태양계 최고온 '태양핵'

by NASA Goddard Space Flight Center / https://www.flickr.com/photos/gsfc/16043898185/

태양핵(Solar core)은 태양의 중심에서 태양 반경의 약 0.2배에서 0.25배의 범위로 퍼져 있다고 생각되고 있다. 태양핵은 태양계에서 가장 고온이며 중심부의 온도는 1500만 켈빈에 육박한다. 중심의 압력은 2.4×10^16Pa, 중심으로부터 0.2 태양 반경에서는 4.3×10^15Pa이다. 중심부의 밀도는 약 15만(kg/m^3)에 달한다. 태양의 핵은 플라즈마 상태의 고온, 고밀도 가스로 만들어진다. 0.24 태양 반경 이내의 핵은 태양에너지의 99%를 만들고 있다.

태양핵에서는 핵융합에 의해 초당 약 3.6×10^38개의 양성자가 헬륨 원자핵으로 변환되고 있다. 이때 약 430만 톤의 질량이 감소하고 E=mc^2의 관계식에 근거하여 초당 3.8×10^26줄의 에너지를 산출하고 있다. 이것은 TNT 화약 9.1×10^10 메가톤의 에너지에 해당한다.

태양핵에서는 태양열의 거의 대부분을 생산하고 있다. 나머지는 핵으로부터 외부로 운반된 에너지에 의해 가열된다. 그 결과 현재의 태양 표면은 약 6000켈빈을 유지하고 있다. 핵에서 생산된 에너지는 극히 일부가 중성미자에 의해 운반되는 것을 제외하고는 햇빛과 입자의 운동에너지로서 우주공간으로 도망치기 전에 태양 내부의 연속적인 많은 층을 이동해야 한다.

핵에서의 단위 시간당 에너지 생산량은 중심으로부터의 거리에 따라 변한다. 태양의 중심에서 핵융합의 효율은 모델 추정으로 약 276.5와트/㎡로 추정된다. 태양 내부의 부피당 열생산량의 최대 값은 퇴비의 산의 열 생산량 밀도와 비교되는 정도다. 태양으로부터 방출되는 막대한 열량은 부피당 열생산량이 아니라 태양 전체의 크기에 기인한다.

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슈테판-볼츠만의 법칙에서 예측되는 1000만 켈빈에서 1500만 켈빈이라는 온도에 비해 태양 표면의 열량이 적다는 것은 놀라운 일이다. 태양층은 바깥쪽으로 약간 낮은 온도만 방출하고 층 사이의 방사열량과 핵에서의 열생산량 사이에는 간격이 있다.

중심으로부터 태양반경의 19%(핵의 외연 부근)에 이르기까지 온도는 1000만 켈빈까지 저하하고 열밀도는 6.9와트/㎡(최대치의 약 2.5%)가 된다. 태양에너지의 91%는 이 지역에서 생산된다. 반경의 24%까지의 범위에서 태양열량의 99%가 생산된다. 태양 반경의 30%까지가 되면 핵융합은 거의 완전히 정지한다.

핵융합의 속도는 밀도에 강하게 의존하고, 핵에서의 융합속도는 자기보정 평형상태에 있다. 핵융합 속도가 조금 빨라지면 핵은 더욱 뜨거워져 외층의 질량에 대해 약간 확대되어 융합 속도를 억제하여 섭동을 보정한다. 융합속도가 느려지면 핵은 차가워져 줄어들고 속도를 높이면 원래 수준으로 되돌아간다.

핵융합에 의해 만들어진 고에너지의 광자(감마선이나 X선)는 태양의 맨틀에 흡수·재방출되거나 원거리 경로를 지나 태양 표면에 도달하는 데 오랜 시간이 걸린다. 광자의 도달시간은 17만 년에서 5000만 년 걸리는 것으로 추정되고 있다. 대류층으로부터 광구의 표면에 이른 후 광자는 가시광으로서 튀어나온다. 태양의 핵의 감마선은 우주로 도망치기 전에 수백만 개의 광자로 바뀐다. 핵에서는 중성미자도 방출되지만 광자와는 달리 다른 물질과는 거의 상호작용하지 않고 곧바로 밖으로 튀어나온다. 수년간 태양에서 만들어진 중성미자의 관측치는 이론의 예측보다 훨씬 적다는 문제가 있었지만, 중성미자 진동의 이해가 깊어짐에 따러 최근 해결되었다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 太陽核
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD%E6%A0%B8