9. 적당한 크기의 태양을 에너지 원으로 가지고 있는 지구

우리가 밤하늘에 보는 반짝이는 별들도 자세히 보면 여러 종류의 별들이 있다는 것을 알게 된다. 별들의 색깔은 별 표면의 온도에 따라 달라지는데 온도가 낮으면 붉은색을 온도가 높으면 청백색을 띠게 된다. 대장간에서 무쇠를 달구면 처음에는 붉은색을 띠다가 온도가 점차 올라가면 노란색으로 그리고 온도가 더 올라가면 청백색으로 변하는 것과 같은 이치이다. 오리온 자리의 알파성인 베텔규스는 붉은색을, 우리 태양은 노란색을, 그리고 사냥개 자리의 알파성인 시리우스는 청백색을 띠고 있다.

우리 태양계에 있어 지구의 물이 얼지도 않고 끓지도 않은 영역을 생명체들이 살수있는 생존대 라고 하였는데 이 생존대는 우리가 어떤 별 주위에 사는냐에 따라 그 영역이 달라진다. 우리가 태양보다 적은 별 주위에 살게되면 별의 복사열이 적어 생존대는 그 별에 더 가까이 위치하게 되고 태양보다 큰 별 주위를 산다면 많은 복사열 때문에 생존대가 그 별에서 더 멀어지게 된다. 별의 질량이 적어 생존대가 그 별에 가까이 위치할 경우 지구와 달의 경우 처럼 조석 잠김 현상이 생기는데 그렇게 되면 그 별과 행성이 동주기 자전 (Synchronous rotation)을 하게 된다. 양손을 맞잡고 마주보면서 도는 것처럼 동주기 자전을 하게 되면 별을 마주보고 있는 쪽만 항상 햋빛을 받게 되므로 물이 끓을 정도의 온도가 되고 그 반대쪽은 항상 밤이고 모든게 얼어붙은 동토의 땅이 된다. 또한 별에 가까이 위치함으로 해서 별에서 방출되는 항성풍의 영향을 고스란히 받아 생명체가 살기에는 부적합한 환경이 된다.

반대로 별의 질량이 커서 생존대가 별에서 멀리 떨어져 있을 경우에는 이 생존대의 수명이 오래가지 못한다는 단점이 있다. 왜냐하면 질량이 큰 별들은 질량이 작은 별들에 비해 별의 연료인 수소를 더 빨리 소모하게 되고 헬륨 연소를 시작 하면서 적색거성으로 진화 하는데 이렇게 되면 별의 크기가 점점 커져서 근처에 있는 행성 자체를 삼킬 정도가 된다. 이와 함께 별의 진화가 계속되면 초신성 폭발을 일으키게 되면서 중성자 별이나 블랙홀로 진화한다. 따라서 우리가 오래도록 안전한 생존대에 머물기 위해서는 태양과 비슷한 크기의 별을 지구의 에너지 원으로 가지고 있어야 한다.

그림 1.17은 별들이 어떤 질량 분포를 보이는지 관측한 데이터인데 별들의 약 88%가 태양보다 가벼운 별들이며 태양 질량의 1-2배 사이에 있는 별들은 8%이고 나머지 4%는 태양보다 2배 이상 무거운 별들이다. 따라서 태양과 같은 질량을 가진 별들을 발견할 확률은 수퍼센트 이내로 그렇게 높지 않음을 알수있다.

그림 1.17 – 별들의 질량 분포도. 대부분의 별들은 태양보다 질량이 적다.

우리가 오랬동안 안정적인 생존대에 머물기 위해서 태양과 비슷한 질량의 별을 우리의 에너지 원으로 가져야 하는 사실외에 또 하나의 조건이 추가 되는데 지구가 쌍성계가 아닌 단성계에 존재해야 된다는 것이다. 우리 인간에게도 쌍둥이가 가끔 태어나지만 별들의 세계에서는 거의 50% 이상이 쌍성계이다. 쌍성계는 근접 쌍성계 (Close binary system)와 원격 쌍성계 (Wide binary system)로 구분할수 있다. 근접 쌍성계에서 행성이 돌고 있을 경우는 그림 1.18의 상단과 같이 두 별 주위를 돌고 원격 쌍성계의 경우에는 그림 1.18의 하단처럼 한쪽 별 주위나 아니면 각각의 별 주위를 돌고 있을 것이다. 만일 우리가 살고 있는 지구에 태양이 둘이라고 가정해 본다면 우리 생명체에 이로운 영향 보다는 해로운 영향이 더 많을 것이다. 두개의 태양으로 인해 우리 지구에 해로운 방사선들이 더 많이 쏟아질 것이고 두 태양의 상대적 위치에 따라 지구의 자전축과 이심률이 항시 변할 것이며 그에 따라 지구가 받는 태양 에너지 양도 함께 변하여 생명체가 살기에 적당한 기후 조건을 제공하지 못할 것이다.

우리 지구가 적당한 크기의 별인 태양을 에너지 원으로 가지고 있고 또한 쌍성계가 아닌 단성계에 존재하여 오랬동안 안정적인 생존대에 존재 할수 있다는게 얼마나 다행스러운 사실인가?

그림 1.18 - 근접 쌍성계 일 때 (상단 그림)와 원격 쌍성계 일 때 (하단 그림)의 가능한 행성 괘도. 노란색이 태양이고 녹색이 행성임.