태양계의 형성과 진화에 관한 고찰

소개글

태양계의 형성과 진화에 관한 고찰에 대한 보고서 자료입니다.

목차

●태양계의 형성과 진화

●역사

●성운이론

●진화과정

●태양계의 미래

본문내용

5000만년에 한번 꼴로 토성의 조석력으로 인해 부서지며 이로 인해 새로운 고리를 형성하기 때문이다.)
3. 태양의 진화 및 행성환경
먼 미래 태양이 나이를 먹으면서 진화하면, 태양계에는 큰 변화가 일어날 것이다. 태양이 가지고 있던 수소를 거의 다 태우면, 남아 있는 연료를 태우면서 내부 온도는 더 뜨거워지며, 연료를 태우는 속도는 더욱 빨라진다. 그 결과 태양은 10억 년마다 11퍼센트씩 밝아진다. 지금으로부터 10억 년 후 태양의 복사량이 증가하면서 생물권은 지금보다 바깥쪽으로 물러날 것이며, 지구 표면은 가열되어 생명체가 살 수 없는 환경으로 변할 것이다. 이 시점에서 깊은 바다 속에 사는 생명체를 제외한 육상 생명체는 전멸한다. 바닷물이 증발하면서 온실 효과가 발생하며, 이는 지표면의 온도 상승을 가속하며, 지구에 있는 모든 생명체는 결국 죽음을 맞이할 것이다. 한편, 화성의 표면 온도는 서서히 상승하며 지표 흙 속에 얼어 있던 이산화탄소 및 물은 기체로 변하여 대기를 이루게 되며, 온실 효과를 일으켜 장차 생명체가 살 수도 있을지 모르는, 현재 지구와 비슷한 온도를 조성하게 된다.
35억 년 후 지구의 표면은 지금의 금성과 비슷해질 것이다.
약 65억 년 후, 태양 중심핵에 있던 모든 수소 연료는 헬륨으로 치환된다. 이제 중심핵은 더는 내리누르는 압력을 이기지 못해 수축하기 시작하며, 중심핵이 수축하면서 중심핵 바깥쪽의 온도가 수소를 태울 정도로 높아진다. 이 과정이 심화하면서 태양의 외곽층은 막대하게 부풀어 오르게 되며, 적색 거성으로 불리는 진화 단계에 접어들게 된다.
76억 년 후 태양의 외곽층은 1.2천문단위(지금 태양 반지름의 256배)까지 팽창할 것이다. 이 단계는 적색 거성 가지로, 팽창한 만큼 표면 온도는 2600켈빈까지 내려가서 붉은색으로 빛나게 되며, 밝기는 지금의 2700배까지 올라간다. 태양은 적색 거성 단계에서 항성풍 형태로 원래 지녔던 질량의 10분의 1을 (목성질량의 110배) 날려 보낸다. 태양은 적색 거성 단계에서 약 6억 년 머무를 것으로 추측된다. 이때가 되면 명왕성과 카이퍼벨트의 얼음까지 녹아버리며 생물권은 50AU까지 밀려나게 된다.
태양이 팽창하면서 수성은 태양으로 빨려 들어가며, 금성도 같은 운명을 겪을 가능성이 있다. 지구의 운명은 확실하지 않다. 태양의 크기가 지금의 지구 궤도까지 팽창되더라도, 그때 태양은 이미 질량을 많이 잃은 상태이기 때문에 행성의 궤도는 지금보다 커질 것이다. 만약 이 가설만을 고려하면 금성과 지구는 뒤로 물러나서 태양에 빨려 들어가는 것은 면할 것이다. 그러나 2008년 발표된 연구로는, 지구는 밀도 낮은 상태의 태양 외포층의 로시 한계 내에 있게 되고, 그 때문에 태양에 먹힐 것으로 추측하고 있다.
점진적으로 태양 중심핵 바깥쪽에서 연소한 수소는 중심핵의 질량을 현재 태양 질량의 45퍼센트까지 증가시킨다. 이 시점에서 중심핵 부분의 온도와 밀도는 매우 높은 단계에 이르고, 헬륨 연소로 탄소가 생성되는 단계로 넘어가게 되며, 헬륨 섬광 현상이 발생하게 된다. 태양은 현재의 250배 수준에서 11배 수준까지 반지름이 줄어든다. 밝기 역시 지금의 3천 배에서 54배로 감소하며, 표면 온도는 4,770켈빈까지 올라간다. 태양은 주계열성 상태일 때중심핵에서 수소를 태우듯, 중심부에서 안정적으로 헬륨을 태우는 수평가지 단계로 진입한다. 헬륨 연소 단계는 1억 년 정도만 지속한다.
마침내 항성은 다시 바깥쪽 층으로 연료를 태우는 장소를 옮기게 되는데, 이 때문에 항성의 부피는 다시 확장되면서 점근 거성 가지 단계로 돌입한다. 여기서 태양의 밝기는 다시 상승하며 현재의 최고 5000배까지 밝아지고 표면 온도는 3000켈빈까지 내려간다. 이 단계는 약 3천만 년 동안 지속하고 이후 10만 년에 걸쳐 태양의 외곽층은 대량의 물질을 우주 공간으로 뿌리면서 행성상 성운으로 불리는 헤일로를 형성하면서 떨어져 나가게 된다. 두번째 적색거성 시기에 태양은 30퍼센트의 질량을 잃게 되며 백색왜성으로 진화하게 된다. (첫번째 적색거성 시기에 10%, 두번째 적색거성 시기에는 남은 질량의 30%를 잃게 된다. 백색왜성으로 진화하게 되면 현재 질량의 62%까지 줄어든다.) 태양이 뿌리는 물질은 핵융합 작용으로 만든 헬륨과 탄소로, 이들은 성간 물질이 되어 향후 태어날 별들의 재료가 된다
그러나 이는 초신성과는 달리 상대적으로 조용한 최후이다. 태양은 질량이 작아서 초신성이 될 수 없다. 우리 지구인이 만약 이때까지 생존해 있다면, 태양풍의 속도가 막대하게 증가한 것을 지켜보게 될 것이다. 이 태양풍은 지구를 소멸시킬 정도로 강력하지는 않다. 다만, 태양이 질량을 잃게 되면서 살아남은 행성의 궤도는 혼돈 상태로 빠지며, 일부는 서로 충돌할 가능성도 있고, 일부는 조석 상호 작용에 따라 산산조각이 날 수도 있다. 결국, 태양이 진화를 마치고 남기는 것은 백색 왜성이다. 백색 왜성은 밀도가 매우 높아서 질량은 원래 태양의 62퍼센트 정도이나, 부피는 지구와 비슷할 것이다. 백색 왜성은 처음에는 지금의 태양보다 150배 더 밝다. 백색 왜성은 탄소와 산소 축퇴 물질로 이루어져 있으나 이들을 태울 정도로 뜨겁지는 않다. 따라서 백색 왜성은 서서히 식으면서 점점 어두워진다.
태양이 죽어가는 과정에서 행성, 혜성, 소행성에 미치는 중력은 점차 약해진다. 살아남은 행성 전부 현재 궤도보다 뒤로 물러날 것이다. 하지만 이때는 내행성은 존재하지 않고 가장 가까운 행성은 목성일 것이다. 태양이 두번의 적색거성시기에 걸쳐 내행성을 삼켜버렸기 때문이다. 백색왜성은 스스로 에너지를 생성할 수 없다. 따라서 모든 행성은 어둡고 얼어붙은, 생명체가 살 수 없는 환경이 될 것이다. 행성들은 태양 주위를 계속 돌지만, 공전 궤도가 커졌기 때문에 공전 속도는 느려진다. 20억 년 후 태양의 표면 온도가 6,000~8,000켈빈까지 냉각되면서, 태양 중심핵에 있는 탄소 및 산소도 온도가 떨어진다. 그 결과 태양 원래 질량의 90퍼센트 정도가 결정체 구조로 된다. 수십억 년이 흐르고 태양은 더는 빛을 내지 않는 흑색 왜성이 되어 시야에서 사라질 것이다.

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