태양 여행, Travel to the Sun

만약 미래 먼 훗날에 과학기술이 발전하여 태양의 열과 압력, 그리고 중력을 견딜 수 있는 탐사선을 보낸다 해도, 선글라스를 씌우지 않는다면 오농 하얀 빛밖에 안 보일 것이다

'태양' 하면 주로 떠올리는 모습의 사진. 사실 태양은 원래 G형 주계열성이므로 아래 사진처럼 우리 눈에는 흰색으로 보인다.

우주에서 바라본 해

태양계의 중심에 존재하는 항성. 태양계의 중심이 되는 가장 큰 천체이자, 지구에게 유일한 별이며, 에너지의 근원. 지구를 먹여 살린다고 봐도 좋다. 대표적인 항성이기도 하다. 태양계 전체 질량 중 태양이 무려 99.86%를 차지하며, 나머지 0.14%를 행성들과 위성들이 채운다. 지구 생명체들의 원동력이자 근원.

태양의 색

실제 태양은 너무나 밝기 때문에, 지구에서도 장시간 정면으로 바라보면 실명할 위험이 있을 만큼 강렬한 빛의 덩어리라 직접 눈으로 볼 수는 없다. 이 문서 위에 있는 영상과 같은 이미지는 실제로는 카메라에 들어오는 빛의 양을 엄청나게 낮춰서 찍은 것이다. 때문에 흑점 같이 상대적으로 어두운 부분은 이미지에서 검게 보인다. 인간의 시각에서 본다면 실제로는 흑점도 어마어마하게 밝다.

흔히 태양을 노란색 별이라고 지칭하고 실제로 태양이 노란색이라고 알고 있는 사람들이 많지만, 사실 태양은 실제 흰색이다. 이건 여름철 맑은 날에 높게 뜬 태양을 보면 알 수 있는 사실이다. 실제로 대기 효과가 적용되지 않는 우주 공간에 나가서 태양을 봐도 흰색으로 보인다. 그 이유는 인간의 눈이 태양빛에 최적화되도록 진화했기 때문이다. 눈에 존재하는 3가지의 원추세포에서 감지하는 붉은색, 녹색, 푸른색이 합쳐지면 흰색이 되는데, 태양빛은 이 삼원색이 적절하게 섞여 있다.

태양 광구(표면) 온도는 대략 5800켈빈으로, 이는 분광형으로 G형에 속한다. 플랑크의 흑체복사법칙과, 그로부터 유도되는 빈의 변위 법칙에 따라 태양의 온도에서 가장 많이 나오는 전자기파의 파장 대역을 고르면 약 500nm정도가 되는데, 사실 이 파장은 노란색보다는 녹색, 혹은 청록색에 가깝다! 물리학적으로도 태양이 노란색 별이라는 말은 틀린 셈이다. 그럼에도 태양이 초록색으로 보이지 않는 이유는 앞에서 말했듯이 3가지의 색이 섞여있기 때문이다.

여러 문화권에서 태양이 노란색 혹은 붉은색으로 주로 표현되는[4] 이유는 아마 노을이 질 때 보이는 색깔을 태양의 실제 색으로 착각했기 때문인 것으로 보인다. 대낮에는 태양이 너무 밝기 때문에 시력 손상을 무릅쓰고 자세히 볼 기회가 없고 색을 판별하는 것 또한 어렵지만 뜨거나 질 때의 태양은 대기 소광 덕분에 붉은색 혹은 노란색 광구를 확인할 수 있을 만큼 충분히 어둡게 보이기 때문이다. 이렇게 태양의 색이 변하는 이유는 레일리 산란(Rayleigh Scattering)[5] 때문이다. 빛이 지구 대기를 구성하는 분자들에 부딪혀 산란되어 사방팔방으로 흩어질 때는 레일리 산란 특성을 보이는데, 이 레일리 산란의 경우 짧은 파장의 빛이 긴 파장의 빛보다 산란이 더 잘 된다. 정량적으로 말하면, 진동수의 네 제곱에 비례한다. 따라서 태양에서 빛이 전달되어 올 때 태양에서 오는 빛 중 푸른 계열(파장이 짧은)의 빛이 주로 산란되어 파란 하늘을 만들고, 붉은색 계열의 빛만이 남아 눈에 도착하게 된다. [6]

참고로 먼지나 구름 등에 의해 빛이 산란되는 경우는 미(Mie)산란으로 설명해야 한다. 미 산란은 기본적으로 지구 대기를 구성하는 기체 분자들이 아닌 먼지와 같이 분자의 크기가 큰 에어로졸들에 적용된다. 미 산란은 레일리 산란에 비해 파장에 의존도가 적기 때문에 상대적으로 여러 파장대의 빛을 고루 산란시킨다. 따라서 먼지가 태양빛을 산란할 때는 콘트라스트를 감소시켜 노을이나 하늘빛이 뿌옇게 보인다. 흔히 노을의 원인 자체를 먼지 때문이라 이야기하며 미 산란을 적용시키려는 경우가 있지만, 부정확한 설명이다.

참고로 화성에서는 지구와 정반대로 석양이 푸른색인데, 이유는 지구보다 대기가 엄청나게 희박하고(거의 1%) 그나마도 이산화탄소가 대부분이라 단파장이 산란되지 않으며 오히려 산화철을 비롯한 입자가 굵은 먼지들에 장파장이 산란되어 석양이 푸르게 보이게 된다.

태양의 빛

태양이 내뿜는 빛은 다양한 파장의 전자기파를 포함한 백색광으로, 그 자체에도 상당량의 에너지가 있다. 지구는 태양이 발산하는 에너지의 아주 일부만 받는다. 단순 계산으로 공전 궤도를 원형이라 생각하면, 지구는 반경 1억 5천만 km의 구면에서 반경 6400km의 원에 해당하는 부분만 에너지를 받는다.(대략 4.6*10-10)

한편 우리가 보는 태양은 8분 19초 전의 태양인데, 이는 태양빛이 광구를 탈출하여 지구까지 도달하는 데 8분 19초가 걸리기 때문이다. 또, 우리가 보는 태양빛은 8분 19초 전의 것이 아닌, 평균값 17만 1천 년 전의 빛이기도 하다. 왜냐하면 태양의 핵에서 생성된 빛이 광구까지 나와서 방출되기까지 다시 17만 1천 년이 걸리기 때문이다. 태양의 반지름은 대략 70만 km로 빛의 속도로 약 2초 정도가 걸리는 거리지만, 태양의 내부에서 엄청난 양의 전자들과 부딪히면서 빛의 이동거리가 길어지기[19] 때문에 결과적으로는 17만 년 정도 걸린다. 이 태양 내부의 상태와 비슷했던 것이 빅뱅 이후 대략 38만 년이 흘러 처음으로 투명해진 우주의 상태로 이때의 복사는 여전히 전파망원경으로 관측할 수 있다.

태양에서 일어나는 현상

• 코로나 : 태양에서 일어나는 현상 중 가장 기묘한 현상. 태양의 대기층으로 일식 때 태양이 삐쭉삐쭉해 보이는 것은 이것 때문. 중요한 것은 이것의 온도가 태양 표면의 200배라는 것. 태양 표면의 온도는 5000~6000℃에 불과한 반면 코로나의 온도는 100만℃에 달한다. 태양이 아주 단순한 구조라는 가정을 할 경우 열역학 제 2 법칙에 정면으로 위배되는 것처럼 보인다. 이 문제를 코로나 가열 문제라고 하며 가장 유력한 설은 태양표면에서 제트처럼 분출되는 기체가 코로나 속에서 초음속이 되어서 저항을 받아 운동에너지가 열에너지로 변하기 때문이라는 것이다. 아직까지 이를 명확하게 설명해주지 못하기 때문에 태양 천문학의 주요 떡밥이다. 자세한 것은 항목 참조.

• 프로미넌스

• 흑점

• 플레어

• 태양풍

• 필라멘트

일식