복잡한 체계를 만들어
내는지를 이해할 수 있습니다.
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안녕하세요. 박성학 과학전문가입니다.
우리 태양계는 거대한 가스구름 즉 성운이 뭉치는 것에서부터 시작했다. 성운이 뭉치기 시작하면 무작정 동그랗게 뭉쳐지는 것이 아니라 원반을 만든다. 피자 도우를 만드는 것을 생각해보자. 회전을 하여 원심력이 생기면 도우가 점점 판판해져 원반을 만들듯이 중력에 의해 중심으로 떨어지는 힘과 원심력이 서로 합쳐지면 평평한 원반을 만드는 힘이 된다. 이 때 가스 구름 입자들은 원반 위에서 전체적으로 한 방향으로 회전한다. 물론 처음에는 각각의 입자들이 가지는 고유한 마이웨이가 있다. 하지만 입자 주변에 비교적 질량이 큰 입자가 지나가면 만유인력에 의해 어쩔 수 없이 큰 입자와 비슷한 방향으로 끌려간다. 이처럼 성운을 이루는 작은 가스 분자 하나하나의 운동성분이 만류인력에 의해 한 방향을 이루게 되고 한 방향으로 회전 하게 된다. 이러한 과정으로 우주의 가스 구름이 중력으로 모여 거대한 원반을 만들면 그 원반 위의 먼지들이 뭉쳐 태양계가 만들어지기 시작한다. 이것이 태양계가 만들어지기 위한 첫 단계이다
원시 행성의 탄생
원반의 중심에서 열심히 태양이 만들어 지고 있을 때 원반 바깥쪽에서는 우주 먼지들이 뭉치면서 행성들이 만들어질 준비를 하게 된다. 우주 먼지들이 어떻게 뭉치게 되었을까? 하늘에서 내리는 빗방울이 굵어지고 눈송이가 커지는 것처럼 먼지들끼리 서로 충돌하면서 엉겨붙은 것일까? 아니다. 여기서는 먼지라고 부르지만, 우주 먼지는 우리가 일반적으로 보는 그 먼지가 아닌 규소, 철 등의 무거운 원소가 꽤 많이 포함된 고체이다. 마치 철가루와 철가루를 양쪽에서 던진다고 가루들끼리 서로 뭉쳐지지는 않는 것처럼, 우주 먼지끼리의 접착력은 너무 약하기 때문에 이와 같은 방식으로는 커다란 행성으로 성장할 수 없다. 일반적으로 원반 위에서 우주 먼지가 뭉치는 과정은 먼지들끼리 중력적으로 잡아당기는 만유인력에 의해 먼지의 밀도가 높은 곳을 중심으로 일어난다. 이렇게 만들어진 먼지덩어리들을 ‘원시 행성’이라 부르며 과거 태양계 원반 위에는 수십~수백 개의 원시 행성이 공전하고 있었다.
지구형 행성의 탄생
달 크기(1000~3000km)정도의 작은 원시행성들이 처음 만들어졌을 당시에는 태양을 중심으로 원에 가까운 궤도를 돌면서 안정적으로 공전을 한다. 이때 이 원시행성들은 성운의 가스들로 포근히 싸여있다. 그런데 이 가스들이 사라진다. 이 시기 중심부에서 완전하게 태어난 아기 태양이 격하게 울어서 태양풍으로 가스들을 날려 보내거나, 흡수해버리기 때문이다. 가스들이 사라지면 원시행성들은 중력적으로 불안한 상태에 놓여 아름다운 원 궤도를 유지하지 못하고 원시행성들끼리 서로 잡아당겨 찌그러진 타원궤도가 된다. 타원궤도를 도는 원시 행성들끼리는 서로 충돌하기도 쉬워서, 이때의 태양계는 원시 행성들끼리 부딪히고 부서지고 합쳐지고 튕겨나가고 아무튼 혼돈의 카오스다. 마치 어린아이들이 엄마가 있을 때는 얌전히 있다가 엄마가 사라지니 치고 박고 싸우는 그런 형상이다. 그런데 역시 어린아이들은 싸우면서 큰다는 말이 맞다. 작은 원시행성들이 서로 부딪히면 점차 크기가 커지게 되고, 이렇게 만들어진 것이 오늘날의 수성, 금성, 지구, 화성이다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
태양계는 약 46억 년 전에 태양과 행성, 위성, 소행성 등으로 구성된 천체 집합으로 형성되었습니다. 이 과정은 태양 성운이라 불리는 가스와 먼지로 이루어진 거대한 구름이 수축하고 회전하면서 시작됩니다.
1. 태양의 형성: 성운 가운데서 가장 많은 물질을 모은 부분이 태양으로 태어나게 됩니다. 중심 부분에서는 수축과 압축이 일어나면서 핵융합이 시작되어 태양의 빛과 열을 발산하게 됩니다.
2. 원반 구조 형성: 태양 주변에는 회전하는 가스와 먼지가 원반이 형성됩니다. 이 원반 안에서는 먼지 입자들이 서로 충돌하고 응집하여 천체가 형성됩니다.
3. 행성 형성: 원반 안에서 먼지와 가스가 모여 크기가 커지면 중력에 의해 행성이 형성됩니다. 이후 태양 주변에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성 등의 행성들이 형성되었습니다.
