태양계

태양계(太陽系, Solar System)는 우리 은하의 오리온자리 나선팔에 위치한 행성계로, 모항성인 태양을 중심으로 8개의 행성과 왜행성, 그 밖의 위성 및 소행성 등으로 구성되어 있다.

태양계는 우리 은하에 속해 있으며 우리 은하는 약 50개의 은하로 구성된 국부 은하군에 속해 있다. 그리고 국부 은하군은 약 100개의 은하군으로 구성된 처녀자리 초은하단에 속해 있다.

태양계의 마지막 행성인 해왕성의 궤도를 벗어나 약 50 AU까지의 영역을 카이퍼 벨트라고 하며, 이 영역에는 여러 소행성과 왜소행성이 위치하고 있다. 태양계의 내부 반경은 천체가 성간매질(星間媒質)대에 진입하는 약 180억 킬로미터(121 AU)까지 이르고, 이 경계를 태양권계면(太陽圈界面, Heliopause)이라고 칭한다. 학계에서는 태양권계면을 벗어나, 태양의 중력 간섭을 받는 성간물질이 모인 1광년 내외까지의 영역을 오르트 구름으로 추정하고 있다. 태양계 밖의 우주에서 가장 가까운 항성은 센타우루스자리 프록시마(4.22 광년)이다.[1]

중력의 작용은 태양계에서 여러 행성들이 태양으로부터 벗어나지 않고 일정한 거리를 유지하며 태양 주위를 돌 수 있게 하는데다 지구에서는 다양한 대기의 구성 성분들이 지구에 붙잡힌채 날아가지 않게 묶어둘 수 있게 한다. (지구의 5가지 시스템 구성 요소에 대해서는 각각 대기권, 지각과 맨틀과 외핵과 내핵(지권), 바닷물(수권), 생명체(생물권), 외권 문서를 참고)

태양계의 구성 요소들은 대강 다음과 같다. 항성은 굵은 글씨와 밑줄, 행성은 굵은 글씨, 왜행성은 밑줄로 표시.[5] 천체는 크게 항성, 행성, 왜행성, 소행성, 위성, 혜성, 유성으로 나뉜다.

  자세한 내용은 태양계 기원설 문서 참고하십시오.

지금으로부터 약 46억 년 전, 우리 은하 중심으로부터 약 2만 7천 광년 거리에서 성간 먼지, 가스, 얼음결정 등을 포함한 성운이 자체 중력에 의해 붕괴하여 원시 태양이 형성되었다. 이 때 태양을 중심으로 원반모양으로 회전하던 먼지와 가스, 바위, 얼음결정 등이 뭉쳐 작은 미행성을 이루었으며 이들은 서로 부딪쳐 점점 커졌다. 그리고 그 중 가장 큰 덩어리인 목성이 만들어졌다. 목성은 질량이 커짐에 따라 태양의 중력을 받아서 태양과의 거리가 가까워지게 되는데, 이를 맞바람을 거슬러 올라가는 항해법에서 이름을 따서 그랜드 택(Grand Tack)이라고 한다.

그랜드 택으로 목성은 지금의 화성궤도까지 가까워진다. 목성의 중력으로 내행성계의 작은 바위들은 궤도이탈하여 내행성계가 깨끗해졌으며, 몇몇의 큰 암석 행성들만 남게 되었다. 이렇게 남은 암석 행성들 마저도 목성의 중력에 의하여 궤도가 찌그러져 극단적인 타원궤도를 만들게 되는데, 이러한 극단적 타원궤도 때문에 내행성 계에서는 거대한 암석 행성끼리 서로 부딪치고 합쳐져 4개의 암석 행성과 그 위성들만 남게 되었다. 지구와 테이아[7]도 이런 과정 속에서 부딪치게 된다. 지구는 테이아와의 충돌 직후 기울어진 축을 따라 빠른 속도로 회전한다. 이때의 달은 지구와 매우 가까웠으나 이후 점점 멀어지면서 지구의 기울어진 자전축을 안정시켰으며, 지금도 달은 지구와 멀어지면서 지구의 자전축을 조금씩 세우고 있다.

내행성계에서 빠져나간 우주물질들은 토성에 포집되어 일부는 위성이 되어 띠를 이루고 대부분은 합쳐져서 덩치가 커졌으며, 이러한 토성의 중력은 목성이 다시 태양에서 멀어지는데 영향을 줬다. 내행성계가 목성의 중력에서 점차 벗어남에 따라 수성, 금성, 지구, 화성의 궤도는 안정이 되었고, 천왕성과 해왕성 등의 위치도 목성에 밀려 멀어지게 됨으로써, 지금의 암석 행성인 내행성계와 가스 행성인 외행성계의 태양계 구조가 완성되었다.

많은 과학자들은 태양이 적색거성 단계로 진입하기 전까진 현행상태를 유지할 것으로 보고 있으나 어디까지나 이는 태양계가 앞으로도 그 어떤 것들과도 작용하지 않으며 현재 그대로의 상태를 가정했을 경우를 의미한다. 당장에도 행성들은 자신들이 거느린 위성들의 조석으로 인해 내부에 영향을 받고 있고 외계의 항성이나 은하의 변화에도 영향을 받을 수 있다.

태양계의 안정성 자체는 뉴턴 시기부터 논제거리였으며 현재의 기술로는 해왕성과 명왕성의 궤도 안정성과 그 미래에 대해 최대 2천만 년 후의 궤도를 예측하는 것이 한계이며,[8] 최종적인 궤도의 상태는 알 수가 없다. 지금도 행성들은 다른 행성들에 의해 mm 단위로 움직이고 있으며 이러한 변화에도 사실상 태양계는 안정성을 그리고 있다고 할 수 있으나 수성의 경우 태양이 죽기 전 1%의 확률로 금성과 충돌할 수 있다.

태양 문서에 나오다시피 계속 온도가 올라가서 지구같은 경우 10억년 내에 생명이 자취를 감춘다. 이후 수십억년동안 적색 거성을 거쳐 행성상 성운 및 백색 왜성의 단계를 밟을 것이다. 1번째 적색거성 과정에서 수성[9]이 흡수되도, 금성은 불덩이가 됐다가 태양에 10% 확률로 살아남을 수 있다, 그리고 지구의 운명은 위치가 애매하다보니 흡수된다느니 약해진 중력에 궤도가 밀려나 구사일생한다느니 갑론을박 중. 그 후 2번째 적색거성 단계에서 지구, 화성을 집어삼킬 확률이 높다. 하지만 이 것도 궤도가 늘어저 살아남을 수 있다.

이후 일단은 약 45억 년 후 태양계가 속한 우리 은하와 안드로메다 은하가 충돌하더라도 태양계의 행성 궤도는 유지 할 것이라고 한다. 이유는 간단하게 항성과 항성 간의 거리는 너무 멀기 때문이다. 하지만 중력 간섭으로 인해서 태양계 자체가 우리 은하의 영역 밖으로 튕겨져나가거나 한동안 안드로메다 은하의 영역으로 편입될 가능성은 있다. 태양이 백색 왜성이 된 이후 멀리 떨어저 있는 천체들 부터 서서히 벗어나거나 암석형 행성들은 태양에 이끌려 흡수 될수도 있다.

은하 충돌 효과와는 별개로 '다체문제', '섭동 이론' 등 몇 가지 중요한 계산 요소를 넣어서 시뮬레이션한 결과, 백색왜성과 외행성으로 이루어진 태양계에서도 길어봤자 1000억년이면 행성들은 모두 튕겨나가 백색 왜성만 홀로 남겨진다고 한다. #

이러나 저러나 홀로 남겨진 백색 왜성의 태양은 수백조-수천조년의 까마득한 세월동안 식어가 흑색 왜성으로 전락할 것은 분명하다. 결국 어떤 전자기파도 뿜어내지 못해 관측이 불가능한 지경이 되어 영원히 고독 속에 갇힐 것이다.

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[10]

태양계는 우리 은하 중심에서 약 2만 6천 광년 떨어져 있으며, 나선팔 중 하나인 오리온자리 팔에 은하 중심 방향으로 약간 치우쳐 위치해 있다.[11] 우리 은하의 지름이 약 10만 광년이니, 은하 전체적으로는 중심과 가장자리의 대략 중간 지점 정도인 셈이다. 태양이(태양계가) 은하 중심을 한 번 공전하는 데는 약 2억 2천 5백만년~2억 5천만년이 걸리는 것으로 알려져 있으며, 이를 1은하년(Galactic Year)이라 부른다. 태양(계)의 은하 공전 속도는 초속 230 km로, 인간 기준으로는 엄청나게 빠른 속도다(광속의 1300분의 1). 참고로 지구가 태양을 공전하는 속도는 초속 30 km이며, 인간이 만든 우주선이 도달한 가장 빠른 속도는 초속 129 km이다.[12]

태양계의 행성들은 천왕성을 제외하면 자전축이 태양을 공전축으로 하는 공전평면에 대해 대략 수직이지만, 태양은 은하 중심을 공전축으로 하는 공전평면에 누워서 자전하고 있으며(즉 천왕성과 유사하다), 태양을 공전하는 태양계 행성들의 공전평면은 태양의 공전방향에 대해 수직이다.

은하중심부는 외곽과 달리 별들이 우글거리는 전쟁터다. 이런 곳에서는 쉴새없이 소행성이 날아다니고, 중력 간섭[13]으로 지구가 태양계 밖으로 튕겨나갈 가능성이 많다. 설령 운좋게 지구가 살아남더라도 은하중심부에서 쏟아져나오는 강력한 방사선은 생명체가 감당할 수 있는 수준이 아니다. 물론 고균 등 방사능, 유황, 비소(독소) 안에서 살아가는 미생물이 발견되었으므로 극한의 환경에서 생명체가 아예 살지 못하는 것은 아니지만... 반대로 은하 중심에서 너무 멀리 떨어진 경우 지열의 원동력이 되는 방사성 동위원소의 비율이 너무 줄어들어 생명체가 태어나기 어렵게 되며,[14] 설령 지적 생명체가 생겨나더라도 중금속 원소들이 부족하여 발전된 문명을 이루기는 힘들어진다.

이런저런 조건을 따져 과학자들이 은하 중심부의 방사선으로부터도 안전하고, 초신성이나 감마선의 폭발에서도 안전하며 생명체가 태어날 만한 중금속 함량을 가질 영역을 계산하였다. 그 위치는 은하중심으로부터 약 2만 3천~9천 광년에 떨어져있으며 이 중에서도 은하의 밀도파에 휩쓸리지 않는 특정 영역만이 생명체를 가질 수 있는데, 여기에 태양계가 위치하고 있다.

이렇게 은하계의 특정영역에서만 생명체가 살 수 있다는 이론을 은하 생명체 거주가능영역(Galactic habitable zone, GHZ)이라고 하는데, 최근 이 견해는 많은 비판을 받고 있다.

우선 이 이론은 어떤 정의를 내리거나 공식화하기에는 너무 불확실하고 증명된 바 없기 때문에 현재로서는 은하 생명체 거주가능영역에 대한 어떤 정의를 내리는 것도 옳지 않다는 점이다. 어쩌면 은하계 전체가 생명이 살기에 적합할 환경일 수도 있다. 출처

또 외계 생명체가 지구의 생명체와 같은 요구조건이 있다고 전제하지 않으면 불가능하다는 점.[15][16] 예를 들어 목성은 탐사선의 기능을 마비시킬 정도로 강력한 방사선이 쏟아져 나온다. 때문에 목성 주변은 생명체 거주가능 영역에 속하지 않지만 아이러니하게도 현재 생명체의 존재가능성이 가장 높은 유로파는 목성의 위성이다. 이것이 가능한 이유는 유로파 표면의 두꺼운 얼음층이 목성의 방사선을 막아주기 때문이다. 칼 세이건 같은 경우는 아예 목성 같은 가스 행성에서도 생명체가 진화할 수 있을 것이라고 믿었다.

즉, 생명체가 어떤 조건하에서 생존가능한지 어떤 조건하에서 발생될 수 있을지에 대한 확립된 이론과 증거가 없는 이상 섣불리 은하 중심에서는 생명체가 살 수 없다고 단정지을 수는 없다는 말이다. 2008년 영국 왕립 천문대에서 실행된 실험결과를 바탕으로 작성된 논문에 따르면 현재로서는 은하계의 특정 영역에서만 생명이 살 수 있다고 단정할 수는 없으며 다양한 외계 생명체의 발견 가능성을 인정하고 있다. #

1969년에 호주 빅토리아주에 떨어진 머치슨 운석이 태양계 생성 이전 70억년 전에 생성했던 것으로 확인했다. #

태양계와 같이 내부에는 작은 행성들이, 외부에는 큰 행성들이 존재하는 행성계는 의외로 드문 편이다. 외계 행성계에서는 비슷한 크기의 행성들만 있는 경우(TRAPPIST-1이 대표적이다), 내부에 큰 행성들이 있고 외부에 작은 행성들이 있는 경우, 혹은 다양한 크기의 행성들이 불규칙하게 배열된 경우가 더 흔히 보인다.

외계인이 만날 침공하는 동네이면서 동시에 외계인들의 무덤이 되는 곳이다.