< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / contents 4 view . css ? ver = 1 . 1 . 114 " type =" text / css "/>< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / theme 4 view . css ? ver = 1 . 1 . 114 " type =" text / css "/>< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / webfont / YDgirl . css type =" text / css " / >< link rel =" stylesheet " href =" http : / / editor . daum . net / services / blog / css / webfont / MD _ foxstar . css type =" text / css " / > 태양계 의 생성 1 . 개요 우리 의 태양계 는 언제 어떻게 생기 게 되 었 으며 오늘날 까지 어떠 한 진화 의 역사 를 거쳐왔 을까 ? 이 문제 는 우주 전체 로 보 면 매우 작 은 사건 에 지나 지 않 지만 우리 태양계 입장 에서 는 꽤 흥미 로우 면서 도 우리 의 먼 미래 와 직결 되 는 일 이 아닐 수 없 다 . 태양계 의 생 성론 은 태양계 의 기원 을 연구 하 는 천문학 의 한 분야 이 다 . 태양계 기원 에 관한 이론 이 처음 으로 등장 한 것 은 1755 년 칸트 가 제안 한 성운설 이 다 . 칸트 의 성운설 은 회전 하 는 가스 성운 속 에서 태양 과 행성 들 이 생성 되 었 다는 것 으로 오늘날 태양계 기원 론 과 기본 생각 이 놀라울 정도 로 비슷 하 다 . 성운설 로 는 태양계 의 특징 중 첫째 , 행성 들 의 공전 궤도면 이 거의 일치 한다 . 둘째 , 모든 행성 의 공전 방향 이 태양 의 자전 방향 과 같 다 . 셋째 , 행성 과 태양 의 생성 시기 가 비슷 하 다 . 넷째 , 행성 중 지구 형 행성 과 목성 형 행성 의 구성 물질 이 다르 다 . 등 을 설명 할 수 있 다 . 그러나 성운설 의 가장 큰 문제점 은 태양계 의 각운동량 분포 를 설명 할 수 없 다는데 있 다 . 이러 한 성운설 의 문제점 을 해결 하 기 위하 여 진스 는 질량 이 큰 별 이 태양 가까이 지나갈 때 작용 한 강한 조석력 으로 태양 에서 물질 들 이 끌려 나와 행성 들 이 되 었 다는 조석설 을 제안 하 였 다 . 그러나 태양 으로부터 유출 된 대부분 의 물질 은 태양 둘레 궤도 에 머물러 있 기 보다 는 지나 는 별 에 끌려가 게 된다 . 또한 유출 된 물질 이 행성 을 형성 할 뚜렷 한 이유 가 없 고 , 게다가 근접 충돌 의 가능 성 이 극히 드물 다는 것 이 다 . 이러 한 문제점 들 을 개선 한 태양계 생성 이론 이 1940 년 대 에 들어와 제시 되 었 다 . 태양계 가 생성 된 성운 은 중력 에 의해 수축 을 하 면서 중심 에 태양 이 , 그리고 바깥쪽 에 행성 을 이루 게 될 조각 들 인 미행 성체 가 생 성 되 었 다 . 이 미행 성체 들 은 충돌 에 의해 조각나 기 도 하 였 지만 중력 에 의해 성장 하 기 도 하 였 다 . 원시 태양 중심 에서 약 4 AU 거리 보다 먼 곳 은 수소 나 헬륨 같 은 휘발 성 기체 를 응결 시킬 만큼 온도 가 낮 았 다 . 태양계 가 형성 된 성운 의 98 . 2 % 는 수소 와 헬륨 으로 되 어 있 으므로 지 구 질량 의 10 배 에 해당 하 는 목성 형 행성 인 4 개 의 거대 행성 들 ( 목성 , 토성 , 천왕성 , 해왕성 ) 이 생성 될 수 있 었 다 . 이 들 거대 행성 들 은 다시 소규모 이 긴 하 지만 주위 에 분포 된 기체 로부터 자신 의 회전 원판 을 만들 고 여기 서 위성 들 이 생성 되 었 다 . 원시 태양 중심 에서 약 4 AU 거리 안쪽 에서 는 얼음 이나 수소 나 헬륨 같 은 휘발 성 기체 를 응결 시킬 만큼 온도 가 내려가 지 않 아 미행 성체 들 은 주로 규산염 광물 과 금속 으로 이루어지 게 되 었 다 . ( 실제로 태양 에 가까이 있 는 수성 이나 금성 에 는 수소 나 헬륨 같 은 휘발 성 기체 는 거의 분포 하 지 않 는다 ) 태양계 가 형성 된 성운 내 에 이러 한 물질 은 0 . 4 % 밖 에 존재 하 지 않 았 으므로 원시 태양 중심 에서 약 4 AU 거리 안쪽 에 있 는 지구 형 행성 ( 수성 , 금성 , 지구 , 화성 ) 들 은 목성 형 행성 인 4 개 의 거대 행성 들 보다 밀도 는 크 지만 질량 은 작 다 . 그리고 미행 성체 들 의 속도 가 빨라 지 구나 금성 보다 더 큰 행성 의 탄생 을 방해 하 였 고 그 결과 현재 4 개 의 지구 형 행성 ( 수성 , 금성 , 지구 , 화성 ) 이 탄생 되 었 다 . 이 충돌 과정 에서 지구 의 일부 가 떨어져 나 가 달 이 되 었 을 것 으로 추정 된다 . 그리고 한 미행 성체 와 의 충돌 이 금성 의 자전 방향 을 바꾸 어 놓 은 것 으로 생각 된다 . 대부분 의 미행 성체 들 은 행성 과 충돌 하 여 행성 의 일부 가 되 었 거나 외계 로 나가 버렸 을 것 이 다 . 소수 의 작 은 암석 덩어리 는 화성 과 목성 사이 에 안정 한 궤도 를 찾 아서 소행성 이 되 었 을 것 이 다 . 2 . 태양계 생성 론 으로 설명 할 수 있 어야 하 는 태양계 의 특징 태양계 생성 론 이 태양계 의 기원 을 설명 하 려면 다음 과 같 은 태양계 의 특징 이 설명 되 어야 한다 . 1 . 행성 의 공전 궤도 는 거의 동일 평면 상 에 있 으며 태양 의 적도 와 도 거의 나란 하 다 . 2 . 행성 의 공전 궤도 는 거의 원 에 가깝 다 . 3 . 행성 은 태양 주위 를 반시 계 방향 ( 서 에서 동 ) 으로 공전 한다 . 4 . 행성 은 반시 계 방향 ( 서 에서 동 ) 으로 자전 한다 ( 금성 과 천왕성 제외 ) . 5 . 태양 에서 행성 까지 거리 는 티티우스 - 보데 규칙 을 따라야 한다 . 6 . 행성 들 은 태양계 전 각운동량 의 98 % 를 가지 고 있 으나 행성 들 의 총 질량 은 태양계 전체 질량 의 0 . 15 % 에 불과 하 다 . 7 . 지구 형 행성 과 목성 형 행성 의 화학 조성 이 다르 다 . 8 . 행성 계 의 구조 는 태양계 의 축소판 이 다 . 3 . 태양계 생성 이론 1 . 칸트 ( Immanuel Kant ) 의 성운설 ( Nebular hypothesis ) ( 1 ) 태양 과 행성 이 동시 에 탄생 했 다고 보 는 성운설 은 지구 를 포함 한 태양계 전체 가 지금 으로부터 약 50 억 년 전 에 성운 이 뭉쳐서 만들 어 진 것 으로 설명 한다 . 주변 의 수명 을 다 한 별 이 폭발 하 면 그 충격 으로 거대 한 성운 이 수축 을 하 게 된다 . 수축 을 시작 한 성운 은 자체 중력 으로 수축 속도 가 빨라 지 면서 서서히 회전 을 하 게 된다 . 수축 속도 가 빨라 질수록 회전 속도 가 빨라져 성운 은 중심부 가 볼록 하 고 가장 자리 가 얇 은 원반 모양 을 이루 게 된다 . 성운 이 수축 하 면서 발 생 한 열에너지 로 중심부 의 온도 가 높 아 지 면서 물질 이 집중 된 중심부 에 태양 이 만들 어 지 고 가 장 자리 인 원반 지역 에 는 크 고 작 은 무수 한 미행 성체 들 이 생기 게 된다 . 이 때 미행 성체 들 을 이루 는 물질 은 성운 중심 에서 거리 에 따라 달라진다 . 온도 가 높 은 원시 태양 부근 에 는 암석 과 철 성분 의 미행 성체 가 생성 되 고 , 온도 가 낮 은 바깥쪽 에 는 가스 와 얼음 성분 의 미행 성체 가 생성 된다 . 이 들 미행 성체 들 은 원시 태양 둘레 를 공전 하 면서 반복 된 충돌 에 의해 행성 으로 성 장 하 게 된다 . ( 2 ) 성운설 의 문제점 ① 성운설 의 가장 큰 문제점 은 태양계 의 각운동량 분포 를 설명 할 수 없 다는 데 에 있 다 . 행성 은 태양계 의 총 질량 의 1 % 도 차지 하 지 못하 지만 , 총 각운동량 의 99 % 를 지니 고 있 다 . ② 성운설 로 는 가스 고리 로부터 행성 이 생성 되 는 과정 을 설명 할 수 없 다 . 2 . 몰 튼 ( Moulton , Forest R ) 과 진스 ( Jeans , James ) 의 항성 과 의 근접 충돌 이론 ( 1 ) 항성 과 의 근접 충돌 시 작용 하 는 강한 조석력 은 태양 으로부터 물질 을 충분히 끌어낼 수 있 는데 이 물질 이 후 에 행성 으로 뭉쳐졌 다는 것 이 다 . ( 2 ) 근접 충돌 이론 의 역학 적 , 통계 적 문제점 ① 근접 충돌 은 극히 드물 게 발생 한다는 것 이 다 . ② 실제 의 계산 에서 태양 으로부터 유출 된 대부분 의 물질 이 태양 둘레 궤도 에 안주 하 기 보다 는 지나 는 별 에 의해서 포획 된다는 것 이 다 . ③ 유출 된 물질 이 행성 계 를 형성 할 뚜렷 한 이유 가 없 다는 것 이 다 . 4 . 최근 의 태양계 생성 이론 1 . 개요 약 150 억 년 전 빅뱅 직후 의 우주 에 는 가장 가벼운 원소 인 수소 와 헬륨 만 이 존재 하 였 다 . 그 외 의 원소 들 은 나중 에 별 이 생성 된 후 별 의 내부 에서 만들 어 졌 다 . 별 내부 에서 핵 융합 반응 이 일어나 지 않 았 다면 수소 나 헬륨 보다 무거운 원소 들 은 오늘날 우주 에 존재 하 지 않 았 을 것 이 다 . 우리 태양계 에 존재 하 는 수소 와 헬륨 이외 의 물질 은 우리 은하 가 생겨난 후 에 존재 하 던 별 들 이 죽 으면서 우주 에 뿌려 놓 은 성간 물질 들 속 에서 생겨났 다 . 약 50 억 년 전 우리 은하 나선 팔 에 있 는 성간 구름 가까이 에서 초신성 하나 가 폭발 하 였 다 . 이 때 발생 한 충격파 가 성간 구름 사이 를 통과 하 면서 밀도 가 다소 높 은 지역 을 압축 하 여 중력 불 안정 상태 를 만들 었 다 . 여기 서 밀도 가 큰 덩어리 가 원시 태양 성운 ( solar nebula ) 이 되 었 다 . 태양 성운 은 차가운 성간 물질 로 이루어져 있 었 는데 점차 중력 수축 에 의해 가열 되 었 다 . 그리고 원시 태양 내부 에서 핵반응 이 일어나 면서 내부 는 더욱 가열 되 기 시작 했 다 . 온도 가 충분히 올라 가 면서 성간 물질 들 이 증발 하 면서 주위 의 기체 들 과 섞이 게 되 었 다 . 이후 온도 가 내려가 면서 냉 각 되 는 기체 로부터 고체 입자 들 의 응결 이 일어났 고 , 마침내 행성 을 이루 게 될 조각 들 인 미행성 체로 성장 하 게 되 었 다 . 미행 성체 들 은 충돌 에 의해 조각나 기 도 하 였 지만 중력 에 의해 성장 하 기 도 하 였 다 . 원시 태양 중심 에서 약 4 AU 거리 보다 먼 곳 에서 는 지구 질량 의 10 배 에 해당 하 는 4 개 의 거대 행성 들 ( 목성 , 토성 , 천왕성 , 해왕성 ) 이 생성 되 었 다 . 이 들 거대 행성 들 은 다시 소규모 이 긴 하 지만 주위 에 분포 된 기체 로부터 자신 의 회전 원판 을 만들 고 여기 서 위성 들 이 생성 되 었 다 . 원시 태양 중심 에서 약 4 AU 거리 안쪽 에서 는 얼음 이나 휘발 성 기체 를 응결 시킬 만큼 온도 가 내려가 지 않 아 미행 성체 들 은 주로 규산염 광물 과 금속 으로 이루어지 게 되 었 다 . 그리고 미행 성체 들 의 속도 가 빨라 지 구나 금성 보다 더 큰 행성 의 탄생 을 방해 하 였 고 그 결과 현재 4 개 의 지구 형 행성 ( 수성 , 금성 , 지구 , 화성 ) 이 탄생 되 었 다 . 이 충돌 과정 에서 지구 의 일부 가 떨어져 나 가 달 이 되 었 을 것 으로 추정 된다 . 그리고 한 미행 성체 와 의 충돌 이 금성 의 자전 방향 을 바꾸 어 놓 은 것 으로 생각 된다 . 대부분 의 미행 성체 들 은 행성 과 충돌 하 여 행성 의 일부 나 오르트 의 구름 이 되 었 거나 외계 로 나가 버렸 을 것 이 다 . 소수 의 작 은 암석 덩어리 는 화성 과 목성 사이 에 안정 한 궤도 를 찾 아서 소행성 이 되 었 을 것 이 다 . 2 . 태양계 생성 ( 1 ) 태양 을 비롯 한 태양계 의 모든 천체 는 자전 하 면서 수축 하 는 먼지 나 가스 운 으로 부 터 동시 에 형성 되 었 다 . ① 질량 이 태양 질량 의 3 - 4 배 가 되 는 거대 한 구름 이 자전 하 면서 수축 하 는 과정 에서 원시 태양 계 성운 이 형성 되 었 다 . ② 내부 영역 의 구름 은 가장 빠르 게 응축 하 고 가스 와 먼지 로 된 원반 이 원시 태양 주변 에 형성 된다 . ③ 원반 내 의 먼지 입자 들 은 서로 충돌 하 면서 보다 큰 입자 를 형성 하 고 단일 평면 에 안착 하 여 미 행성 을 형성 한다 . ④ 미행 성체 들 이 뭉쳐서 현재 소행성 크기 의 미소 행성 을 형성 한다 . ⑤ 미소 행성 이 운행 하 면서 현재 행성 크기 정도 의 원시 행성 의 형성 한다 . ⑥ 주변 구름 으로부터 가스 와 입자 를 모우 고 이후 강한 태양풍 이 여분 의 가스 와 먼지 를 불 어 내보내 면 행성 의 형성 과정 이 끝난다 . ( 2 ) 초기 에 구형 의 성운 이 수축 하 면서 성운 내 입자 들 간 에 충돌 이 발생 하 고 성운 의 자전 은 입 자 들 이 자전축 에 수직 한 동일 평면 상 에 가라앉 게 하 며 자전축 으로 입자 들 이 모이 는 것 을 막 아 준다 . - 행성 의 궤도 가 동일 평면 상 에 놓이 게 된 이유 를 설명 할 수 있 다 . ( 3 ) 태양 은 자기장 에 의해 각운동량 을 주변 의 가스 에 빼앗기 고 핵융합 반응 이 중심부 에서 시작 되 면서 강한 항성풍 이 발생 하 면서 보다 많 은 태양 의 각운동량 이 제거 되 었 다 . - 그 결과 서서히 자전 하 는 오늘날 의 태양 이 형성 되 었 다 . ( 4 ) 원반 내 에서 는 작 은 입자 들 의 계속 적 인 충돌 로 인하 여 보다 큰 덩어리 로 뭉쳐서 나중 에 는 소 행성 정도 크기 의 미행 성 으로 성장 하 고 이렇게 뭉쳐진 덩어리 들 은 중력 에 의해 더 크 게 뭉쳐 져서 원시 행성 이 탄생 하 였 다 . ① 원시 행성 은 주변 의 성운 가스 와 먼지 를 흡입 하 기 시작 하 며 , 이 때 일부 성운 덩어리 는 행성 의 둘레 를 돌 게 되 는데 이 들 은 후 에 위성 이 되 었 다 . ② 미행성 상호 간 의 섭동 은 소행성대 에 있 는 미행성 들 이 성숙 한 행성 으로 성장 하 지 못하 게 만 든다 . - 이 과정 에서 나타나 는 역학 적 공명 현상 으로 티티우스 - 보데 의 규칙 을 설명 할 수 있 다 . 그리고 행성 은 극히 제한 된 영역 에서 만 크 게 뭉쳐질 수 있 다 . ( 5 ) 원시 행성 의 온도 분포 로 행성 간 화학 조성 의 차이 를 설명 할 수 있 다 . ① 수성 에서 화성 에 이르 는 행성 들 은 500 K 이상 의 온도 에서 응결 되 는 비교 적 무거운 암석 의 물 질로 구성 되 어 있 다 . ( 휘발 성 원소 ( 수소 나 헬륨 ) 들 은 내행 성 에 는 거의 분포 하 지 않 는다 ) - 원시 성운 내 에 이러 한 물질 은 0 . 4 % 밖 에 존재 하 지 않 았 으므로 지구 형 행성 들 의 질량 이 작 다 . - 태양 에서 수성 까지 의 거리 에서 온도 는 약 1400 K 가 되 는데 이 정도 온도 에서 는 철 과 니켈 의 화합물 은 응축 이 가능 하 다 . 이러 한 화합물 의 상대 함량 비 는 수성 에서 가장 크 며 , 온도 가 불과 450 K 인 화성 에서 가장 작 다 . 산화철 의 함량 은 화성 은 비교 적 많 은 반면 수성 에 는 거의 존재 하 지 않 는다 . ③ 태양 에서 토성 까지 의 거리 에서 는 온도 가 매우 낮 기 때문 에 얼음 의 천체 가 형성 될 수 있 다 . 실제로 토성 의 위성 중 에 는 거의 순수 한 얼음 으로 된 것 들 도 있 다 . 천왕 성 이나 해왕 성 은 토 성 보다 태양 에서 더 멀리 떨어져 있 으므로 질량 의 상당 량 이 얼음 으로 되 어 있 을 가능 성 이 크 다 . - 원시 물질 의 98 . 2 % 는 수소 와 헬륨 으로 되 어 있 으므로 목성 과 토성 내 의 수소 와 헬륨 의 존 재비 는 원시 물질 의 존재비 와 거의 비슷 하 다 . ( 6 ) 운석 의 충돌 , 중력 수축 , 방사성 원소 의 붕괴 는 행성 형성 후 많 은 양 의 열 을 발생 시킨다 . 이러 한 열 에너지 는 지구 형 행성 내 의 일부 는 용융 되 어 ( 마그마 바다 ) 물질 의 분화 작용 을 일 으 켰 다 . - 무거운 원소 는 중심부 로 가라앉 고 가벼운 원소 는 표면 으로 부상 되 어 층상 구조 를 형성 하 였 다 . ( 7 ) 행성 의 형성 후 남 은 물질 은 행성 사이 에서 궤도 를 그리 며 운행 하 다가 행성 과 충돌 하 거나 , 행성 을 스쳐 태양계 밖 으로 빠져 나간다 . 소행성 들 은 안정 한 궤도 에 남 아 있 는 것 들 이 다 . - 태양계 외각 에 는 혜성 처럼 먼지 와 얼음 으로 된 천체 가 많이 존재 할 수 있 다 . - 이러 한 충돌 이 금성 의 자전 방향 을 반대 로 바꾸 어 놓 은 것 으로 생각 된다 . ( 8 ) 태양 의 핵융합 반응 의 시작 은 행성 의 형성 과정 이 끝났 음 을 의미 한다 . 생각 해 볼 문제 1 . 칸트 ( Immanuel Kant ) 가 제시 한 성운설 ( Nebular hypothesis ) 로 설명 할 수 있 는 태양계 의 특징 으로 어떤 것 이 있 는지 설명 해 봅시다 . 2 . 칸트 ( Immanuel Kant ) 가 제시 한 성운설 ( Nebular hypothesis ) 의 문제점 은 무엇 인지 설명 해 봅시다 . 3 . 지구 형 행성 들 이 주로 규산염 광물 이나 금속 같 은 무거운 물질 로 이루어지 게 된 이유 를 설명 해 봅시다 . 4 . 지구 형 행성 들 이 목성 형 행성 들 보다 질량 과 크기 가 작 은 큰 이유 를 설명 해 봅시다 . 5 . 지구 형 행성 중 금성 의 자전 방향 이 수성 , 지구 , 화성 과 다른 이유 를 설명 해 봅시다 . 출 저 : EBS