연구대상으로 나눈 천문학의 세부분야(1)

TRACE 우주망원경으로 태양의 광구를 자외선의 영역에서 촬영한 사진

1. 태양 천문학
태양은 지구와 광속(빛의 속도)으로 8분 정도 떨어진 거리에 존재하며 가장 자세하게 연구가 이루어진 항성입니다. 태양은 전형적으로 G형 분광형을 지녔으며 태양의 나이는 46억 살 정도로 확인되고 있습니다. 태양은 빛의 밝기가 변하는 변광성이 존재한다고 분류하고 있지는 않지만 흑점 주기에 맞추어 주기적으로 밝기의 변화가 관측되고 있습니다. 흑점의 주기는 11년의 주기에 주기로 흑점의 개수가 변하는 것과 관련되는데 흑점은 강력한 자기장의 영향과 관련이 있으며 태양 표면에서 비교적 온도가 낮은 지역에 속하고 있습니다.
태양은 나이가 점점 들어가며 밝기가 서서히 증가하고 있는데 처음 주계열성으로 생성되었을 때와 현재를 비교하여 보았을 때 40퍼센트 정도 밝기가 증가한 것으로 보고 있습니다. 태양의 생성 이후에 발생한 밝기의 변화는 지구의 생태계에 뚜렷한 변화를 주었으며 중세에는 마운더 극소기로 인해 빙하 시대 현상이 발생했던 것으로 추정됩니다.
우리의 눈으로 관측할 수 있는 태양의 바깥 표면을 광구라고 부르고 광구 위에는 채층이라는 얇은 지대가 존재합니다. 채층 위에는 코로나가 형성되어 있고 온도가 급격하게 상승하는 특성을 갖고 있습니다.
태양의 중앙에는 핵이 존재하며 고온과 고압으로 인해 핵융합 작용이 일어납니다. 중심핵 위에는 복사층이 있고 에너지 플럭스를 복사 형태로 전달하는 플라스마가 존재합니다. 대류층은 복사층 위에 있는데 대류층에서는 물리적인 가스 교환의 형태로 에너지가 전달됩니다. 이러한 태양의 대류층이 자기장을 발생시키며, 이러한 자기장의 영향으로 태양 표면에 흑점이 생성되는 것으로 받아들여지고 있습니다.
태양풍이라는 천체 현상은 플라스마 입자로 구성되어 있으며 태양으로부터 우주로 흘러나와 태양 권계면까지 영향을 끼치게 되는데 이러한 태양풍은 지구의 자기장과 반응하여 밴 앨런대를 형성하고, 지구의 자기력선과 태양풍이 닿는 부분에서 오로라가 형성됩니다.

2. 행성 천문학
행성 천문학은 태양을 공전하는 행성, 위성, 왜행성, 혜성, 소행성, 기타 다른 천체들과 외계 행성 집단에 대해 연구하는 학문입니다. 과거에는 주로 망원경을 관측할 수 있는 도구로 많이 사용하였으며 최근에는 망원경의 발달과 우주 탐사선 등으로 연구가 이루어지고 있습니다. 다른 천체들에 비해 태양계는 상대적으로 연구가 많이 진행되었으며 탐사 및 관측으로 인해 태양계의 탄생과 진화에 대한 많은 지식을 얻게 되었습니다.
태양계는 크게 세 부분으로 나눌 수 있는데 내행성, 소행성, 외행성으로 나눠집니다. 내행성계로 불리는 지구와 같은 형태의 행성으로는 수성, 금성, 지구, 화성이 존재하며 태양계의 바깥쪽에서 공전하고 있는 외행성계는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 구성됩니다. 이러한 외행성계는 가스가 많은 가스 행성으로 이루어져 있습니다. 해왕성을 넘으면 카이퍼대가 존재하며, 가장 외부에는 빛의 속도로 1년간 가야 이르는 거리인 1광년의 거리까지 오르트 구름이 생성되어 있습니다.
행성들은 태양을 두르고 있던 원시행성계 원반에서 생성되었습니다. 중력에 의해 끌어당겨지고 충돌하고 서로 강하게 붙는 과정을 통해 원반의 물질들은 큰 덩어리로 변화하였으며 원시행성으로 진화하게 되었습니다. 태양으로부터 나오는 태양풍에 의해 복사압이 생성되고 그로 인해 덩어리로 뭉치지 못한 물질들이 흩어지게 되었으며 행성이 지닌 대기가 흩어지지 않을 만큼 무겁게 진화한 천체들만 존재하게 되었습니다. 이렇게 살아남은 행성들은 원반의 물질을 흡수하여 계속 커져나가거나 충돌하여 갖고 있었던 물질들을 방출하기도 하는데 달이나 수성에서 관측되는 충돌 구에 의해 이것이 증명되기도 하였습니다.
태양풍의 복사압에 의해 흩어지지 않고 살아남은 행성들은 무거운 물질은 행성의 중심부로 가라앉고 상대적으로 가벼울수록 윗부분에 위치하게 되는 행성 구별화 과정을 겪게 됩니다. 그 결과 행성들의 중심부에는 철이나 석질로 구성되는 중심핵이 형성되고 중심핵 위에는 상대적으로 가벼운 물질들이 맨틀을 이루고 있습니다. 행성의 중심핵은 고체 또는 액체의 성질을 갖고 있으며 일부의 경우 자기장을 형성하는 원인을 제공합니다. 중심핵이 생성하는 자기장은 행성의 대기를 태양풍의 복사압으로부터 흩어지지 않게 보호하는 역할을 하게 됩니다.
행성이나 위성들이 갖고 있는 내부 열은 행성을 구성했던 물질(우라늄, 토륨, 26Al 등)이 서로 충돌하며 발생한 열과 조석 가속으로 인해 발생합니다. 일부 천체에서 관측되는 내부 열은 화산이나 지각 운동 등의 지질학적 운동이 발생할 정도의 열을 내뿜고 있으며, 일부 대기가 존재하는 천체는 바람이나 물로 인해 지각이 쓸려내려 가는 침식의 과정을 겪고 있습니다.