46억 년 전, 거대한 먼지구름에서 시작된 우리의 집
오늘도 지구는 태양 주위를 돌고 있다.
수성도.
금성도.
화성도.
목성도.
토성도.
모든 행성은 각자의 궤도를 따라 움직인다.
너무도 질서정연하다.
그래서 우리는 태양계가 처음부터 이런 모습이었을 것처럼 느낀다.
하지만 사실은 전혀 그렇지 않았다.
약 46억 년 전.
태양도 없었고,
지구도 없었으며,
달도 존재하지 않았다.
그곳에는 그저 차갑고 희미한 가스와 먼지의 구름만 떠다니고 있었다.
그 거대한 구름이 어떻게 지금의 태양계로 변했을까?
그리고 왜 안쪽에는 작은 암석 행성이, 바깥쪽에는 거대한 가스 행성이 만들어졌을까?
오늘은 우리가 살고 있는 태양계가 탄생한 순간으로 시간을 거슬러 올라가 보자.
모든 것은 하나의 구름에서 시작됐다
우주의 곳곳에는 거대한 분자운(Molecular Cloud)이 존재한다.
주성분은 수소와 헬륨이다.
하지만 그 안에는 오래전 초신성 폭발이 남긴
탄소,
산소,
철,
규소 같은 무거운 원소들도 함께 섞여 있었다.
이 구름은 수백 광년에 이를 만큼 거대했지만,
밀도는 놀라울 정도로 낮았다.
지구에서는 진공이라고 부를 정도의 희박한 공간이었다.
그런데 어느 순간.
근처에서 초신성이 폭발했거나,
구름 내부에서 중력이 우세해지면서
균형이 무너졌다.
거대한 구름은 서서히 안쪽으로 붕괴하기 시작했다.
회전이 시작되다
구름은 붕괴하면서
조금씩 회전하기 시작했다.
처음에는 아주 느렸다.
하지만 크기가 줄어들수록
회전 속도는 점점 빨라졌다.
피겨스케이터가 팔을 몸쪽으로 모으면
회전이 빨라지는 것과 같은 원리다.
결국 둥근 구름은
납작한 원반 형태가 된다.
이를 원시행성계 원반(Protoplanetary Disk)이라고 한다.
중심에는 태양이 될 물질이 모이고,
주변 원반에는 훗날 행성이 될 재료들이 퍼져 있었다.
태양이 먼저 태어났다
원반 중심으로
엄청난 양의 가스가 계속 떨어졌다.
압력이 높아지고,
온도는 1,500만 도를 넘었다.
마침내 핵융합이 시작된다.
태양이 태어난 것이다.
태양이 빛나기 시작하자
태양계 전체의 환경도 크게 변했다.
강력한 빛과 태양풍이
주변의 가스와 먼지에 영향을 주기 시작했다.
하지만 이미 원반 속에서는
또 다른 변화가 시작되고 있었다.
먼지가 서로 달라붙다
처음에는
먼지 알갱이 하나가 전부였다.
머리카락보다 작은 크기였다.
그런데 이 먼지들이
충돌하면서 조금씩 달라붙기 시작했다.
정전기와 약한 힘 덕분이었다.
먼지는 모래가 되고,
모래는 자갈이 되고,
자갈은 바위가 되었다.
수백만 년이 흐르자
지름 수 km에 이르는 천체들이 생겨났다.
이들을 미행성체(Planetesimal)라고 한다.
행성의 씨앗이었다.
행성은 충돌하면서 자랐다
미행성체들은
계속 서로 충돌했다.
때로는 산산조각 났고,
때로는 하나로 합쳐졌다.
질량이 커질수록
중력도 강해졌다.
더 많은 물질을 끌어당겼다.
이 과정을 반복하며
점점 거대한 천체가 만들어졌다.
이를 원시행성(Protoplanet)이라고 한다.
지구도.
화성도.
금성도.
모두 이런 과정을 거쳐 성장했다.
왜 안쪽에는 암석 행성이 있을까
태양 가까이는 매우 뜨거웠다.
수천 도에 달하는 온도에서는
물,
암모니아,
메탄 같은 휘발성 물질이 기체 상태로 남아 있었다.
응결할 수 없었다.
그래서 태양 가까운 곳에는
철,
규소,
니켈 같은 무거운 물질만 남았다.
결국
수성,
금성,
지구,
화성은
암석으로 이루어진 행성이 되었다.
이를 지구형 행성이라고 한다.
바깥에는 거대한 가스 행성이 생겼다
태양에서 멀어질수록
온도는 급격히 낮아졌다.
이곳에서는
물이 얼음이 되고,
메탄과 암모니아도 얼어붙을 수 있었다.
따라서 훨씬 많은 물질이 모일 수 있었다.
큰 핵이 만들어지자
주변의 수소와 헬륨까지 끌어당겼다.
이렇게 탄생한 것이
목성,
토성,
천왕성,
해왕성이다.
특히 목성은
태양이 되지 못한 별이라고 불릴 만큼 거대한 질량을 가지게 되었다.
하지만 핵융합을 시작하기에는 질량이 부족했다.
목성이 없었다면
목성은 단순히 큰 행성이 아니다.
태양계 전체의 구조를 만든 존재다.
엄청난 중력으로
수많은 소행성을 붙잡았다.
일부는 태양계 밖으로 밀어냈다.
일부는 소행성대로 모였다.
또 일부는 안쪽 태양계로 보내기도 했다.
목성이 없었다면
지구는 훨씬 더 많은 소행성과 충돌했을 가능성이 있다.
반대로,
목성의 중력이 특정 소행성을 안쪽으로 보내
지구 충돌 가능성을 높이는 경우도 있다.
즉,
목성은 태양계의 방패이면서 교란자라는 두 얼굴을 가지고 있다.
소행성대는 실패한 행성일까
화성과 목성 사이에는
수많은 소행성이 모여 있다.
이를 소행성대(Asteroid Belt)라고 한다.
과거에는
이곳에 행성이 하나 있었지만
폭발해서 부서졌다고 생각하는 사람도 있었다.
하지만 현재는 그렇지 않다.
목성의 강력한 중력이
이 지역의 물질을 계속 흔들어
하나의 행성으로 성장하지 못하게 만든 것으로 본다.
즉,
소행성대는
'부서진 행성'이 아니라
끝내 행성이 되지 못한 재료들이다.
혜성은 태양계의 시간캡슐
혜성은
태양계 바깥의 매우 차가운 지역에서 만들어졌다.
얼음,
먼지,
암석으로 이루어진 천체다.
평소에는 어둡고 조용하다.
하지만 태양 가까이 오면
얼음이 기체로 변한다.
긴 꼬리가 만들어진다.
흥미로운 것은
혜성이 태양계 초기의 물질을 거의 그대로 보존하고 있다는 점이다.
그래서 과학자들은
혜성을 46억 년 전의 시간캡슐이라고 부른다.
혜성을 연구하면
태양계가 처음 만들어질 당시의 환경을 이해할 수 있다.
지구의 물은 어디서 왔을까
한때 지구는 너무 뜨거웠다.
표면은 용암으로 뒤덮여 있었다.
이런 환경에서는
액체 상태의 물이 오래 존재하기 어려웠다.
그렇다면 지금의 바다는 어디에서 왔을까?
현재 가장 유력한 설명은
두 가지가 함께 작용했다는 것이다.
첫째,
지구 내부에서 화산 활동을 통해 수증기가 방출되었고,
냉각되면서 비가 되어 바다를 이루었다.
둘째,
초기 태양계에서 물을 포함한 소행성과 일부 혜성이 충돌하며
추가적인 물을 공급했을 가능성이 있다.
즉,
지구의 바다는
여러 과정이 합쳐져 탄생했을 가능성이 가장 크다.
달은 어떻게 생겼을까
달의 탄생은
태양계 역사에서 가장 극적인 사건 가운데 하나다.
약 45억 년 전.
지구가 거의 완성될 무렵,
화성 크기의 원시행성 하나가
지구와 충돌했다.
이 천체를 테이아(Theia)라고 부른다.
충돌은 상상을 초월했다.
엄청난 양의 암석이 우주로 튀어 올랐다.
그 물질들이 지구 주변을 돌다가
하나로 뭉쳤다.
그것이 오늘날의 달이다.
최근 분석에 따르면,
달은 지구와 테이아의 물질이 섞여 형성되었을 가능성이 높다.
태양계는 아직도 변하고 있다
많은 사람들은
태양계가 완성된 뒤
변하지 않는다고 생각한다.
하지만 지금도 계속 변화하고 있다.
달은 매년 약 3.8cm씩 지구에서 멀어지고 있다.
토성의 고리는 조금씩 사라지고 있다.
혜성은 태양을 돌며 조금씩 증발한다.
소행성은 계속 충돌한다.
행성의 궤도도 아주 긴 시간에 걸쳐 미세하게 변한다.
태양계는 완성된 작품이 아니라
지금도 진화하는 거대한 시스템이다.
우리는 태양계의 먼지에서 태어났다
태양계는 특별하다.
적어도 우리에게는 그렇다.
하지만 우주에서는
비슷한 과정이 수없이 반복된다.
거대한 성운이 무너지고,
별이 태어나며,
행성이 만들어진다.
오늘날 천문학자들은
태양 말고도 수천 개가 넘는 외계행성계를 발견했다.
어쩌면 그곳에도
지구와 비슷한 행성이 있을지 모른다.
그리고 누군가는
자신들의 태양을 바라보며
우주의 기원을 궁금해하고 있을지도 모른다.
우리의 집은 우주의 긴 역사 속에서 태어났다
태양계는 하루아침에 만들어지지 않았다.
수천만 년에 걸친 충돌과 성장,
붕괴와 재탄생의 결과였다.
작은 먼지 하나가 바위가 되고,
바위가 행성이 되며,
행성 위에 바다가 생기고,
그 바다에서 생명이 태어났다.
그리고 그 생명은
마침내 자신이 어디에서 왔는지를 질문하기 시작했다.
우리는 태양계 안에서 살아가는 존재다.
그러나 동시에
46억 년 전 거대한 성운이 남긴 마지막 이야기이기도 하다.
우주를 이해한다는 것은
결국 우리 자신의 기원을 이해하는 일과 다르지 않다.
그리고 그 여정은 지금도 계속되고 있다.