안녕하세요.
오늘은 태양에 대해서 자세히 알아볼께요.
태양은 태양계의 중심에 위치한 H-1 원소에서 생성된 에너지로 인해 드디어 만들어진 별입니다. 이것은 태양의 핵심 인력이 지속적으로 연료를 사용하여 수소와 헬륨으로 변환되도록합니다. 태양은 지구를 비롯한 태양계 행성들과 같은 위성들을 비롯한 많은 객체들을 중력으로 끌어들이는 태양계의 중요한 중심체입니다.
태양의 크기
태양은 황도계에서 가장 큰 크기를 가진 별입니다. 태양의 지름은 약 1,390,000km이며 태양의 질량은 약 2x10^30kg 입니다. 이렇게 태양은 질량 면에서도 우주에서 가장 무거운 물체 중 하나입니다.
태양의 지름은 지구에 비해 약 109배, 목성에 비해 약 10배 크며 가장 가까운 별인 프록시마 켄타우리 별의 약 109분의 1 크기입니다. 태양은 황도계를 중심으로 자신의 중력으로 구성된 천체들과 상호작용하면서 이웃하는 행성들의 공전 궤도를 결정합니다. 태양의 크기는 에너지 생산에도 중요한 역할을 하며 수소 원자핵 핵융합에서 생성된 에너지는 태양의 핵심에서 발생합니다. 태양에서 생성된 에너지는 태양광이라는 형태로 지상에 도달하며 이것은 지구상의 모든 생물들을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.
태양의 구조
태양의 구조는 크게 핵심 부분, 복사층(radius=0.2R), 대류층(radius=0.7R), 초계층(radius=1R)으로 나뉩니다.
1)핵심 부분: 태양의 핵심 부분은 지름이 약 200,000km 정도 되며 약 15,000,000℃의 매우 높은 온도와 압력이 지속적으로 유지되는 곳입니다. 핵심 부분에서는 수소 핵융합에 의해 엄청난 양의 에너지가 생산되며 이는 태양의 발광원이 되는 원인입니다.
2)복사층: 태양의 복사층은 핵심 부분과 대류층 사이에 위치하며 지름이 약 200,000km입니다. 복사층에는 태양의 에너지가 전기자기 파동의 형태로 방출되며 대부분의 빛과 열 에너지는 이곳에서 발생합니다.
3)대류층: 태양의 대류층은 복사층과 초계층 사이에 위치하며 지름은 약 500,000km입니다. 이곳에서는 에너지가 선형 등락을 하며 열 대류가 주요한 역할을 합니다.
4)초계층: 태양의 초계층은 지름이 약 700,000km로 태양은 이 부분에서 대부분의 은하계 플라즈마와 상호작용합니다. 초계층에 위치한 태양의 등급은 태양체 등급 중에서 0으로 가장 높은 등급입니다.
태양의 별광
태양의 별광은 태양의 대기에서 일어나는 현상으로 태양 반경의 상당 부분에서 발생합니다. 태양 별광은 태양 대기에서 일어나는 에너지 방출로 인해 일부분은 지구의 광학적 관측으로 볼 수 있습니다. 태양의 대기에서는 다양한 온도의 플라즈마가 존재하며 이러한 온도 차이로 발생하는 이온화와 충돌 등의 작용으로 인해 별광이 발생합니다.
태양광의 주요한 구성 성분에는 수소(H)와 헬륨(He)이 있으며 H는 초록색 라인과 중앙 파란색 대역, He는 재사용색 및 분홍색 대역으로 포착됩니다. 태양 별광은 차근차근 증가하는 활동 수준에 따라 매우 다양한 형태를 띠며 자외선과 X선을 비롯하여 넓은 재사용성 범위를 가집니다. 이러한 별광은 태양 폭발의 징후로 볼 수 있으며 활동이 많을 때는 태양제품인 태양풍의 생성에 영향을 미칩니다.
태양광 활동이 빽빽할 경우 태양풍은 지구의 자기장을 감소시키거나 일시적으로 왜곡시키는 등 지구환경에 영향을 미칩니다. 태양 별광은 지구 기상에도 영향을 미칩니다. 예를 들어 태양광이 지구 대기로 들어와 전기장을 생성하여 전신 코안에 적용될 수 있으며 이것은 가끔씩 좋지 않은 무선 통신으로 이어질수도 있습니다. 태양 별광은 계측 장비에서 관측할 수 있습니다. 특히 안정적인 입사각을 잡고 있는 헬리오선광학계(Heliocentric Optical Telescope)를 사용하여 태양 별광을 측정할 수 있습니다.
태양의 자기장
태양의 자기장은 태양계 전체에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 태양의 자기장은 수소와 헬륨의 핵융합 과정으로 인해 만들어지는 플라즈마의 운동으로부터 생겨납니다. 태양의 자기장은 지구의 자기장과는 매우 다른 특성을 가지고 있습니다. 지구의 자기장은 지구의 자전과 외부 우주환경에서 오는 입자들과 강한 상호작용을 하면서 만들어집니다.
태양의 자기장은 플라즈마 간의 직접 토너먼트(twisted torus)이라는 물리학적 현상으로 인해 생겨나며 태양활동과 밀접한 연관이 있습니다. 태양 활동 시기에는 자기장이 크게 변화하며 자기장의 활동은 태양 플라즈마의 이동 및 에너지 방출, 그리고 CME(Coronal mass ejection)과 같은 현상을 유발할 수 있습니다. 이러한 활동으로 인해 태양 활동이 증가함에 따라 지구의 전성분과 지구상의 전선구성요소에 대한 영향이 커질 수 있습니다.
태양 자기장은 또한 태양풍을 만드는데 중요한 역할을 합니다. 태양의 자기장은 상대적으로 강한 에너지로 손실되면서 이송 상태에서 존재하는 전자 및 이온으로 이루어진 태양풍의 생성을 돕습니다. 태양 자기장의 구성원소로는 약 70%의 수소, 28%의 헬륨 및 약 2%의 다른 중량 원소들이 섞여 있습니다. 전선중량원소의 경우 주로 태양 내부에 존재하며 태양표면에는 매우 낮은 농도로 나타납니다.
태양의 대기
태양의 대기는 최하층의 광도, 이웃채층인 열층, 코로나까지 다층적인 구조를 가지고 있습니다. 이 대기는 총체적으로는 플라즈마로 채워진 가스 층이며 각 층마다 밀도와 온도 등의 특성이 크게 다릅니다.
1)광도층
태양의 광도층(Layer Photosphere)은 태양 대기의 최하층이며 태양 표면에서 파동이 일어나는 영역으로 가장 밀도가 높고 온도가 낮은 층입니다. 광도층은 지구 대기에서의 중간층 수준 위치에 있습니다. 태양의 광도층은 수소(H)와 헬륨(He) 등의 원자와 이온으로 구성된 큰 입자들의 상태로 제일 많이 발생하는 드문 헬륨(H)과 수소(H)가 나타납니다. 이렇게 형성된 태양의 대기는 태양 표면에서 100km 정도 높이까지 지속되며 지구 대기에서 말하는 대류권에 해당하며 태양 중심부까지 이어지는 유체 화된 대기를 두름직하게 포함합니다.
태양 광도층은 태양 표면에서 올라가면서 밀도가 감소하는 반비례적인 형태로 이루어져 있습니다. 이것은 지구 대기의 대류권과 비슷한 형태를 보이며 각종 현상이 발생하는 중요한 지름길이 되기도 합니다. 태양 대기 중 가장 제일 밀도가 높고 온도가 낮은 구간이기 때문에 태양 표면과 다른 영역과의 경계라고 볼 수 있으며 태양 내부의 물질 안정성과 Eddy Movement이 일어나는 감쇠대 영역입니다.( Eddy Movement: 태양 내에서 기체 형태의 물질이 대류 형태로 움직이는 현상을 일컫습니다. 이러한 Eddy Movement는 태양 대기의 상당 부분에서 발생하며 개인적으로 각각 다른 방향으로 움직이는 대형 구름과 같은 형태를 띠며 상하유동, 배율처리(deferential rotation), 파동 그리고 공간 대류 와 같은 다양한 현상을 유발합니다.)
2)열층
태양의 열층은 태양 대기에서 광도층 바로 위에 위치한 층을 일컫는 말입니다. 광도층에서부터 태양계의 가장 바깥쪽인 코로나까지 다양한 층이 존재하고 있지만 열층은 이 중에서 대기의 가장 높은 온도(백만도 이상)를 보여주는 영역입니다.
태양의 열층은 크게 크게 찬열층과 전이층으로 구성됩니다. 찬열층은 열층의 하부영역 중에서 태양광 층이 위치한 영역이며 열층 하부에서 찬 거품 같은 형태의 희박한 가스들로 이루어져 있습니다. 전이층은 찬열층 상단에서 시작하여 약 1천 km 이상의 높이까지 이어지며 열에너지의 대부분이 방출되는 영역입니다. 이 층에서는 온도가 큰 폭으로 상승합니다.
태양의 열층은 지구 대기와 비교할 때 깊이에 따라 온도와 밀도가 변화하는 다층적인 구조를 가집니다. 이러한 열층의 구조는 태양의 대기에서 일어나는 복잡한 현상을 이해하고 태양 관측을 통해 우주 탐사 및 공간 기타 다양한 우주 기술 개발 분야에서 매우 중요한 정보를 제공하고 있습니다. 태양의 열층에서 일어나는 현상 중 하나가 손(孫)크기의 태양 흑점(Sunspot)입니다. 태양 흑점은 열층에서 자기장이 밀집되어 발생되는 것으로 태양 표면의 온도가 다른 지역보다 상대적으로 낮은 영역입니다. 태양 흑점은 대기 중 재료가 가장 많은 영역으로 이 것들로부터 우리는 태양 기후와 우주날씨를 예측할 수 있습니다.
3)코로나
대기의 가장 외간층을 코로나(Corona)라고 부릅니다. 코로나는 태양의 대기에서 가장 높은 온도(백만도 이상)를 가지며 태양 표면에서 위로 올라가면서 일어나는 온도상승 현상입니다. 태양의 코로나는 매우 희소한 태양 대기에 위치하며 대기 상부의 수소와 헬륨 등의 원자와 이온으로 구성되어 있습니다. 이러한 자성 권(자기권)으로 결핍된 코로나는 태양광을 발산하며 태양에서 이루어지는 대기 활동과 태양 광도의 변화를 유발합니다.
태양의 코로나는 굉장히 불안정한 상태로 큰 에너지가 방출될 때 갑자기 폭발할 수 있습니다. 이러한 현상을 코로나 진동이라 하며 우주 기술 및 위성 운영에 직접적인 위협을 가할 수 있습니다. 코로나는 또한 태양 제품인 태양풍을 생성하는 데 중요한 역할을 합니다. 태양에서 에너지가 방출될 때 이 기체는 플라즈마 상태로 코로나에 흡수됩니다. 그리고 태양풍을 생성하는데 적극적인 역할을 합니다. 그러나 코로나는 여전히 미스테리한 부분이 있습니다. 외부 온도가 높고 밀도가 낮은 것으로 알고 있지만 이 온도 상승원인에 대한 확실한 이유는 아직까지 밝혀지지 않았습니다.
태양의 흑점
태양 흑점(Sunspot)은 태양 표면 상에서 어두운 부분으로 태양광을 블랙아웃하게 만들어 태양 에너지의 발산량을 줄이게 되는 현상입니다. 태양 흑점은 태양 자기장의 나선 구조를 띠며 자기장이 밀집한 지역에서 발생하게 됩니다. 태양 흑점은 대략적으로 태양 표면에 위치한 지역으로 11년 주기(태양 활동 주기)를 가지고 발생하며 한 주기 동안의 최대 발생 수는 약 100개 입니다.
태양 활동의 정점 기간(태양대황기)에는 태양 흑점의 개수와 크기가 크게 증가하며 이로 인해 태양 벤 가드 햇빛과 우주 활동에 영향을 끼치게 됩니다. 태양 흑점은 직경이 수십 밀리미터에서 몇십만 킬로미터에 이를 정도로 다양한 크기를 가지고 있습니다. 태양 흑점은 태양 표면에서 일어나는 복잡한 자기장 현상에서 영향을 받아 형성되며 이러한 현상은 태양활동주기간 동안 주기적으로 반복되어 관측됩니다. 태양 흑점은 지구와 태양의 상호작용을 유발하며, 빛의 역효과(Sunlight Effect)와 같은 다양한 현상을 유발합니다.
오늘은 태양에 대해서 자세히 알아보았습니다.
오늘도 즐거운 하루 보내세요.
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