태양계 기원 미행성 응집설이란?

1. 태양계 기원 미행성 응집설이란?

태양계의 탄생은 약 46억 년 전 우리 은하 중심으로부터 약 2만 7천 광연 거리에서 우주 먼지, 가스, 얼음결정으로 가득한 구름이 중력 붕괴하여 태양이 형성되었다고 합니다. 이후 태양을 중심으로 원반모양으로 회전하던 우주먼지와 가스, 바위, 얼음결정 등이 뭉쳐 작은 미행성을 이루었으며 이들은 서로 부딪쳐 점점 커졌으며, 그중 가장 큰 덩어리인 목성이 만들어지고 목성은 질량이 커짐에 따라 태양의 중력을 받아서 태양과의 거리가 가까워지게 되었습니다. 그러한 태양계의 기원설이 여러 가지 있습니다. 신비한 태양계의 기원 미행성 응집설에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

2. 태양계 기원

태양계의  기원 가설 중 대표적으로는 성운설, 와동설, 조석설, 미행성 응집설 등이 있습니다. 성운설은 성운이 수축되어 태양계가 형성되었다고 설명하며 이 가설은 오늘날 태양의 느린 자전을 설명할 수 없다는 문제점이 있습니다. 와동설과 조석설은 모두 태양에서 떨어져 나온 물질이 태양계를 형성한 것으로 설명됩니다. 그러나 두 가설 모두 태양에서 떨어져 나온 물질은 행성으로 성장하기 전에 증발하므로 행성이 만들어지기 어렵다는 문제점이 있습니다. 현재까지 밝혀진 태양계의 여러 특징을 비교적 잘 설명해 주는 가설은 미행성 응집설입니다. 미행성 응집설이 성운설과 다른 점은 서운설은 성운을 이루는 물질 전체가 원반처럼 회전하지 않고 각각의 중심을 향해 모여들어 태양과 행성을 형성한 것으로 설명하고 있지만 미행성 응집설은 성운을 이루는 물질이 원반을 형성하면서 회전하여 뭉쳐져 태양과 행성을 형성한 것으로 설명됩니다.

2-1 성운설

최초 고안한 사람은 순수 이성 비판으로 유명한 철학자 이마누엘 칸트입니다. 가스 물질로 이루어진 성운이 수축되면서 중심에 태양이 형성되고 이후 주변에 남아 있던 물질이 뭉쳐져 행성이 형성되었다는 설입니다. 현재 주류 천문학계에서 정설로 인정받는 미행성 응집설의 시초가 되는 학설입니다.

2-2 와동설

우주를 채우고 있던 가상의 물질인 에테르 사이를 태양이 지나갑니다. 이 과정에서 생긴 와류에 의해 태양의 물질 일부가 떨어져 나와 뭉쳐져 행성이 형성되었다는 가설로 이 설은 에테르 자체가 마이컬슨 몰리 실험에  의해 부정되면서 폐기되었습니다.

2-3 조석설

태양 근처로 다른 별이 지나가면서 서로 인력이 작용합니다. 이 과정에서 태양의 물질 일부가 떨어져 나와 뭉쳐져 행성이 형성되었다는 설입니다.

2-4 미행성 응집설

성운이 회전하면서 수축하여 태양과 원반을 형성하고 이후 원반을 이루는 물질이 뭉쳐져 행성이 형성되었다는 가설로 현재까지 주류 천문학계가 정설로 받아들이고 있습니다.

2-4-1 미행성 응집설 가설

(가) 초신성 폭발로 형성된 성운에 의한 형성 가설

적색왜성을 제외한 주계 열성은 거성으로 팽창한 뒤 질량에 따라 다르게 죽어갑니다. 미행성 응집설의 핵심은 태양과 태양계가 분자운이 자체의 중력에 의해 수축하고 수축 과정에서 수소 원자가 높은 압력을 받아 뭉치며, 이 압력이 찬드라 세카들 한계를 돌파했을 때 핵융합을 할 수 있게 되며 원시 태양이 형성된다는 것이 그 골자입니다. 그리고 그 사이 나머지 성운 가스 등은 원시 태양 주위를 회전하며 원심력과 구심력이 평형에 가까운 물질들은 원시 행성 형성 원반을 형성하고 원시 태양의 양극에서는 쌍극 분출류를 분출합니다. 시간이 지나면서 원반 내의 물질들은 서로 뭉쳐서 행성들을 형성합니다. 이 나머지 물질들이 태양 주위를 회전하며 원반을 형성하는 회전을 하는 되는 이유에 대해서는 태양 성운 내의 밀도 차이 등 아양하게 추축 하지만 아직 이 부분에 대해서는 뚜렷한 설명의 가설이 없습니다. 다만 우주의 특정한 공간에서 발생하는 다양한 힘의 방향은 다르기 때문에 이 다른 방향에 따라 토그가 발생하고 수축 단계에서 이에 따라 발생한 각운동량은 커집니다. 다만 각운동량이 너무 크면 행성 형성이 되기 어려우므로 이를 빼는 기작도 있으며  이런 여러 가지 기작에 의해 형성된다고 설명되고 있습니다.

(나) 볼프 레이에 별의 항성풍에 의한 형성 가설

태양계가 초신성의 폭발 결과로 생겨난 성운이라는 가설이 세워진 것은 다른 일반적인 항성계들에 비해서 중원소들이 풍부하기 때문입니다. 더 최근의 연구는 태양계는 초신성 폭발의 잔해에서 생긴 항성 계치 고도 중원소 금속의 비율이 너무 높았고 때문에 한 번의 초신성 폭발로 생성된 것이 아니고 1차 초신성 폭발의 잔해가 뭉쳐서 거대한 항성이 생겼다가 다시 2차 초신성 폭발을 일으키고 그 2세대 항성의 폭발 잔해가 뭉쳐서 태양계가 탄생해 중원소들이 누적되어 금속의 비율이 더욱 높아졌다는 설명이 되었습니다.

볼프 레이에 별은 태양보다 약 20배 정도 무거운 질량을 가진 주계 열성의 최종 진화 단계인데 질량이 태양과 비슷한 별에서는 팽창하면서 표면 온도가 낮아져서 적색 거성이 되지만 질량이 큰 별에서는 여전히 온도가 떨어지지 않기 때문에 복사압이 높아져서 항성풍이 강해져 팽창 과정에 미치는 중력이 액 해지게 되어 1년에 태양이 태양풍을 통해 상실하는 질량의 10억 배씩의 질량 손실을 하며 물질들을 성간우주로 내보내고 있습니다. 이로 인해 초신성 폭발이 아님에도 성운 형태의 확장된 가스층을 만들어내고 있습니다.

(다) 은하 통과 가설

2020년 5월 네이쳐지에 발표된 ESA의 토마스 루이즈 라라 팀의 관측 분석 결과에 따르면 우리 은하에서 항성이 급증한 시기가 57억 년 전, 19억 년 전, 10억 년 전이라고 하며 이는 현재 78,300광년 거리에 있는 궁수자리 왜소 타원 은하가 우리 은하의 원반을 통과한 시기와 일치한다고 합니다. 태양계는 이러한 57억 년 전의 궁수자리 왜소 타원 은하와 우리 은하 원반의 첫 조우 시기에 형성되었을 가능성이 있다고 합니다. 카르메 갈라르트 박사는 태양계를 만든 우주먼지, 갓, 얼음결정 등이 궁수자리 왜소 은하와의 충돌에 의해 형성되었다는 직접적인 연관성을 입증하기는 힘들지만 태양의 나이를 고려해 볼 때 이 급증기의 항성 그룹에 속하기 때문에 충분이 가능한 시나리오라고 말했습니다.