1. 별의 탄생
(1) 별의 탄생: 우주 공간에 흩어져 있던 성간 물질들이 모여 뭉쳐지면 질량이 커지고, 만유인력에 의해 더 많은 성간 물질을 끌어들여 밀도가 더 커진다. 이러한 과정을 거치는 동안 성간 물질 덩어리는 점차 별의 모습을 갖추게 되고, 이를 원시별이라고 한다.
(2) 원시별: 원시별이 중력 수축하면 중력 에너지에 의해 내부 온도가 상승하고, 표면 온도가 1000 K 이상 되면 가시광선의 복사 에너지를 방출하게 된다.
(3) 주계열성: 원시별 이후에도 중력 수축은 계속 진행된다. 중력 수축에 의해 발생한 에너지의 일부는 복사 에너지로 방출되고, 나머지는 별의 내부 온도를 상승시키는데, 별의 중심 온도가 1000만 K에 이르면 수소 핵융합 반응이 시작된다. 그 결과 내부 압력과 중력이 정역학 평형을 이루어 더 이상 중력 수축이 일어나지 않는 안정한 별이 되는데, 이를 주계열성이라고 한다.
2. 수소핵융합반응
주계열성의 중심부에서 일어나는 핵융합 반응으로, 수소 원자핵이 융합하여 헬륨 원자핵으로 되는 과정에서 감소한 질량이 에너지로 전환되어 방출된다. 수소 핵융합 반응은 p-p 반응과 CNO 순환 반응이 있다. p-p 반응은 6 개의 수소 원자의 핵이 연쇄적으로 반응하여 1 개의 헬륨과 2 개의 수소로 되는 반응으로, 질량이 태양의 2 배보다 작아 중심부 온도가 2000만 K 이하인 주계열성에서 일어난다. CNO 순환 반응은 탄소, 질소, 산소가 촉매의 역할을 하면서 수소 원자핵을 융합하여 헬륨 원자핵이 만들어지는 반응으로, 질량이 태양 질량의 2배보다 커서 중심부 온도가 2000만 K 이상인 주계열성에서 일어난다.
3. 별의 진화와 원소의 생성
(1) 질량이 태양 정도인 별: 질량이 태양 정도인 주계열성의 중심부에서는 수소 핵융합 반응이 일어나면 헬륨이 만들어지고, 중심부의 수소가 모두 고갈되면 별은 팽창하여 적색 거성이 된다. 적색 거성의 중심부가 수축하여 밀도와 온도가 높아지면 헬륨 핵융합 반응이 일어나 탄소가 생성되고, 탄소 중심핵이 만들어지면 더 이상 무거운 원소가 생성되지 않는다.
(2) 질량이 큰 별: 질량이 큰 별은 탄소 중심핵이 수축하면서 발생한 에너지에 의해 온도가 계속 높아지는데, 중심 온도가 5억~8억 K에 이르면 탄소 핵융합 반응이 일어나 더 무거운 원소가 만들어진다. 질량이 큰 별의 중심에서는 수소가 헬륨을, 헬륨이 탄소를, 탄소가 산소를 만드는 핵융합 반응이 일어나 더 무거운 원소들이 차례로 만들어진다. 이러한 핵융합 반응은 철이 만들어지면서 멈추게 된다.
4. 성운설
태양계의 형성 과정을 설명하는 가설에는 성운설, 와동설, 조석설 등 여러 가지가 있으나 현재 받아들여지고 있는 가설은 성운설에 기초를 두고 있다.
(1) 태양계 성운의 형성: 우리 은하 내부에서 초신성의 폭발로 생긴 충격파로 거대한 성운이 여러 개의 작은 성운으로 분열되었다. 각각의 작은 성운들은 독립적으로 수축하였는데, 그중 하나가 태양계 성운이 되었다. 태양계 성운은 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있었으며, 별의 내부에서 생성된 미량의 무거운 원소를 포함하고 있었다.
(2) 원시 태양과 고리의 형성: 태양계 성운은 자체 중력으로 서서히 수축하면서 회전하기 시작하였다. 성운이 수축할 때는 중심 방향으로 떨어지는 기체의 위치 에너지가 열에너지로 변환되어 온도가 점차 상승하였고, 밀도가 커지면서 복사 에너지를 방출하는 단계에 이르러 원시태양이 형성되었다. 또, 원시 태양 바깥의 물질은 회전에 의해 퍼져 나가 납작한 원반 모양으로 변하면서 여러 개의 고리를 형성하였다.
(3) 원시 행성의 형성: 각각의 고리에서 회전하던 물질은 점점 뭉쳐져 소행성 크기의 수많은 미행성체를 형성하였다. 미행성체들은 서로 충돌·병합하여 크기가 점차 커져, 원시 행성을 형성하였다. 원시 행성은 기체와 미행성체를 끌어당겨 더 크게 성장하였고, 일부 미행성체들은 행성 주위를 공전하다가 현재의 위성이 되었다.
(4) 지구의 형성과 진화: 여러 개의 원시 행성이 형성되는 과정에서 원시 지구도 만들어졌다. 원시 지구는 미행성체를 병합하여 성장하는 동안 온도가 점차 상승하여 마그마 바다를 이루었으며, 지구 내부에서 물질의 분리가 일어나 맨틀과 핵이 형성되었다. 이후 표면이 식어 지각이 형성되었고, 지각에 내린 비가 바다를 이루었다.
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