태양 핵융합

 

태양 내부의 핵융합은 PP chain이 주류를 이루고, 그 외에 미미한 CNO cycle에 의해서 에너지가 생성된다. 즉, 태양 내부에 미미하게는 C, N, O가 존재한다. 이전 포스팅에서 얘기하였듯이 태양 내부는 1500~2000만도에 지나지 않지만, 입자의 파동성으로 인해서 전자기 반발력을 무시하고 양성자들은 연기처럼 서로에게 접근한다. 일단, 일정 거리로 접근하면 강력은 최대한 이들을 잡아 둘 것이고, 그들 중 일부가 서로를 뜨겁게 사랑하여 한몸이 되고자 할 것이다. 핵융합은 이렇게 시작한다.

 

 

태양이 100억년정도 수소를 태우고 더 이상 태울 연료가 사라지면 중력에 의한 붕괴를 시작한다. 중력 포텐셜 에너지가 운동에너지로 바뀌면서 헬륨으로 가득찬 core의 온도는 1억도로 상승하고, 이 뜨거움에 의해서 내부 core의 헬륨들은 다시 전자기 반발력을 이기고 서로 결합을 하여 탄소 core를 형성한다. 이 과정은 수소가 탄 오랜 세월에 비하면 순식간에 진행된다. 그리고, 바깥 shell들은 압력에 의해서 팽창하여 지금의 태양계를 가득 채울만큼 태양은 커진다. 적색거성이 된 것이다. 처음에는 행성들의 공전 궤도가 바뀌겠지만, 어차피 큰 의미는 없다. 우주 나이로는 순식간에 거대한 태양은 모든 행성을 집어 삼킬 것이기 때문이다.

 

내부 온도가 1억도로 상승했기에 헬륨 핵융합이 시작된다. 그 결과물은 탄소이다. 그러나 이미 얘기한데로 그 시간은 오래 지속되지 못한다. 약 100만년정도가 지나면 태양은 헬륨까지 모두 태우고 이제는 더 이상 태울 연료가 없기에 전자 축퇴압과 중력이 균형을 이루는 지점까지 반경이 작아진 채로 백색왜성으로 찌꺼기를 태우다가 흑색 왜성(black dwarf)로 쓸쓸한 최후를 맞이한다. 만약 태양보다 크기가 훨씬 컸더라면 중력에 의한 운동에너지가 상승시킨 온도가 6억도를 넘을 것이고 그러면 다시 탄소를 태우기 시작했을 것이지만, 태양은 그 정도의 중력 에너지를 가지고 있지 않기에 탄소 코어에서 멈춘다.

 

지구는 행성(planet)이다. 따라서 스스로 빛을 발할만큼의 에너지는 존재하지 않는다. 그러나, 지구의 경우도 내부는 높은 압력으로 인해서 온도가 높다. 그러나 지구와 태양은 거의 열평형 상태에 있기에, 그 지열이 대기로 복사열로 빠져나가는 비율이 높지 않아서 서서히 오랜 기간 식어갈 것이다. 그러나 언젠가는 지구 내부의 열도 복사 에너지의 형태로 빠져나갈 것이다. 이제 어떤 일이 생길 것인가?

 

액체 상태의 내부 core와 죽상태의 맨틀은 식어서 딱딱한 고체가 될 것이다. 이제, Iron core의 대류가 없으니, 지구를 태양풍으로부터 보호해 주던 자기장 보호막이 사라진다. 강력한 태양풍과 감마선은 DNA변이와 파괴와 지구 대기를 소멸시켜 이제 지구상에 더 이상 생물은 존재하지 않을 것이다. 맨틀 대류가 멈추기에 지진과 화산이 줄어드는 것은 다행이라고 해야 하나 ^^. 그러나, 지구 내부에서 제공한던 많은 미네랄을 포함한 토지의 순환이 멈추기에 불행한 일에 가까울 것이다.