1. 태양계의 개념과 태양
태양계는 항성인 태양과 태양의 중력에 묶여 있는 8개의 행성과 그 위성, 소행성 등 주변 천체가 이루는 체계입니다. 태양을 중심으로 공전하는 행성은 소행성대를 기준으로 안쪽에는 수성, 금성, 지구, 화성 즉 지구형 행성인 네 개의 고체 행성이 있으며, 바깥쪽에는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 즉 목성형 행성인 네 개의 유체 행성이 있습니다. 그리고 행성 외 나머지 약 160개의 위성, 수천억 개의 소행성, 혜성, 유성과 운석, 그리고 행성 간 물질 등이 태양계에 속합니다.
태양계에서 가장 중요한 존재는 오늘도 하늘에서 빛나는 저 태양입니다. 태양계 모든 천체가 가진 전체 질량 중에서 태양이 차지하는 비율은 무려 99.86%나 된다고 합니다. 그리고 여덟 행성과 수많은 위성 및 수천억 개에 이르는 소행성, 성간물질 등, 태양 외 전체의 모든 질량을 합해도 0.14%에 지나지 않습니다.
태양은 태양계의 중심에 있으며, 인류가 그 표면을 관찰할 수 없을 정도로 가까이 놓여 있는 유일한 항성, 즉 스스로 빛을 내는 존재입니다. 빛을 낸다는 것은 유일한 에너지원이라는 뜻입니다. 태양 내부는 핵융합이 일어나기에 충분한 밀도가 유지될 수 있으며, 융합 반응을 하면서 막대한 양의 에너지가 전자기 복사 형태로 우주 공간으로 방출됩니다. 전자기 복사 중 400~700 나노미터 띠 부분이 있는데, 이 영역이 가시광선이며. 인간의 눈으로 볼 수 있는 부분입니다.
태양의 표면 온도는 약 5,800 켈빈이며, 이는 '질량이 큰 황색 왜성'입니다. 태양의 색등급 도는 항성의 밝기와 표면 온도를 각 축으로 삼아 항성을 표면 위에 표시하고 있으며, 이 표에 따르면 뜨거운 별은 대체로 밝고 주계열로 불리는 띠 위에 몰려 있으며, 태양은 이 주계열 띠의 한가운데를 차지하고 있습니다. 태양보다 밝고 뜨거운 별은 드물고, 반대의 경우(적색왜성, K형 주계열성)는 흔합니다. 우리 은하 항성의 85%를 적색왜성이 차지합니다.
태양은 빛과 함께 대전된 입자인 플라스마의 지속적인 흐름인 태양풍을 발산합니다. 이 입자의 흐름은 시속 150만 킬로미터의 속도로 펴지며, 희박한 태양권을 만드는 데 최소한 100AU까지 퍼져 나갑니다. 이것을 항성 간 매질이라고 합니다. 태양권 내에서 가장 거대한 구조물은 태양의 회전 자기장으로 인해 행성 간 매질에 생성되는 나선형의 태양권 전류 편입니다. 지구 자기장은 태양풍이 지구의 대기를 벗기는 것을 막아줍니다. 태양풍과 지구 자기장의 상호 작용은 대전된 입자를 지구의 초고층 대기에 직각으로 흐르게 하는데, 이때 자기극 근처에는 오로라가 만들어진다고 합니다.
2. 태양계의 생성
지구에 사는 어느 사람도 태양계가 언제, 어떻게 만들어졌는지 직접 목격한 사람은 없습니다. 하지만 현대 과학은 거의 사실에 가깝게 태양계 생성의 수수께끼를 풀어냈습니다.
아주 오랜 옛날, 한 46억 년 전쯤 어는 시점에 정체를 알 수 없는 거대한 원시 구름이 중력으로 서로 이끌리면서 우주 공간에서 서서히 회전운동을 시작했다고 합니다. 바야흐로 태양이 탄생하는 순간입니다. 수소로 이루어진 이 원시 구름은 태양계 성운이라 하며, 지름이 무려 32조 킬로미터, 3광년의 크기였다고 합니다.
이 거대 원시 구름은 중력으로 뭉쳐지면서 제자리에서 돌기 시작했고, 각운동량 보존의 법칙에 따라 뭉쳐질수록 회전속도는 점점 더 빨라지게 되었습니다. 이렇게 빠르게 회전할수록 성운은 점점 평평해지게 됩니다. 이윽고 원반의 중심에 수소 공이 만들어지면서 원시별이 됩니다. 이 빠르게 회전하는 원시별이 주변의 가스와 먼지구름의 납작한 원반에서 물질을 흡수하면서 2천만 년쯤 회전하다가 지금의 태양 크기로 뭉쳐지게 됩니다.
원시행성계 원반으로도 불리는 이 원반 고리에는 수많은 물질이 서로 충돌하고 중력 작용으로 뭉쳐지면서 작은 미행성들이 만들어집니다. 이들 행성이 원반으로부터 점점 더 많은 물질을 흡수하면서 행성으로 성장하여 우리 지구나 목성, 토성과 같은 행성을 형성하게 됩니다. 태양계에 합류하지 못한 성긴 부스러기들은 이 같은 경로를 거쳐서 각각 뭉쳐진 행성과 위성, 기타가 되었습니다.
이 같은 경로를 거쳐 태양계 행성들도 태양과 같은 시기에 형성되었습니다. 행성들이 태양의 자전축을 중심으로 거의 같은 편면상 궤도를 돌고 있다는 사실이 그것을 증명합니다. 46억 년 전 최초 태양계 성운의 각운동량은 여전히 지속되어 모성의 자전과 행성들의 공전으로 나타나게 된 것입니다.
3. 태양계의 구성
태양계의 중요 구성 요소인 태양은 현재까지 알려진 전체 질량의 99.86%를 자치하며, 중력으로 태양계의 천체를 지배합니다. 태양 주위 궤도로는 두 개의 거대 가스 행성과 두 개의 거대 얼음 행성이 선회하고 있으며, 이것들은 태양을 제외한 태양계 질량의 99%를 차지하며, 그중 90%를 목성과 토성이 자치합니다.
태양계를 구성하는 것에는 항성인 태양, 태양을 공전하는 행성, 그 행성을 공전하는 위성, 그리고 왜소행성과 소행성, 혜성, 카이퍼 대 전체를 비롯한 태양계 소천체, 행성 간 먼지들이 있습니다.
태양계의 행성 대부분은 그 자신의 천체 체계를 가지고 있습니다. 행성 주위를 공전하는 천체는 자연 위성이나 위성이라고 하며, 그중 행성보다 큰 위성도 있으며, 대형 위성은 대부분 조석 고정을 하며, 모 행성을 향해 영구히 한쪽 면만 보입니다. 그리고 네 개의 거대한 행성 목성형 행성은 행성 주위를 선회하는 작은 입자로 이루어진 얇은 띠 모양의 행성 고리를 가지고 있습니다.
4. 태양계에 대한 용어
태양 주위를 공전하는 천체는 행성, 외행성, 태양계 소천체로 분류할 수 있습니다. 행성은 구형의 몸체를 이룰 정도로 충분한 질량을 가지면서, 공전 궤도 위에 있던 자신보다 작은 모든 천체를 빨아들인 천체를 말합니다. 이 정의에 따르면, 태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 8개의 행성이 있다고 합니다. 외행성은 구형의 몸체를 이룰 정도로 충분한 질량을 가지면서 태양 주위를 공전하고 있지만, 행성과 다르게 궤도 근처의 자신보다 작은 천체를 빨아들이지 못한 천체를 말합니다. 이 정의에 따르면, 태양계에는 세레스, 명왕성, 하우메아, 마케마케, 에리스 5개의 외행성이 있다고 합니다. 그리고 해왕성 횡단 영역 내를 돌고 있는 왜행성을 명왕성형 천체 또는 플루토이드라고 합니다. 나머지 태양 전체를 돌고 있는 천체를 태양계 소천체라고 합니다.