태양의 질량
태양은 얼마나 무거울까?
옛날 사람들은 태양이 "빛으로 이루어진 공"이라고 생각했다.
그리고 태양을 이루고 있는 빛은 지구에서 볼 수 있는 빛과는 다르다고 생각했다.
아리스토텔레스는 지구를 이루는 4대 원소는 흙, 물, 불, 공기라고 생각했다.
그리고 태양을 비롯한 하늘의 천체들은 지구에는 없는 에테르라는 것으로 되어있어서 영원히 빛을 낼 수 있다고 믿었다.
에테르라는 말은 그리스어로 "빛난다"라는 뜻에서 나온 것이다.
태양이 지구보다 크다는 사실이 밝혀진 후에도 태양은 물질로 이루어진 것이 아니어서 크기는 별 의미가 없다고 생각했다.
이러한 생각은 1687년 뉴턴이 만유인력을 발견하면서 끝이 나게 되었다.
뉴턴은 지구가 태양의 인력에 잡혀있고 지구를 잡아둘 인력을 갖기 위해선 질량이 반드시 필요하다는 것을 보여주었다.
그렇다면 태양의 질량은 얼마나 될까?
우리는 지구에서 달까지의 거리가 385,000킬로미터인 것을 알고 있다.
그리고 지구에서 태양까지의 거리가 1억 5천만 킬로라는 것도 알고 있다.
이 거리를 이용해서 계산해 보면 태양이 지구보다 330,000배나 무겁다는 것을 알 수 있다.
그러므로 태양이 물질이 아닌 빛으로만 이루어졌다는 생각은 잘못된 것이다.
태양은 행성 중 가장 큰 목성보다 1,038배 무겁다.
사실 태양은 태양계의 전체 질량의 99.9%를 차지하고 있다.
그럼에도 불구하고 지구와 비교할 때, 태양은 크기에 비해 질량이 많이 나가는 것은 아니다.
태양의 밀도는 지구의 4분의 1밖에 되지 않는다.
이것은 태양의 화학적 성분이 지구와는 전혀 다르다는 것을 알 수 있게 해 준다.
태양의 구성물질
이번에는 태양의 화학적 성분에 대하여 알아보자.
이것은 매우 어려운 일이다.
어떻게 태양의 표본을 구해서 화학적 분석을 할 것인가?
1835년 프랑스 철학자 오귀스트 콩트는 인간이 영원히 알 수 없는 사실 중 하나로 태양의 화학적 성분을 예로 들었다.
콩트는 1857년 59세의 나이로 세상을 떠났다.
그가 4년만 더 살았더라면 자신의 생각이 틀렸다는 것을 확인할 수 있었을 것이다.
키르히호프는 모든 원소는 열을 받으면 고유의 선 스펙트럼을 낸다는 것을 발견했다.
태양의 여러 종류의 빛이 방해 없이 지구에 도달한다면 연속스펙트럼으로 나타난다.
그러나 태양의 표면에서 만들어진 햇빛은 태양의 대기를 지나게 되고 이 과정에서 빛의 일부가 흡수가 되어 스펙트럼에 검은 선이 나타나게 된다.
우리는 이 검은 선의 위치로부터 태양의 대기에 있는 원소의 정체를 알 수 있다.
1862년 스웨덴의 물리학자 안 데어 욘스 옹스트롬은 태양의 스펙트럼에 나타난 검은 선의 일부가 빛이 수소가스를 지날 때 나타나는 검은 선과 일치한다는 것을 알아냈고, 이것은 태양에 수소가 존재함을 알려주는 증거였다.
이를 계기로 많은 천문학자들은 태양의 스펙트럼을 연구하기 시작했다.
지금까지 알려진 내용으로는 태양의 질량 4분의 3이 수소이고, 다음으로 헬륨이 차지하고 있다고 한다.
정리하면 수소와 헬륨이 태양의 질량 98%를 차지하고 있는 것이다.
수소와 헬륨을 제외한 나머지 원자의 총수가 10000개라고 한다면, 산소가 4300개, 탄소가 3000개, 네온이 950개, 질소가 630개, 마그네슘이 230개, 철이 52개, 실리콘이 35개 정도를 차지한다.
그밖에 80여 종의 원소들이 조금씩 포함되어 있다.
즉 우리가 알고 있는 우주의 모든 천체들은 지구에 있는 것과 똑같은 원소들로 구성된 있는 것이 분명하다.