태양계의 기원에 대해 알아보는 시간입니다

지금까지 태양계가 뭔지 그 안에 포함된 내행성과 외행성은 또 뭔지 공부를 했다.

원래 뭔가 하나를 알아가고자 하기 시작하면 그것의 과거가 더 궁금해지는 법!

마치 여자 친구의 어린 시절 앨범이 보고 싶듯이 태양계의 기원에 대해서도 알아보고 싶어 졌다.

 

사실 태양계의 기원에 대해서 100% 밝혀진 것은 없고 이론에 불과하다.

그것도 예전에 세워졌던 초기 이론과 현대에 들어 세워진 현대 이론으로 나뉜다.

시간이 지나면 또 다른 태양계 탄생에 대한 이론이 나올지도 모르겠다.

태양계의 기원 1. 초기 이론

초기 이론은 크게 성운설과 조우설로 나뉜다.

그중 성운설은 과학적으로 제시된 첫 번째 이론이다.

 

성운설에 따르면, 천천히 회전하던 가스와 먼지가 뭉쳐진 구름이 냉각되면서 그 중력에 의해 수축하게 됐고,

수축하면서 회전 속도가 더 빨라졌으며 빨라진 속도 때문에 회전축을 따라서 평평해졌다.

 

이 것은 결국에 질량중심의 주변을 자유 궤도로 도는 적도 물질로 구성된 렌즈 모양을 띄게 되고, 그 물질들은 여러 고리에 응집하게 된다.

고리에 응집된 덩어리들은 각자 조금씩 다른 궤도를 돌면서 응집된 고리에서 초창기 행성의 모습을 형성한다.

이 모든 과정에서 가장 먼저 발생한 가스 덩어리의 중심에 있던 덩어리가 태양이 된다.

 

사실 글로만 봐서는 잘 이해가 되지 않는 이 이론에는 결점이 있다고 한다.

성운설에서는 태양계의 대부분의 각 운동량이 태양에 있다고 말하고 있지만 실제로는 태양계 형성 시 각 운동량의 0.5%만을 가진다.

최초로 과학에 근거한 이론이었지만 관찰된 내용들과 일치하지 않는 것을 이유로 폐기되었다.

 

성운설 외에 또 다른 초기 이론은 조우설이 있다.

제임스 진스가 태양과 행성이 다른 과정으로 만들어졌다는 이론을 제시했다.

 

조우설에 따르면 태양을 지나친 한 무거운 항성이 태양으로부터 주기적으로 변하는 가느다란 실을 뽑아낸다.

이때에 뽑혀 나온 것들은 중력적으로 불안정해 부서지면서 각각의 압축물들이 행성을 형성했다는 것이다.

이 행성들은 태양을 지나던 그 항성의 중력에 끌려나가 태양으로부터 떨어지게 되고 태양을 중심에 둔 궤도를 형성했다는 것이다.

 

이론이 제시된 초반에는 반응이 좋았지만 역시 문제가 발견된다.

항성에 의해 태양으로부터 빠져나온 물질이 태양 반지름의 4배 거리인 수성 궤도 안을 벗어나지 못한다는 것이 증명됐다.

그 후엔 태양에서 나온 물질이 목성 정도의 질량을 가지면, 그것은 온도가 106K가 되고 결국 폭발한다는 계산이 나왔다.

또한 항성과 항성 사이가 매우 넓기 때문에 원시 태양과 다른 항성이 만날 확률은 거의 없다는 것도 있었다.

태양계의 기원 2. 현대 이론

위의 두 가지 초기 이론들이 잘 못됐다는 것이 밝혀지고 이후에 현대 이론이 등장하게 된다.

1944년에 등장한 부가 이론은 소련의 과학자 오토 슈미트와 유리 등이 내세운 것이었다.

 

망원경으로 관찰한 결과를 토대로 저온 고밀도의 구름덩어리가 은하에서 형성된다고 내세웠다.

이때 형성된 물질은 태양 주변을 타원 궤도로 회전하다가 점차 원형으로 바뀌었다는 것이다.

원형으로 바뀌면서 입자 간 충돌이 늘어나게 되면서 입자가 커지면서 점점 크기가 커졌다는 이론이었다.

 

또 원시 태양이 이 구름덩어리를 지나면서 이 덩어리들을 잡는다고 주장했다.

이에 슈미트가 에너지를 고려할 때, 두 개의 고립된 천체가 있다고 가정하면 한 천체에 있는 구성물질들은 다른 천체에 잡히지 않는다고 믿었고, 또 일부 에너지 제거를 위해 또 다른 3번째 천체를 언급했다.

3번째 천체까지 등장하면서 타당성을 잃었다.

 

마지막으로 현대 성운설이 있는데 이것이 최근에 가장 이상적이라고 평가받는 태양계의 기원설이다.

이 이론의 시작은 가스와 먼지로 이루어진 불균질한 성운이다.

태초에 가스와 먼지로 이루어진 성운은 난류 현상으로 인해 자전하게 되고, 각 운동량을 얻게 된다.

각운동량은 물체의 질량과 분포도, 회전 속도에 따라 달라지는데, 질량이 중심으로부터 멀리 떨어져서 분포하거나 회전이 빠르면 값이 커지게 된다.

 

이 성운은 자체 인력으로 수축하게 되고, 수축과 성운의 자전으로 인해 타원형을 이루면서 자전 속도가 빨라진다.

그 결과 성운 중심부는 밀도가 급격하게 늘어나 질량이 큰 덩어리가 만들어지게 되고, 이것이 바로 원시 태양인 것이다.

 

원시 태양은 중력 수축을 하면서 엄청난 열을 방출하는 동시에 수충한 성운은 밀도가 점차 증가하면서 주변의 수많은 먼지와 얼음조각, 암모니아, 이산화탄소, 메탄 등의 가스와 섞여 큰 입자를 형성하게 되는데 이 것들이 수십억 개가 모여 미행성이 된다.

 

미행성들은 서로 강한 중력에 의해 끌어당겨지면서 충돌하게 되고 충돌로 인해 성장하면서 원시 행성이 형성되었다는 게 이 이론이다.

지금까지 나온 이론들 중에 가장 이상적이라고 평가되지만, 이것도 한계가 존재한다.

일단 성운의 난류 현상으로 인해 자전한다고 하지만, 난류가 강한 경우 입자들이 모여 거대한 미행성을 만들어내기가 어렵다는 점이다.

또한 성운의 가스 덩어리가 어떻게 소실됐는지, 행성의 위치나 혜성, 소행성 등에 대한 것들이 증명되지 않았기 때문에 아직 완성되지 않은 이론이다.