태양이 죽으면 지구에는 어떤 일이 일어날까?

별은 태어나고 살아가며 결국엔 죽습니다. 태양도 별반 다르지 않은데, 태양이 죽을 때에는 지구도 함께 갑니다. 하지만 과학자들은 "우리 행성은 밤 속으로 조용히 들어가지 않을 것"이라고 말했습니다. 이들은 "오히려 죽음의 진통 중에 태양이 적색 거성으로 팽창하면 지구가 증발하게 될 것이다"라고 예측했습니다. 천문학자들은 "아직은 별 죽음에 대해 걱정할 필요가 없다"라고 전했습니다. 이들은 "시간 규모는 길고, 적어도 지금부터 70억~80억 년"이라고 덧붙였습니다. 인간의 시간은 그 기간의 약 40,000분의 1 정도에 불과했습니다. 지구의 나이를 하루 24시간으로 압축한다면 인간은 기껏해야 마지막 순간만을 차지할 것입니다. 별의 수명을 고려하는 것이 다른 어떠한 일도 하지 않는다면, 그것은 우리 삶의 실존적 중요성을 강조해야 합니다.

 

태양이 죽으면 어떤 일이 일어날지는 그것이 어떻게 빛나는가와 관련이 있습니다. 별은 가스, 주로 수소와 약간의 헬륨 및 기타 원소의 거대한 덩어리로 삶을 시작합니다. 가스는 질량이 있기 때문에 한곳에 많이 넣으면 자체 무게로 인해 스스로 붕괴되고 원시별의 내부에 압력을 가합니다. 가스가 너무 뜨거워지면서 전자는 원자에서 떨어져 나가고 가스가 충전되거나 이온화, 즉 플라스마라고 불리는 상태가 될 때까지 가스를 가열합니다. 각각 하나의 양성자를 포함하는 수소 원자는 다른 수소 원자와 융합하여 2개의 양성자와 2개의 중성자를 갖는 헬륨이 됩니다. 융합은 빛과 열의 형태로 에너지를 방출하여 외부 압력을 생성하고 가스가 더 이상 붕괴되는 것을 방지합니다. 이 과정을 수십억 년 동안 계속할 만큼 충분한 수소가 있지만, 결국에는 태양 핵의 거의 모든 수소가 헬륨으로 융합될 것입니다. 이러한 시점이 되면 태양은 그만큼의 에너지를 생성할 수 없게 되고 자체 무게로 붕괴되기 시작합니다. 그 무게는 별의 생애 초기 수소와 마찬가지로 헬륨을 융합시킬 만큼 충분한 압력을 생성할 수 없습니다. 다만 코어 표면에 남아있는 수소는 융합되어 약간의 추가 에너지를 생성하고 태양이 계속 빛나게 할 것입니다. 하지만 헬륨 핵은 그 자체로 붕괴되기 시작합니다. 핵융합을 통해서는 아니지만, 에너지를 방출하고, 가스를 압축하면 온도가 높아지기 때문에 결국 증가한 압력으로 인해 가열될 것입니다. 이러한 에너지 방출은 더 많은 빛과 열을 발생시켜 태양을 더욱 밝게 만듭니다.

 

어두운 면에서 바라볼 때 태양은 그 에너지로 인해 적색 거성으로 부풀어 오르게 됩니다. 표면 온도가 태양과 같은 별보다 낮기 때문에 빨간색인 적색 거성은 그럼에도 불구하고 자신보다 뜨거운 상대에 비해 훨씬 큽니다. 천문학자 클라우스-피터 슈뢰더와 로버트 코논 스미스는 지난 2008년 연구에서 "태양이 너무 커져 가장 바깥쪽 표면층이 약 1억800만 마일에 도달할 것"이라 추정했습니다. 이는 약 1억7천만 킬로미터로, 이들은 커진 태양이 수성과 금성, 지구 행성을 흡수할 것이라고 주장했습니다. 적색 거성으로 변하는 전체 과정은 약 500만 년이 소요되는데, 이는 태양의 일생에 비해 상대적으로 짧은 시간입니다.

 

밝은 면을 보면, 태양의 광도는 10억 년마다 약 10퍼센트씩 증가하고 있습니다. 행성 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 거주 가능 구역은 현재 지구 궤도 반경의 약 0.95~1.37배입니다. 해당 영역은 계속해서 바깥쪽으로 이동하고 있기 때문에 태양이 적색 거성이 될 준비를 할 때쯤이면 화성은 꽤 오랫동안 그 구역 안에 있었을 것입니다. 그동안 굽어진 지구는 행성의 증기탕으로 변할 것이며, 바다는 증발하여 수소와 산소로 분해될 것입니다. 물이 분해되면서 수소는 우주로 빠져나가고 산소는 표면 암석과 반응, 질소와 이산화탄소는 대기의 주요 구성 요소가 될 것입니다. 오늘날 금성과도 비슷하지만, 지구의 대기가 그렇게 두꺼워질지는 여전히 확실하지 않습니다. 과학자들은 그 대답 중 일부가 화산 활동이 얼마나 많이 진행되고 있는지, 그리고 판 구조론이 얼마나 빨리 완화되는지에 따라 달라질 것으로 봤습니다.

 

과학자들은 "우리의 후손들은 그때까지 화성으로 가기로 선택하거나 태양계 더 먼 곳으로 가기를 선택할 것"이라고 전망했습니다. 그러나 화성조차도 거주할 수 있는 행성으로 지속되지는 않을 것이란 관측이 나옵니다. 태양이 거대해지면 거주 가능 구역은 49~70개의 천문단위 사이로 이동합니다. 현재 궤도에 있는 해왕성마저 생명체가 살기에는 너무 뜨거워질 것으로 전망되는 상황에서 생명체가 살 만한 곳은 명왕성과 카이퍼 벨트에 있는 다른 난쟁이 행성, 혜성과 얼음이 풍부한 소행성뿐입니다. 슈뢰더와 스미스가 지적한 한 가지 효과는 태양과 같은 별이 시간이 지남에 따라 질량을 잃는다는 것입니다. 이는 주로 태양풍을 통한 것입니다. 태양 주위 행성의 궤도는 천천히 확장됩니다. 한 천문학자는 "지구를 구할 만큼 빨리 일어나지는 않겠지만, 해왕성이 충분히 멀리 나아간다면, 테라포밍을 통해 인간의 보금자리가 될 수 있다"라고 전했습니다.

 

하지만 결국에는 태양 외핵의 수소가 고갈되고 태양이 다시 붕괴되기 시작하면서 또 다른 핵융합 주기가 열립니다. 약 20억 년 동안 태양은 헬륨을 탄소와 일부 산소로 융합했지만, 이러한 반응에는 에너지가 더 적습니다. 헬륨의 마지막 조각이 더 무거운 원소로 변하면 태양이 자신의 무게를 지탱할 수 있는 복사 에너지는 더 이상 존재하지 않습니다. 핵은 백색 왜성으로 수축되고 핵이 붕괴되면 태양의 대기 외층이 남게 됩니다. 이는 팽창된 태양의 외층이 핵과 너무 멀리 떨어져 있어 이와 약하게 결합되어 있기 때문입니다. 이러한 과정의 결과는 행성상 성운입니다. 백색 왜성은 핵융합이 아닌 압축에 의해 가열되기 때문에 처음에는 매우 뜨겁습니다. 표면 온도는 화씨 50,000도(섭씨 약 28,000도)에 달하며, 성운에서 천천히 팽창하는 가스를 비춥니다. 결과적으로 수십억 년 후, 외계 천문학자들은 한때 태양이 빛났던 거문고자리의 고리 성운과 같은 것을 보게 될 것입니다.