우리는 어디에서 왔을까? 태양의 빛 에너지는 무엇일까?

우리의 몸을 이루는 모든 물질은 빅뱅과 별 내부의 핵융합 현상으로 만들어졌다. 수많은 별이 태어나고  죽으면서 우리는 137억 년 우주의 역사를 고스란히 품게 되었다.

우리는 어디에서 왔을까?

현대 빅뱅 우주론은 팽창 이후 시간이 지남에 따르는 우주 시공간 속의 물질과 빛의 특성을 매우 명확하게 설명하고 있다.

빅뱅 이후 3분의 시간 동안 물질을 구성하는 기본 입자들의 형성과 더불어 고온의 우주 공간 전체에서 핵융합이 일어나면서 수소의 원자핵인 양성자와 헬륨의 원자핵인 알파 입자가 만들어진다.

그리고 우주의 나이가 38만 년이 되는 시점에 이르러 원자핵들이 전자들과 결합하면서 수소 원자와 헬륨 원자들을 만든다. 그리고 10억 년의 시간이 지난 후, 드디어 우주 공간에서 최초의 별들이 형성된 이러한 최초의 별들은 당시 우수 전체 공간에 산재하던 수소 원자와 헬륨 원자만으로 만들어진다. 그 후 약 80억 년이 지나 태양이 형성 되었고, 오늘날 우리는 태양계의 행성 지구에 살고 있다. 그런데 여기서 한 가지 의문점이 생긴다. 우리 몸을 구성하는 주요 물질들을 분석해 보면 산소 65퍼센트, 탄소 18퍼센트, 수소 10퍼센트, 질소 3퍼센 트, 칼슘 2퍼센트, 인 1퍼센트, 그리고 나머지 1퍼센트는 철을 포함한 그 외의 물질들이다. 그렇다면 도대체, 우주의 초기부터 존재했던 수 소와 헬룸을 제외한 산소와 탄소, 그리고 철과 같은 우리 몸을 이루는 원자들은 어디에서 왔을까?

태양은 우주의 나이가 약 90억 년이 될 때 탄생했을 것으로 추정된다. 그런데 태양의 스펙트럼을 관측하여 태양을 구성하는 물질들의 성분을 천문학적으로 분석해 보면 약 74 퍼센트는 수소이고 24~25퍼센 트는 헬륨이며, 그 밖에 1~2퍼센트는 철을 비롯한 니켈, 신소, 규소. 황, 마그네슘, 탄소, 네온, 칼슘 등으로 구성되어 있다. 비록 태양이 갖는 중원소의 함량이 2퍼센트 이하의 아주 작은 양이지만 최초의 별들은 수소와 헬륨 외의 증원소가 전혀 없이 형성되었다는 사실과 비교해 보 면, 태양에서 나타나는 중원소들은 어디에서 만들어진 것일까?

수소와 헬륨 이외의 많은 중원소들이 태양과 지구에 존재하고 있으며 우리를 비롯한 생명체의 구성원이라는 사실은 태양과 태양계 전체 성한 물질들 자체에 이미 이러한 원소들이 포함되어 있었음을 의미한다. 최초의 별을 형성하던 우주 초기 약 10억 년의 시점에는 전혀 없던 중원소들이 이이후 80억 년이 지나는 동안 우주의 어딘가에서 만들어졌다는 것이다. 빅뱅 우주론은 우주의 천체들과 지구, 그리고 인간을 포함한 모든 생명체를 구성하는 많은 물질이 수많은 별의 내부에서 핵융합으로 생겨났다는 흥미로운 사실을 알려 주고 있다. 이것은 '별이 왜 빛날까?' 라는 근원적인 궁금증을 해결하기 위해 노력하고 얻은 결과이다.

태양의 빛 에너지는 무엇일까?

1900년대 초까지 태양과 별들이 내는 빛 에너지의 원천이 무엇인가에 대해 많은 논란이 제기되었다. 당시까지의 물리학적 배경을 바탕으로 제기된 가능성들은 태양의 중력 수축과 방사능 붕괴에 의한 에너지 방출 현상 등이었다. 거대한 태양이 수축하면 중력 에너지가 빛으로 전환될 수 있다. 그러나 이러한 경우 물리학적으로 계산해 보면 태양의 나이는 수천만 년을 넘을 수 없다. 화석으로 확인되는 지구의 나이는 수십억 년에 해당되므로, 이러한 중력 수축 에너지는 별 에너지원이 될 수 없었다. 태양 전체가 방사능 붕괴를 하면서 빛 에너지를 낼 수 있다는 주장도 제시되었다. 그러나 1925년 페인은 태양을 구성하는 물질의 주성분이 수소라는 사실을 처음으로 발표하여, 태태양이 방사능 붕괴 물질로 구성되어 있지 않다는 사실을 확인했다. 페인의 이러한 발견은오히려 수소의 핵융합이 태양 빛 에너지의 주요 원인일 것이라는 가능성을 열었다