태양계와 그 기원

- 우리는 우주 시대의 여명기인 1960년대에 처음으로 지구의 모습을 보았다. 과거에는 지구가 인류를 싣고 한정된 자원을 가진 우주선과 같이 중간 크기의 보편적인 별인 태양 주위의 궤도를 운행하는 작고 취약한 하나의 행성이라는 것을 보고 이해하는 것은 불가능하였다. 이러한 이해는 지구 환경에 대한 전 세계적인 관심의 발로에 불을 당겼다. 이러한 지구를 이해하기 위해서는 우주에서의 지구의 위치를 지구 가까이 있는 행성들 사이에서 찾아보는 것이 도움이 된다.

 

(1) 태양계(Solar system)

- 지구는 태양계의 9개 행성 중의 하나이다. 태양계는 태양을 포함하며, 적어도 61개의 위성, 수많은 소행성, 수백만 개의 혜성, 그리고 유성(운석)이라고 불리는 헤아릴 수 없이 많은 암석과 작은 암석 파편 및 먼지를 포함하고 있다.

 

· 행성

- 태양이나 다른 별들 주위의 궤도를 따라 공전하는 물체로 행성은 밀도와 태양과의 거리에 근거하여 두 그룹으로 나뉜다.

 

① 지구형 행성 : 수성, 금성, 지구, 화성

크기가 작고, 암석으로 되어있으며 상대적으로 밀도가 높다.(약3g/㎤)

크기와 구성 성분이 서로 유사하고 지구와 비슷

 

② 목성형 행성 : 목성, 토성, 천왕성, 해왕성

지구형 행성보다 크기는 더 크지만 밀도는 더 낮다.

목성, 토성의 밀도 : 0.7~1.3g/㎤

그림 1.1 태양계의 구성원 태양에 대해 적당한 상대적 크기로 표시된 태양계의 8개 행성. 지구형 행성은 태양에 가까운 크기가 작은 4개의 행성으로 이루어져 있다. 목성형 행성은 크기가 크고 기체가 풍부한 행성으로 태양으로부터 멀리 떨어져 있다. 우주선의 영상에는 4개의 목성형 행성 주위에 고리 시스템이 관찰되나 토성의 고리만이 이 정도 크기의 그림에 표시될 수 있을 만큼 충분히 밝고 크다.

 

 

 

그림 1.2 휘발성 성분이 풍부한 목성의 두 위성
	A. 황이 풍부하기 때문에 붉은 색을 띤다. 이 영상은 화산분출을 보여준다. 화산의 분출 기둥은 대부분 가스이지만 작은 고체 입자들이 가스에 의해 분산되었다. 이 기둥은 표면위로 100km 높이까지 상승하였으며, 대부분 이산화황( )으로 믿어진다.
	B. 목성의 커다란 4개의 위성 중 가장 작은 유로파. 표면은 100km 두께의 얼음으로 덮여있다. 파쇄대는 어떤 내적 변화 과정이 틀림없이 표면을 교란시켜 새롭게 하고 있음을 암시한다. 파쇄대 내의 흑색 물질(이 그림에서 붉은 색으로 나타남)은 분명히 하부로부터 상승한다. 이 영상은 1979년 7월 보이저 2호에 의해 촬영되었다.

(2) 태양계의 기원

- 초신성의 폭발(Big bang)로 인해 매우 거대한 부피의 공간에 다양한 원소의 원자를 널리 흩어지게 하였다. 이들 원자의 대부분은 수소와 헬륨이었고, 그 밖의 다른 모든 화학 원소들도 소량으로 존재하였다. 태양계 내의 모든 사물은 실제로 엷게 퍼진 이 원자들로부터 생성되었다. 어떤 측면에서 보면 지구와 지구상의 모든 사물들은 항성 먼지(star dust)로부터 만들어진 것이라 할 수 있다.

① 초신성 폭발에 의해 항성 먼지들이 격렬하게 소용돌이치는 우주 가스운을 형성.

② 원자들 사이에 작용하는 중력에 의해 원자들이 서서히 집합되고 가스층이 두꺼워 짐.

③ 원자들이 보다 더 가깝게 접근함에 따라 가스는 더 뜨거워지고, 밀도 증가.

④ 가스운 중앙에 수소와 헬륨원자가 융합되어 더 무거운 원소가 생성되어 압력, 온도 증가

⇒ 태양의 형성 (약 60억 년 전)

⑤ 가스운 바깥 부분의 고체 응축물에 의해 행성, 달, 그 밖의 태양계의 고체 천체를 만듦.

⑥ 응축에 의해 무수히 많은 작은 암석 파편 형성 → 중력에 의해 파편들 사이에서 충돌

: 가장 큰 덩어리는 응축된 암석 파편을 서서히 더 많이 쓸어 모아 크기가 더 커졌으며 결국 이것은 행성이 되었다. (40억 년 전)

※ 행성 성장(planetary accretion)

- 우주 공간으로부터 고체 물질의 작은 조각들이 점점 보다 많이 모아지는 성장과정.

 

태양계의 생성과정 a. 우주공간에서 원자의 집합은 밀도가 높은 가스운의 회전체를 형성하였다. b. 가스운의 중심은 결국 태양이 되었다. c, d 행성은 가스운의 바깥부분의 응축에 의해 생성되었다

그림1.3 과거 충돌의 흔적 애리조나 플래그스태프 근방의 운석구(Meteor Crater). 이 운석구는 약 5만년 전 운석의 충돌에 의해 만들어졌다. 운석구 직경은 1.2km이고 깊이는 200m이다. 돋아 높아진 가장자리와 운석구로부터 튕겨나온 부서진 암석 조각들로 이루어진 얇은 피복층을 주목하자. 지구의 긴 역사 동안 이 운석 충돌 사건보다 더 큰 운석 충돌이 많이 있었던 것으로 믿어진다.

그림 4. 우주에서 온 전령 운석은 우주에서 온 전령으로 태양계의 초기의 일부 역사를 전달해준다. 한 소년이 뉴욕의 아메리카 자연사 박물관에 전시된 커다란 운석을 조사하고 있다.

 

그림1.5 전지구적 참사의 희미한 기록 이 얇은 어두운 색의 암석층(동전으로 표시)은 희귀한 화학 원소인 이리듐이 풍부하며 그 상하에 있는 밝은 색의 두꺼운 석회암층내에서 돋보인다. 이탈리아의 컨테사 계곡에서 볼 수 있는 것과 같은 이리듐이 풍부한 층은 전세계의 많은 곳에서 확인되었으며 약 6천6백만년 전 대규모의 운석 충돌에 의해 생성된 세계를 순환하는 먼지 구름으로부터 형성된 것으로 믿어진다. 이 운석의 충돌과 그 여파는 공룡의 멸종을 일으킨 사건으로 생각되고 있다.

 

- 지구형 행성들은 작은 크기와 암석질 성분 외에도 많은 공통점을 가지고 있다. 지구형 행성은 생성 초기과정에서 모두 뜨거워서 실제로 부분적으로 용융되었다. 이들 모두는 아마 부분 용융이 일어나는 동안 암석질의 바깥층으로부터 분리되었을 밀도가 큰 금속성의 철로 이루어진 핵을 가지고 있다. 지구형 행성들은 모두 현무암과 같은 한 종류의 암석들이 주류를 이루는 화산 활동을 경험하였으며, 이것은 모든 지구형 행성에 공통적이다.

지구형 행성들은 모두 현재까지 계속되고 있는 운석 충돌에 의한 격렬한 운석구 생성과 지표 변화 과정의 시기를 거쳤다. 목성형 행성과 달리 모든 지구형 행성들은 그들을 둘러싼 초창기의 대기층을 잃어 버렸는데 이는 태양풍이 이들의 대기층을 모두 휩쓸어 갔기 때문이다.

 

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