먼저 태양의 대기 구성과 어떤 원소가 있는지 알아보겠습니다. 별의 흡수선 스펙트럼을 통해 그 별에 어떤 원소가 존재하는지 파악할 수 있다는 것은 방사선 및 스펙트럼에서 설명되었습니다. 태양은 지구와 같은 원소들을 포함하고 있지만, 그 비율은 동일하지 않다는 것이 밝혀졌습니다.
태양의 대기 구성
태양의 질량의 약 73%는 수소로 이루어져 있고, 나머지 25% 정도는 헬륨입니다. 나머지 2%는 탄소, 산소, 질소 등 다른 모든 화학 원소들로 이루어져 있습니다. 이 원소들은 우리 몸에서 필수적이며, 우리 모두가 알고 사랑하는 원소들입니다.
태양의 가시 표면층에 가장 많이 발견되는 10가지 가스는 수소, 헬륨, 탄소, 질소, 산소, 네온, 마그네슘, 실리콘, 유황, 철입니다. 해당 가스를 보면, 태양의 바깥층 구성이 지구의 지각과는 크게 다르다는 것을 알 수 있습니다. (지구의 지각에서 가장 많이 발견되는 세 가지 원소는 산소, 규소, 알루미늄입니다.) 우리 행성과는 다르지만, 태양의 구성은 별의 일반적인 구성을 잘 반영하고 있습니다.
세실리아 페인가포슈킨의 연구
미국에서 천문학 박사 학위를 받은 최초의 여성인 세실리아 페인가포슈킨은 1925년에 뛰어난 연구를 통해 우리 태양과 다른 별들이 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있다는 사실을 처음으로 밝혀냈습니다. 그런데 이런 사실은 그렇게 단순하고 가벼운 가스인 수소와 헬륨이 별에서 가장 풍부한 원소라는 것이 너무나 충격적이었습니다. 그녀는 자신의 데이터 분석이 틀림없이 잘못되었다고 확신했습니다. 그녀는 "항성 대기에 이런 원소들이 엄청나게 많다는 것은 거의 확실히 불가능하다"고 적었습니다. 심지어 과학자들조차도 모두가 옳다고 "인지하고 있는" 것과 다른 신규 아이디어를 받아들이는 데 어려움을 겪는 경우가 있습니다.
페인가포슈킨의 연구 이전에는 모든 사람들이 태양과 별의 구성이 지구의 구성과 매우 유사할 것이라고 가정했습니다. 그녀의 논문이 나온 지 3년이 지난 후에 다른 연구를 통해 태양에 수소와 헬륨이 엄청나게 풍부하게 존재한다는 사실이 명백하게 입증되었습니다. (그리고 나중에 우리가 알게 될 것인데, 태양과 별의 구성은 우리 행성의 특징적인 무거운 원소들의 이상한 농도보다 우주의 구성을 더욱 잘 반영하고 있습니다.)
태양 대기의 상태
태양에서 발견되는 대부분의 원소는 원자 형태로 존재하며, 소수의 분자들이 가스 형태로 존재합니다. 태양은 너무 뜨거워서 아무런 물질도 액체나 고체 형태로 존재할 수 없습니다. 실제로 태양은 너무 뜨거워서 그 안에 있는 많은 원자들이 이온화되어 있습니다. 즉, 하나 이상의 전자가 제거되어 있습니다. 원자에서 전자가 제거된다는 것은 태양에는 많은 양의 자유 전자와 양전하를 띤 이온이 존재한다는 것을 의미하며, 이로 인해 태양은 전기적으로 충전된 환경이라는 것을 의미합니다. 이는 여러분이 이 글을 읽고 있는 중성 환경과는 크게 다른 환경입니다. (과학자들은 이런 뜨거운 이온화 가스를 플라즈마라고 부릅니다.)
코로나늄의 발견
19세기에 과학자들은 태양 외부 대기에서 코로나라는 현상에서 530.3나노미터의 스펙트럼 선을 관찰했습니다. 이 선은 이전에 한 번도 본 적이 없었기 때문에, 이 선은 코로나에서 발견된 새로운 원소의 결과로 생각되었고, 이를 코로나늄이라고 빠르게 명명했습니다. 60년이 지난 후에 천문학자들은 이 방출이 실제로는 전자 13개가 제거된 고도로 이온화된 철 때문이라는 사실을 발견했습니다. 이를 통해 우리는 태양의 대기 온도가 100만도 이상이라는 사실을 처음으로 알게 되었습니다.
태양의 대기 구성과 세실리아 페인가포슈킨의 연구에 대해 알아보았습니다. 태양의 대기 구성을 이해하는 것은 우리가 살고 있는 우주를 이해하는 데 큰 도움이 됩니다. 단순하고 가벼운 가스인 수소와 헬륨이 별에서 가장 풍부한 원소라는 사실은 세실리아 페인가포슈킨의 연구를 통해 처음으로 밝혀진 충격적인 사실이었습니다. 이는 우리가 지구와 우주를 바라보는 방식에 큰 변화를 가져왔습니다. 태양의 대기는 그 자체로 놀라운 현상이지만, 그것이 우리에게 말해주는 우주의 이야기는 더욱 놀랍습니다. 우리가 지금까지 알아낸 것은 막대한 우주의 작은 부분일 뿐이며, 앞으로 더 많은 것을 알아내기 위해 계속 탐구해 나가야 할 것입니다.