격렬한 태양

 

격렬한 태양

 

쌀알 무늬 외에도 태양의 표면은 다른 특징을 가진다. 가장 눈에 띄는 것은 흑점이다. 흑점은 태양 자기 활동의 결과이다. 그리고 태양 자기 활동은 자전과 대류의 결과이다. 태양은 강체가 아니기 때문에 위치마다 다른 속도로 자전한다. 즉 적도에서는 26일에 한 번 돌며 양극에서는 30일에 한 번 돈다. 결과적으로 태양의 자기력선은 태양이 회전함에 따라 뒤틀리고 잡아당겨진다. 뒤틀림이 가장 심한 곳에서는 자기장이 확장되어 해당 지역 가스들의 흐름을 억제한다. 따라서 이 지역이 나머지 지역보다 더 차가워지며, 우리는 이 지역을 상대적으로 어두운 흑점으로 보게 되는 것이다. 흑점은 수시간 혹은 수개월간 지속될 수 있다. 평균적으로 흑점의 온도는 섭씨 4200도로, 섭씨 5700도인 표면 온도보다 1500도 정도 더 차갑다. 가장 큰 흑점은 지구보다 클 수도 있다.

태양 플레어와 홍염도 태양의 자기 활동 때문에 생기는 현상이다. 홍염은 태양의 대기인 채층' 에서 광구 위쪽으로 수만이나 수십만 킬로미터까지 올라가는 거대한 가스 구름이다. 홍염은 자기장 고리에 끌려 올라가며 주위의 가스보다 밀도가 더 높은 가스 다발로서 수명이 수시간 정도 된다. 한편 플레어는 활동적인 지역에서 발생해 채층의 가스와 가장 바깥쪽 태양 대기인 코로나의 가스를 수억 도의 온도까지 가열시키는 갑작스러운 폭발이다. 전형적인 플레어는 전자, 양성자, 원자핵 등 전하를 갖는 입자로 이루어진 가스 구름을 광속의 최고 70퍼센트 속도로 태양으로부터 분출시킨다. 또한 코로나와 관련된 것 중 코로나 질량 방출이라는 것도 있다. 그 원인은 정확히 밝혀지지 않았지만 코로나 질량 방출은 뜨거운 플라스마 10조 킬로그램을 최고 초속 1000킬로미터 속도로 갑작스레 폭발시킨다. 코로나 질량 방출은 전자와 양성자의 안정적인 흐름인 태양풍에 충격파를 발생시키고 이는 지구에 심각한 통신 장애를 일으킨다.

 

 

변화하는 태양

이처럼 태양은 격렬한 활동이 벌어지는 곳이다. 그러나 태양은 과거에 훨씬 더 활동적이었던 것으로 추정된다. 태양이 형성되는 데 걸린 수백만 년 동안 태양 성운으로부터 떨어지는 가스들 때문에 자전이 점점 더 빨리 일어났다. 그러나 태양 성운이 흩어진 이후 자전 속도는 상당히 느려졌다. 이것은 태양풍과 태양 자기장의 상호 작용 때문이다. 태양풍이 우주 공간으로 거세게 불어 나가면서 일부는 자기력선의 방향을 따라 날아간다. 사방으로 퍼져 나가는 태양 질량의 이러한 재분포는 태양의 자전 속도를 늦추는 작용을 한다. 이것은 마치 발레리나가 회전하면서 양팔을 쭉 뻗으면 속도가 늦춰지는 것과 똑같은 이치다. 발레리나와 태양 모두 각운동량을 보존하고 있으며 태양에서의 이 과정은 자기 제동으로 알려져 있다. 태양은 황소자리 T형 시기에 8일에 한 번 꼴로 돌던 것에 비해 이제 적도에서는 26일에 한 번 돈다. 자전 속도가 느려지면서 자기장 또한 점점 약해졌으며 태양이 과거보다 자기적으로 훨씬 덜 활동적인 것은 바로 이 때문이다. 우리에게는 다행한 일이 아닐 수 없다.

태양이 변한 또 다른 측면이 있다. 아주 오랫동안 태양 중심부에서는 수소가 헬륨으로 바뀌었으므로 이 별이 빛을 내기 시작한 이후 화학 조성이 다소 변한 것이다. 이제까지 중심핵에 있는 수소의 37퍼센트가 헬륨으로 바뀌었고 이로 인해 태양의 바깥쪽 모양도 달라졌다. 핵융합으로 하나의 헬륨 핵을 만드는 데 네 개의 수소 핵이 필요하다. 헬륨 핵 각각은 하나의 수소 핵과 똑같은 압력을 발생할 뿐이다. 따라서 수소 핵이 더 많이 소비될수록 태양 중심부에 있는 원자핵의 총 수가 줄어들고, 중심부의 압력은 태양이 주계열에 있는 동안 꾸준히 감소한다. 결과적으로 태양 중심부는 항상 수축하면서 조금씩 더 뜨거워진다. 

 

이것은 더 많은 에너지를 발생하여, 태양을 다소 더 커지게 하며 더 밝게 만든다. 시간이 흐름에 따라 광도의 변화가 상당히 중요해질 수 있다. 이미 태양은 처음 형성되었을 때인 46억 년 전보다 10퍼센트 정도 더 커졌다. 또한 그때보다 약간 더 뜨거워졌으며, 30~40퍼센트 정도 더 밝아졌다. 이러한 경향은 지금으로부터 60억 년 후인 주계열의 마지막까지 계속 유지될 것이다.