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천문학에 관하여
싸늘하고 빛 없는 밤에 도시를 멀리 벗어나 하늘을 올려다봅시다. 그럼 신비스런 별의 바다가 눈앞에 펼쳐질 것입니다. 수천 개의 면. 대여섯 개의 행성들이 가끔씩 꼬리을 끌며 사라지는 유성들과 함께 보일 것입 니다. 이런 광경을· 보고 감탄하는 것은 과학자듄도 마찬가지입니다. 다만 그듄은 이 모든 것의 의미롭 과학적 방법으로 캔다는 것이 디옵 뿐입니 다. 맨눈으로 보면 변은 모두 밝은 빛의 점으로 보입니다. 어떤 것은 밝 고 어떤 것은 어둡고 어떤 것은 불그스름하고 또 어떤 것은 푸르스릅합 니다. 그런데 망원경을 몽해 들여다보면 우리는 이 비슷해 보이는 빛의 점듈이 서로 매우 다르다는 것을 알 수 있습니다. 어떤 별은 뜨겁고 밀 도가 높아서 믿을 수 없을 정도의 속도로 핵 융합 연료를 소비합니다. 또 어떤 것은 온도가 낮아서 핵 융합 속도가 느립니다 갓 태어난 별이 있는가 하면 늙어 가는 변둘도 있습니다. 어짜다 한 번씩 우리는 변이 엄청난 혹만르 화려한 임총운 맞는 장면도 봅니다. 이렇개 넬듄의 여러 가지 모습은 우리에게 한 가지 사실을 가르쳐줍니다, 변의 일생은 중력과의 끊임없는 싸움입니다.
별을 구성하는 물질을 별 자체의 중심부로 자꾸 끌어당기는 힘과의 싸움인 것이지요. 이 무자 바한 중력과의 싸움-otl서 별둘은 여러 가지 작전을 구사합니다. 이를 롱 해 어떤 별들은 파국을 잠시 피하기도 합니다. 그러나 아주 큰 별듄은 궁국작으로 븀랙홉로 전락할 운명윤 어떤 방법으로도 피한 수가없습니 다, 이것은 중력이 문전에 대해 거두는 최후의 승리입니다. 별의삶과축음 벌의탄생<< 모든 별은 우주 깊숙한 곳에 있는 먼지구롭에서 태어납니다. 구롭 속 어 디엔가 우연히 붑질이 다른 곳보다 더 많이 모인 곳이 있습니다. 이 부 분은 자신의 중력으로 주변에 있는 물질둘을 꼴어둘이는데. 질량이 커 지면서 중력도 커져서 더 많은 물질들이 끌려오게 됩니다. 그 결과물 예 촉하는 것은 어렵지 않습니다. 주변의 먼지구름이 이 덩어리로 걷잡을 수 없이 빨려돕니다. 이런 식으로 압축이 진행되면 중심 부분의 압력과 온도가운라갑니다 먼저 전자가 원자에서 떨어져 나가 플라즈마룹 형 성합니다. 압축이 계속되면서 픕라즈마 속의 원자핵온 접점 더 빵리 움 직이 개 되고 나중에는 이 색을의 속도가 너무 빨라져서 해 사이에 존재 하는 전기적 반발릭을 이기고 서로 합쳐집니다. 여기서 핵융합이 시작 되는 것입니다. 핵 융합으로부터 나오는 에너지는 중십 부분에서 쏟아 져 나오면서 주변 몸집에 압력옵 가해 모든 깃윤 중심 쪽으로 꼴어듄이 는 중력과 균형웅 이룹니다. 이 에너지가 표면에 도단하면 전자과의 형 태로 우주 공간으로 방출되고 균형을 이룬 먼지구몸은 빛을 내기 시작 합니다. 마침내 별이 탄생한 것입니다. 이 핵 융합 반응의 일차적 연료는 수소입니다. 두 개의 양성자. 그러 니까 수소 원자핵 두 개가 합쳐져서 중수소(하나의 양성자와 하나의 중성 자로 되어 있는 수소의 동위원소)와 및 가지 다른 입자욥 만듭어냅니다.
이 중수소가 다몬 양성지듭과 몇 번의 충듀윤 거쳐 긴국은 두 개의 양성자 와 두 개의 중성자로 된 헬몹 원자핵을 형성합니다. 이 핵 반옹을 식으 로 표현하면 다음과 같습니다. 네개의양성자一헬륨+에너지 +몇개의다른입자 여기서도 네 개의 양성자가 갖는 질량의 일부가 전환되어서 핵 반웅 에너지릅 만붐어냅니다. 별이 수축하면서 안정되어 가는 과정에서 별의 가장자리에서는 재미 있는 현상이 나타납니다. 최초의 먼지구름은 일반적으로 미약한 회전운 동을 하고 있습니다. 그런데 수축이 시작되면 회전 속도가 빨라집니다. 피겨 스케이트 선수가 회전 묘기를 할 때 팔을 안쪽으로 당기면 몸의 회 전이 빨라지는 것처럼. 별에서도 아무· 방해 요소가 없다면 수축으로 인 해 회전 속도는 더 빵라집 것이고 마지막에 가서는 별이 산산조각낱 것 입니다 지금부터 50억 년이 지나면 태양은 금성 궤도 바깥쪽까지 부풀어오몹 것입니다. 수성과 금성은 태양에개 삼켜지고 지구 표면은 바짝말라버린 것입니다. 적색거성 단계에서도 변신은 계속됩니다. 바깥쪽이 부풀어오르는데 도 불구하고 중심은 계속 수축을 해서 아주 뜨거워집니다. 그러면 수소 가 타고 남은 재인 헬륨이 핵 융합을 시작합니다. 몇 단계의 반응을 거 쳐 세 개의 헬뮴 원자핵이 합쳐져서 탄소 원자핵을 형성합니다. 헬뮴이 모두 소비되면(태양 같은 년에서는 이것이 몇 분 만에 끝나버립니다) 수축이 다시 진행됩니다 부풀어오론 외부는 밖으로 날아가버리고 안쪽은 수축 윤 개속합니다. 그런데 이제 연료가 떨어졌으므로 수축윤 저지한 어떤 힘이 필요합니다 이 어떤 힘은 태양이나 다몬 많은 번들에 있어 전자와 관련되어 있습니다.
별 속의 전자들은 합쳐지지 않습니다, 단지 어떤 부 피 안에 많은 전자가 몰려 있을 뿐입니다. 중십부가 지구 정도의 크기로 수축하면 더 이상 전자를 몰아넣을 공간이 없어집니다. 이렇게 되면 안 으로 잡아당기는 중력의 힘과 밖으로 밀어내는 전자의 힘이 맞서 이 별 온 영원히 안정됩니다. 이런 식으로 평형윤 유지하는 별을 백색 왜성 이라고 합니다. 이 변은 연료가 없으브로 에너지봅 만단어 내지 못하고 단지 점점 식어가면서 빛을 낼 뿐입나다. 학자들은 태양 질 량의 8배 이하의 질량을 가진 별둘이 백색 왜성이 된다고 믿고 있습니 다. 전체가 탄소 원자핵으로 된 이 런 별들은 그야말로 ·하늘의 다이아몬 드입니다 별의 질량이 매우 크면 이 별의 장례식은 대단한 구경거리가 됩니다. 앞서 말한 대로 별의 크기가 큽수목 수소읍 매우 빵리 소비합니다. 잠시 수축 기간이 있은 후 헵유이 융합되기 시작해서 탄소가 뭡니다. 헹유이다 떨어지고 나면 어김없이 수축이 다시 시작되고 내부의 온도가 크개 옵라가서 탄소마저 융합윤 시작합니다. 앞선 윤질이 타고 남은 재가 그 다옵 몹질의 융합 연료가 되는 과정이 반복되고 이 과정에서 변은 중릭 의 사형선고봅 피하기 위해 몸부림칩니다. 이재 별의 일생 중 마지막 단계입니다. 핵 융합의 마지막 단계에시 친 이 생성되기 시작합니다. 이 칠이야말로 마지막으로 생기는 재입니다. 이 단계에 이르면 철 원자핵을 다른 원자핵과 융합시켜서 에너지를 얻 는 것이 봅가능하고. 핵 분열로 에너지를 얻을 수도 없습니다.
별의 중 십 부분에 천이 쌓여갑에 따라 에너지를 만들어낼 방법은 점점 없어집 니다. 다시 수축이 시작되면 이번에는 전자의 힘도 중력의 힘윤 이겨내 지 못합니다. 질국 전자는 중심부에 있는 양성자로 밀려 둘어가 중성자 가되고마지막에 이 별은중성자로 덩어리진 공이 돼버립니다. 이런 별 을 중성자성(neutron Sl:lr)이라고 하는대 지름은 약 15킬로미터 정도입 니다. 여기서는 중력의 힘과 중성자의 압력이 서로 균형을 이루어 별을 안정시킵니다. 대부분의 연구자듄은 초신성 폭발 뒤에 중십에 남는 것 이 중성자년이 된다고 믿고 있습니다. 초신성과그종말<< 중심부의 수축이 시작되면 별의 바깥 부분에 있는 입자들은 이재 더 이 상 기댈 곳이 없다는 것을 께닫고 안쪽으로 떨어지기 시작합니다. 이 과 정에서 핵 융합의 산문로 밖으로 쏟아져 나오는 중성자의 홍수와 마주 치게 되는데 그 결과 별은 문자 그대로 산산이 부서집니다. 약 30분 동 안 충격파가 변의 몸체옵 휩쓸고 지나가고 온도가 상상할 수 없윤 정도 로 운라가 이 속에서 우라늄 퓨부토늄에 이르는 보든 무거운 원소듄이마구잡이로 형성된 후 우주 공간으로 흉뿌려집니다, 그리고 며칠 동안 이 병은 온하계 전체보다 더 콘 에너지물 냅니다. 이 현상윤 초신성 이라고 부르는데 이재까지 안려진 변의 최후 중에시 가장 웅 장한 것입니다. 폭반의 민지가 사라지고 나면 뒤에 남는 것은 중성자성 아니면볼랙홀입니다. 1987년 2월 23일 우리 은하 부근에서 별이 폭발해서 초신성이 되었습 니다. 그 덕분에 천문학자들은 랑사이드에서 권투 시합을 구경할 기회 릅 얻었습니다. 그리고 이들의 이론은 당당하게 입증되었습니다. 초신성의 물꽃눔이가 끝나면 남는 것은 중성자로 된 핵. 그러니까 지 몹 약 IS킬로미터의 중성자 공입니다. 중성자성은 보뭉 회전축옵 중십 으로 1초에 30번에서 50번 회전합니다. 수축 때문에 처옵에는 천천히 둘단 별이 점점 빨리 들게 됩니다
별 이 처음에 가지고 있던 자기장도 수축에 따라 밀도가 높아져서 지구 표 면 자기장의 몇 조 배에 달하는 강력한 자기장이 만들어집니다. 이 자기 장의 남국과 곡국을 향해 끌려 듄어가는 전자둘은 라디오 전파의 형태 로 에너지롭 방출합니다. 마치 이 병이 갖는 자기장의 N국과 S국윤 초 점으로 하는 전파원에시 강력한 전파가 밥사되는 것처럽 보입니다. 이 전과가 우리물 스쳐갈 때마다 우리는 라디오파의 펄스(p따SC, 맥 박치쉽 짧은 순간에 생기는 진동 현상)를 수신하게 되고 잠시 조용하다가 또 하나의 펄스가 지나갑니다. 처음에 이 전파 신호가 탐지되었을 때 관촉자둘은 이것을 녹색 외계인이라고 불렀습니다. 마치 누군가가 암 호로 송신을 하는 것 같았기 때문입니다. 이재 우리는 이 전파가 펄서 (puls:1r)라고 붑리는 중성자성으로부터 나온다는 것윤 압니다. 이재까지 반전된 뷜서의 수는 약 5백 개이며 앞으로도 계속해서 발견인 것으로 보입니다. 별의 질방이 매우 크면 중성자의 압력도 중력의 힘윤 이기지 못해서 수축이 계속 진행되고 마지막에는 뮤랙홀이 럽니다. 뮤랙홀은 중력이 거 두는 최후의 숭리, 그리고 변의 궁극적인 패배의 상징입니다. 이재까지 이야기한 것을 종합해보면 우주의 초기에 큰 별들이 형성되 었고 짧은 생에를 마친 후 초신성이 되었습니다. 숨을 거두기 직전에 이 둘은 모든 화학원소물 합성하여 우주 공간으로 돌려주었습니다. 여기서 이 원소들은 전 우유백1 걸쳐 무거운 원소의 양이 중가함에 따라 다옵 세 대의 별에 홉수되었습니다. 헬뮴보다 무거운 모든 원소. 이름테면 우리 현액 속의 찬과 뼈 속의 칼슘 갑은 것듄도 변에서 만듭어졌습니다.
그러 니까 우리는 모두 별의 잔해로 만들어진 존재입니다. 태양계 우리의 태양은 천천히 회진하는 성간몸집의 구옵으로부터 만듭어졌습 니다. 이 구뷰의 거의 대부분은 태양에 홉수되었지만 아주 조그마한 부 분이 따로 독립해서 아홉 개의 행성과 여러 소혹성. 그리고 위성둘을 만 들어냈습니다. 이들 모두는 안정된 궤도상에서 태양 주위들 돌고 있습 니다. 이렇게 만둘어진 작고 온도가 낮은 천체들의 집단을 ·태양계 라 고부릅니다. 회전하면서 수축하고 뜨거위지는 가스 덩어리로부터 행성들이 생성 되었다는 사실윤 뭉해 우리는 이들이 공봉적으로 갖는 몇 가지 목성운 이해한 수 있습니다. 우선. 모든 행성의 궤도는 태양의 적도윤 연장했윤 때 생기는 평면상에 있습니다. 그리고 모든 행성은 같은 방향으로 공진 합니다. 이런 규칙성이 생긴 것은 수축하는 먼지구름이 회전하면서 물 질을 밖으로 내던질 때 그 회전 평면상으로 내던지는 경향이 있기 때문 입니다. 갓 태어난 태양계는 호떡 한가운데 탁구공(태양)이 들어 있는 모습과같았을 것입니다. 나중에 이 호떡 안에 행성들이 들어앉게 된 것 입니다. 천체로서의 모습을 갖추는 과정은 앞서 별의 탄생에서 다룬 것 처럼 중력에 의한 수축이었을 것으로 생각됩니다. 원시태양 가까이에서 민지구몹의 온도는 메탄이나 암모니아 같은 물 질둘을 증발시킬 정도로 충분히 높았습니다. 태양이 뿜어내는 입자둘이 이런 기재들을 우주 공간으로 난려버렸고 고재들만 남아 행성들을 이무 었던 것입니다. 그래서 태양 가까이에 있는 행성듄은 크기가 작고 주로 암석으로 이무어져 있습니다. 한편 바깥쪽에서는 메탄. 몹. 암모니아 같 온 것듬이 일어서 고체가 되었고 처음부터 있던 수소와 헬뮤온 원시태 양의 영향움 크게 받지 않았습니다.