태양

태양은 태양계에서 망원경 없이도 가리킬 수 있는 유일한 천체이며, 어떤 의미에서는 나머지 모든 것이 반올림 오차에 불과하다. 이 G형 주계열성은 태양계 전체 질량의 99.86%를 차지하며, 여덟 개의 행성과 모든 위성, 소행성, 혜성이 나머지 0.14%를 나눠 갖는다. 태양은 해왕성을 165년 주기의 궤도에, 지구를 365일 주기의 궤도에 붙들어 두는 중력의 닻이며, 지구까지 1억 5천만km를 8분 20초 만에 건너오는 그 빛으로 이 행성의 거의 모든 생명체에 에너지를 공급하는 용광로다.

이토록 친숙함에도 불구하고 태양은 실로 극단적인 곳이다. 반지름 696,340km(지구를 약 109개 늘어놓은 폭에 해당), 나이는 약 46억 년이며, 섭씨 1,500만 도가 넘는 핵에서 매초 약 6억 톤의 수소를 헬륨으로 조용히 변환하고 있다. 은하 기준으로 보면 태양은 중년의 평범한 별에 불과하지만, 바로 그 평범함이야말로 태양을 우주에서 가장 잘 연구된 별로 만드는 이유다.

행성이 아니라 별

태양은 모닥불처럼 타오르는 기체 덩어리가 아니다. 실제로 불타는 것은 아무것도 없다. 태양이 빛나는 이유는 그 핵이 위에 놓인 모든 것의 무게로 압축되어 납보다 높은 밀도와 섭씨 1,500만 도에 가까운 온도에 이르러 수소 원자핵을 헬륨으로 융합하기 때문이다. 개별 핵융합 반응은 소량의 에너지만을 방출하지만, 핵에서 매초 약 6억 톤의 수소가 소모되는 규모를 감안하면 그 총량은 어마어마하다. 이 에너지의 바깥 방향 압력이 별 자체의 짓누르는 중력에 맞서 별을 지탱하고 있으며, 이 대치는 46억 년째 이어지고 있고 앞으로 약 50억 년이 더 남아 있다.

구성 성분으로 보면 태양은 질량 기준으로 약 4분의 3이 수소, 4분의 1이 헬륨이며, 탄소와 산소, 철 등 나머지 모든 것은 2%에도 못 미친다. 질량 1.989 × 10³⁰kg인 태양은 천문학 전체 분야에서 '태양'이라는 단어의 기준 그 자체다. 별의 질량과 광도, 반지름은 모두 태양의 배수로 측정된다.

핵에서 코로나까지, 층층이

핵에서 태어난 광자는 곧바로 튀어 나가지 않는다. 광자는 복사층을 무작위 행보로 통과하는데, 이 과정에 대략 10만 년이 걸릴 수 있다. 그런 다음 대류층에 도달하면 뜨거운 플라스마 덩어리들이 마치 끓는 냄비 속 물처럼 표면으로 솟아올랐다 다시 가라앉기를 반복한다. 눈에 보이는 '표면'인 광구는 사실 고체가 전혀 아니며, 기체가 마침내 충분히 얇아져 빛이 우주로 빠져나갈 수 있게 되는 층으로, 비교적 서늘한 섭씨 5,500도를 유지한다.

광구 위에는 붉은빛을 띤 채층이 자리하고, 그 위로 코로나가 이어진다. 코로나는 태양의 희박한 외곽 대기로, 개기일식 때 진주빛 광륜처럼 퍼져 나가는 모습을 볼 수 있다. 기이하게도 코로나는 그 아래 표면보다 훨씬 뜨거워서 온도가 백만 도를 넘는데, 이는 '코로나 가열 문제'라 불리는 수수께끼로 태양물리학자들이 아직도 해명하려 애쓰고 있다. 이 외곽 대기에서 태양풍이 흘러나오는데, 이는 태양계 전체를 채우고 혜성의 꼬리 모양을 결정짓는 하전 입자의 끊임없는 흐름이다.

흑점과 11년 주기

태양은 고체처럼 통째로 회전하지 않는다. 적도는 약 25일마다 한 바퀴 도는 반면 극지방은 한 달 넘게 걸리며, 이 차등 회전이 마치 고무줄을 꼬듯 자기장을 감아 올린다. 그 결과로 나타나는 것이 11년 주기의 활동 변화로, 어둡고 서늘한 흑점이 늘었다 줄었다를 반복하고 결국 자기 극이 뒤바뀌며, 별은 조용한 '태양 극소기'와 격렬한 '태양 극대기' 사이를 오간다.

2024년 10월, NASA와 NOAA는 현재의 태양 활동 주기 25가 극대기에 도달했다고 발표했다. 다만 정확한 정점 시기는 몇 년이 지나야 확정할 수 있다. 이번 주기는 예보관들의 예상보다 강력하게 진행되었는데, 2024년 10월 3일 태양은 이 주기 중 가장 강력한 X9.0급 플레어를 방출했다. 극대기에는 태양이 우주 기상을 좌우하는 태양 플레어와 코로나 질량 방출을 일으킨다. 이는 극지방에서 멀리 떨어진 곳까지 오로라를 밝히는 지자기 폭풍을 유발하지만, 동시에 지구의 위성, GPS, 라디오, 전력망을 교란할 수도 있다.

태양에 다가가다: 한 세기에 걸친 탐사

태양에는 착륙할 수 없기 때문에, 태양은 멀리서, 그리고 점점 더 그 대기 안에서부터 연구되고 있다. NASA와 ESA의 SOHO는 1995년부터 태양을 끊임없이 관측해 왔고, NASA의 태양역학관측위성(SDO)은 2010년부터 극자외선으로 태양을 촬영해 왔으며, 2020년 발사된 ESA의 솔라 오비터는 행성들의 궤도면 밖에서 태양 극지방을 처음으로 촬영해 보내왔다.

그중에서도 가장 대담한 것은 NASA의 파커 솔라 프로브로, 2024년 12월 24일 태양 표면 위 610만km 지점을 통과했다. 이는 어떤 우주선도 별에 이만큼 가까이 다가간 적이 없는 거리이며, 이때 속도는 시속 약 69만km로 인류가 만든 물체가 낸 역대 최고 속도였다. 탄소 복합재 열차폐로 보호받으며 파커 솔라 프로브는 코로나를 직접 통과해 그 근원에서 태양풍을 채취하고, 이 외곽 대기가 왜 그토록 터무니없이 뜨거운지를 탐구했다.

태양을 안전하게 관측하는 법

태양은 이 목록에서 유일하게 영구적으로 실명을 일으킬 수 있는 천체이므로 규칙은 절대적이다. 망원경이나 쌍안경, 카메라 앞부분에 인증된 전용 태양 필터를 부착하지 않은 채로는 절대 태양을 들여다보지 말아야 한다. 일반 선글라스나 노출된 필름, 그을린 유리는 안전하지 않다.

안전한 관측 방법으로는 맨눈용 인증 일식 안경(ISO 12312-2), 전용 백색광 또는 수소-알파 태양 망원경, 혹은 위험이 전혀 없이 카드 위에 태양의 작은 상을 투영하는 고전적인 바늘구멍 투영법이 있다. 안전한 장비로 조용한 시기에는 원반을 가로지르는 흑점을 발견할 수도 있다. 가장 장엄한 광경인 코로나 자체는 오직 개기일식이 벌어지는 몇 분 동안만 볼 수 있다.