우리의 태양은 어떻게 에너지 생산할까?

지구가 태양계에서 생명체가 살고 번성할 수 있는 것으로 알려진 유일한 장소인 이유가 있습니다. 물론 과학자들은 유로파와 엔셀라두스의 얼음 표면 아래나 타이탄의 메탄 호수에 미생물이나 심지어 수생 생명체가 살고 있을 수 있다고 생각합니다. 그러나 당분간 지구는 생명체가 존재하기에 적합한 모든 조건을 갖춘 유일한 곳으로 남아 있습니다. 그 이유 중 하나는 지구가 태양의 거주 가능 구역(골디락스 존) 이것은 화학 반응에 필수적인 빛과 열을 포함하는 태양의 풍부한 에너지를 받기에 올바른 지점(너무 가깝지도 멀지도 않음)에 있음을 의미합니다. 그러나 우리의 태양은 에너지를 정확히 어떻게 생산합니까? 어떤 단계들이 관련되어 있으며 그것은 어떻게 이곳 지구에 있는 우리에게 전달됩니까? 간단한 대답은 태양이 모든 별과 마찬가지로 본질적으로 거대한 핵융합 반응이기 때문에 에너지를 생성할 수 있다는 것입니다. 과학자들은 이것이 거대한 가스와 입자 구름(성운)이 자체 중력의 힘으로 붕괴하였을 때 시작되었다고 믿습니다. 이것은 우리 태양계의 중심에 큰 빛의 공을 만들었을 뿐만 아니라 중심에 수집된 수소가 융합되어 태양 에너지를 생성하기 시작하는 과정을 촉발했습니다. 기술적으로 핵융합으로 알려진 이 과정은 빛과 열의 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 그러나 우리 태양의 중심에서 지구와 그 너머로 그 에너지를 얻는 것은 몇 가지 중요한 단계를 포함합니다. 결국, 그것은 모두 태양의 층으로 귀결되며 태양 에너지가 생명을 창조하고 유지하는 데 도움이 될 수 있는 곳에 도달하도록 하는 각각의 역할이 있습니다. 태양의 핵심은 중심에서 태양 반경의 약 20-25%까지 확장되는 영역입니다. 여기 핵에서 수소 원자(H)가 헬륨(He)의 핵으로 변환되어 에너지가 생성됩니다. 이것은 각각 2,500억 기압(25조 3,300억 KPa)과 1,570만 켈빈에 해당하는 것으로 추정되는 코어 내에 존재하는 극한의 압력과 온도 덕분에 가능합니다. 최종 결과는 4개의 양성자(수소 핵)가 하나의 알파 입자(2개의 양성자와 2개의 중성자가 헬륨 핵과 동일한 입자로 함께 결합 됨)로 융합되는 것입니다. 이 과정에서 두 개의 양전자와 두 개의 중성미자(양성자 중 두 개를 중성자로 변경)와 에너지가 방출됩니다. 코어는 융합을 통해 상당한 양의 열을 생성하는 태양의 유일한 부분입니다. 사실 태양에 의해 생성된 에너지의 99%는 태양 반경의 24% 내에서 발생합니다. 반경의 30%까지 융합이 거의 완전히 중단되었습니다. 나머지 태양은 코어에서 연속적인 층을 통해 전달되는 에너지에 의해 가열되어 결국 태양 광구에 도달하고 햇빛이나 입자의 운동 에너지로 우주로 빠져나갑니다. 태양은 초당 426만 미터톤의 질량 에너지 전환율로 에너지를 방출하며 이는 지금까지 만들어진 가장 강력한 핵폭탄으로 비교해 볼 수 있습니다. 이것은 태양의 외층으로 내부 태양 반경의 70% (또는 표면에서 약 200,000km 아래까지)를 초과하는 모든 것을 차지합니다. 여기서 온도는 복사 영역보다 낮고 무거운 원자는 완전히 이온화되지 않습니다. 결과적으로 복사열 수송은 덜 효과적이며 플라즈마의 밀도는 대류 전류가 발생할 수 있을 만큼 매우 낮습니다. 이 때문에 상승하는 열전지는 대부분의 열을 태양의 광구로 운반합니다. 이 세포가 광구 표면 바로 아래로 올라가면 물질이 냉각되어 밀도가 증가합니다. 이것은 그들이 다시 대류 영역의 바닥으로 가라앉도록 합니다. 그곳에서 더 많은 열을 흡수하고 대류 주기가 계속됩니다. 태양 표면에서 온도는 약 5,700K로 떨어집니다. 이 태양 층의 난류 대류는 또한 태양표면 전체에 자기 북극과 남극을 생성하는 효과를 일으키는 원인입니다. 또한 이 층에서 흑점이 발생하는데 이는 주변 지역에 비해 어두운 패치로 나타납니다. 이 반점은 대류를 억제하고 표면의 영역이 주변 재료와 비교하여 온도가 떨어지게 하는 자속장의 농도에 해당합니다. 마지막으로 태양의 광구가 있습니다. 표면으로 방출되고 대류 되는 햇빛과 열이 우주로 전파되는 곳입니다. 층의 온도 범위는 4,500및 6,000K(4,230 – 5,730 ° C, 7646 – 10346 ° F)사이입니다. 광구의 윗부분이 하부보다 차갑기 때문에 태양의 이미지는 사지가 어두워지는 현상으로 태양 디스크의 가장자리 또는 사지보다 중앙에서 더 밝게 나타납니다. 광구의 두께는 수십 킬로미터에서 수백 킬로미터이며 가시광선에 불투명해지는 태양 영역이기도 합니다. 그 이유는 음전하를 띤 수소 이온(H–) 가시광선을 쉽게 흡수합니다. 반대로 우리가 보는 가시광선은 전자가 수소 원자와 반응하여 H– 이온을 생성하면서 생성됩니다. 그런 다음 광구에서 방출된 에너지는 공간을 통해 전파되어 지구 대기와 태양계의 다른 행성에 도달합니다. 여기 지구에서 대기의 상층(오존층)은 태양의 자외선(UV) 복사의 대부분을 걸러내지만 일부는 표면으로 전달합니다. 받은 에너지는 지구의 공기와 지각에 흡수되어 지구를 가열하고 유기체에 에너지원을 제공합니다. 태양은 여기 지구상의 생물학적 및 화학적 과정의 중심에 있습니다. 그것 없이는 식물과 동물의 수명주기가 끝나고 모든 육상 생물의 일주기 리듬이 혼란스러울 것입니다. 그리고 시간이 지나면 지구상의 모든 생명체는 더 이상 존재하지 않을 것입니다. 태양의 중요성은 선사 시대부터 인식되어 왔으며 많은 문화권에서 태양을 신으로 간주합니다. 그러나 지난 몇 세기 동안 태양에 동력을 공급하는 과정이 이해되었습니다. 물리학자, 천문학자, 생물학자들의 지속적인 연구 덕분에 우리는 이제 태양이 어떻게 에너지를 생산하는지, 그리고 그것을 태양계로 전달하는 방법을 파악할 수 있습니다. 항성계와 외계 행성의 다양성을 가진 알려진 우주에 대한 연구는 또한 우리가 다른 유형의 별과 비교하는 데 많은 도움이 되었습니다.