태양에도 수명이 있다는 것을 알고 계신가요. 사실 모든 항성은 내부의 핵융합 반응과 함께 수명을 갖고 있습니다. 인류는 태양의 수명이 다하기 전에 지구를 떠나야 할지도 모르겠습니다. 오늘은 태양의 수명과 인류의 이주에 대해 알아보겠습니다.
태양의 수명에 따른 태양의 모습
태양의 수명을 보통 100억년으로 보고 있습니다. 태양의 수명은 태양의 중심에서 일어나는 핵융합 반응에 의해 결정됩니다. 태양의 중심에서는 수소 원자들이 헬륨 원자로 융합되면서 에너지를 방출합니다. 태양이 가진 수소의 양은 한정되어 있기 때문에, 수소가 모두 소진되면 핵융합 반응이 멈추고 태양의 수명은 끝나게 됩니다. 태양의 수명에 따라 태양의 모습은 크게 4단계로 변화하게 됩니다.
- 현재의 태양 (46억년~100억년)
현재 태양은 주계열성 단계입니다. 주계열성은 항성의 생명 주기 중 가장 안정적인 단계입니다. 태양은 현재 주계열성의 중간 단계에 있으며, 밝기는 지구에서 볼 때 약 100루멘입니다. 주계열성의 태양은 크기와 밝기가 일정하며, 표면 온도가 일정한 상태가 됩니다. 현재까지의 태양의 나이는 46억년으로, 앞으로 54억년 뒤인 100억년 까지는 주계열성을 유지할 것으로 보여집니다.
- 적색 거성 태양 (100억년 이후)
태양의 중심에서 수소가 모두 소진되면, 태양은 중심에 헬륨만 남게 됩니다. 이 때 헬륨은 수소보다 훨씬 무겁기 때문에, 태양은 부풀어 오르면서 적색 거성이 됩니다. 적색 거성 단계의 태양은 지름이 약 2억 킬로미터로 현재의 약 140배 이상으로 커지게 됩니다. 태양의 밝기는 지구에서 볼 때 약 10,000루멘으로 현재의 약 100배 이상 증가하게 됩니다. 또한 태양의 크기가 커지면서 표면의 온도는 낮아지게 되는데 약 2,500도 이상 낮아질 것으로 보입니다. 다만, 100배 이상 태양이 커지게 되면서 지구는 뜨겁게 달궈지게 되어 어떤 생명체도 살아남지 못하는 환경으로 변화 할 것입니다.
- 백색 왜성 (100억년~, 적색 거성 이후)
적색 거성의 외곽층은 우주 공간으로 날아가고, 중심부의 헬륨은 핵융합 반응을 통해 탄소와 산소로 변합니다. 이때 남은 태양은 지구 크기의 백색 왜성으로 축소됩니다. 백색 왜성은 매우 밝은 별이지만, 에너지를 방출하지는 않습니다. 따라서 백색 왜성은 점차 식어 가면서 어두워집니다. 백색 왜성 단계의 태양은 지름이 약 10,000 킬로미터로 현재의 약 0.7배로 작아지게 됩니다. 태양의 밝기는 지구에서 볼 때 약 100밀리루멘으로 현재의 약 0.01배로 감소하게 됩니다.백색 왜성은 주계열성 단계의 별이 수명을 다하고 난 후의 마지막 모습입니다.
- 초신성(100억년~, 적색 거성 이후)
만약 적색 거성의 단계에서, 태양의 질량이 태양의 10배 이상인 경우에는, 백색 왜성이 아닌 초신성 단계로 가게 되며 결국 폭발하게 됩니다. 태양의 질량이 태양의 약 10배 이상인 경우, 태양의 중심부에서는 철이 생성되게 됩니다. 철은 핵융합 반응으로 에너지를 방출하지 못하는 원소이기 때문에, 태양의 중심부에서는 더 이상 핵융합 반응이 일어나지 않게 됩니다. 태양의 중심부에서 핵융합 반응이 멈추면, 태양의 중심부에서 압력이 급격히 감소하게 됩니다. 따라서 태양의 외곽층은 중심부로 붕괴되기 시작합니다. 태양의 외곽층이 중심부로 붕괴되면서, 태양의 중심부는 엄청난 압력을 받게 됩니다. 이 압력으로 인해 태양의 중심부는 붕괴되면서 초신성으로 폭발하게 됩니다. 태양의 초신성 폭발력은 약 10^44 줄로 추정됩니다. 이는 태양이 평생 동안 방출하는 에너지의 약 100배에 달하는 엄청난 에너지입니다. 태양의 초신성 폭발로 인해 태양의 중심부는 완전히 파괴되고, 외곽층은 우주 공간으로 퍼져나가게 됩니다. 태양의 초신성 폭발은 지구에서 약 100광년 이내에서 발생할 경우, 지구에 큰 피해를 줄 수 있습니다. 태양의 초신성 폭발은 우주에서 매우 드문 현상입니다. 현재까지 관측된 초신성의 약 10% 정도가 이 유형의 초신성으로 추정됩니다.
태양의 수명에 따른 지구의 종말 시기
현재 지구의 나이는 태양과 비슷한 46억년으로 보고 있습니다. 태양의 형성과 함께 같이 행성으로 생겼을 가능성이 높기 때문입니다. 다만, 현재로써는 태양이 적색 거성으로 변화할 때 혹은 초신성으로 폭발할 때 까지를 지구의 수명으로 볼 수 있습니다. 그 기간을 앞으로 54억년 뒤인 100억년으로 보고 있습니다. 즉 100억년 뒤로는 태양의 변화와 함께 지구가 완전히 종말을 맞을 것으로 보고 있습니다. 만약 태양이 적색거성이 된다면, 현재의 100배 이상으로 태양이 커지게 되면서, 지구를 삼키면서 종말될 것으로 보고 있습니다. 물론 그렇게 커지기 전에, 발생하는 열의 온도로 인해 지구의 모든 생명체는 일찍이 종말을 맞게 될 것입니다. 만약 초신성으로 폭발한다 하더라도, 생명체와 함께 지구 자체도 없어질 가능성이 매우 높게 됩니다. 결국 지구가 지금처럼 유지할 수 있는 시간은 54억년 정도가 남았다고 볼 수 있습니다.
인류의 종말을 막을 수 있을까
현재 남은 54억년 이내에 태양의 수명으로 인한 인류의 종말을 막을 수 있을까요. 과연 그 기간 동안의 과학기술의 발전으로, 인류는 새로운 미래를 다시 한 번 꿈꿀 수 있을까요. 물론 54억년이란 시간은 매우 긴 시간입니다. 지구상에 인류가 출현한 것만 해도 기껏해야 35만년 전 입니다. 그에 비해 54억년은 너무 무수한 시간입니다. 태양 폭발 전에 핵폭발이나 기후위기, 소행성의 충돌, 화산의 대분화 등 다른 요인으로 멸망 할 수 도 있습니다. 그래도 현 시점에서는 예정된 종말 기간 인 만큼, 그때까지 번영 할 인류의 후손을 위해서, 지속적인 종말 회피 논의는 지속되어야 합니다. 현재 논의 되는 태양의 종말을 피하는 방법은 다음과 같습니다.
- 태양의 수명 연장
태양의 수명을 연장하는 방법도 있습니다. 태양의 수명을 연장하기 위해서는 태양의 핵융합 반응을 지속시키는 방법을 찾아야 합니다. 현재 과학자들은 태양의 핵융합 반응에 더 많은 양의 수소를 공급하거나, 다른 원소를 핵융합 반응에 이용하는 방법을 연구하고 있습니다. 태양의 대기에서 수소를 끌어당기는 방법, 다른 행성에서 수소를 가져오는 방법, 태양의 중심부에 인공적으로 수소를 공급하는 방법 등이 논의됩니다. 물론 현재의 기술 수준에서는 불가능 하지만, 차후 과학기술이 더 발전했을 때 쓸 수 있는 방법입니다.
- 회계 행성으로의 이주
가장 일반적으로 생각되는 방법은 외계 행성으로의 이주입니다. 현재까지 발견된 외계 행성 중에는 지구와 비슷한 환경을 가진 행성이 많이 있습니다. 따라서 인류가 기술을 발전시켜 이러한 행성으로 이주할 수 있다면, 지구의 멸망을 피할 수 있습니다. 무엇보다 지구와 환경이 비슷해야 하면서도, 인류가 현실적으로 갈 수 있는 거리의 행성이면서, 또 태양으로부터의 영향이 없어야 하는 곳 입니다. 태양의 종말을 피하기 위해서는 지구의 궤도보다 약 0.5~1AU(천문단위) 바깥쪽에 있는 행성으로 이주해야 할 것으로 예상됩니다. 아래는 그 후보군 입니다.
– 케플러-186f
지구에서 약 500광년 떨어진 곳에 있는 행성으로, 지구와 크기와 질량이 비슷합니다. 또한, 행성의 대기 중에는 물이 존재할 가능성이 있는 것으로 알려져 있습니다.
– 글리제 832c
지구에서 약 16광년 떨어진 곳에 있는 행성으로, 지구와 크기와 질량이 비슷합니다. 또한, 행성의 대기 중에는 산소와 메탄이 존재할 가능성이 있는 것으로 알려져 있습니다.
– 프로시마 센타우리 b
태양과 가장 가까운 별인 프로시마 센타우리의 궤도에 있는 행성으로(약 4.24광년 떨어져 있음), 지구와 크기와 질량이 비슷합니다. 또한, 행성의 대기 중에는 물이 존재할 가능성이 있는 것으로 알려져 있습니다.
– 베가 b
지구에서 약 25광년 떨어진 곳에 있는 행성으로, 지구와 크기와 질량이 비슷합니다. 또한, 행성의 대기 중에는 물이 존재할 가능성이 있는 것으로 알려져 있습니다.
위와 같은 지구와 비슷한 후보군의 행성으로 이주를 가야 할 것으로 보입니다. 다만, 미리 선발대를 보내어 정말 생존할 수 있는 환경인지를 보고, 전체 인류를 이주시킬 것인지, 일부만 이주시킬 것인지, 그렇다면 누가 가야 할 것인가 등에 대한 고민을 해야 할 것 입니다. 아니면 웜홀등의 발견으로 대규모 이주가 가능할 수도 있을 것 입니다. 생존을 위해서는 54억년 뒤의 탈출을 대비한 여러 과학기술의 발전이 필요할 것으로 보입니다.