태양 : 하나의핵발전소
contents 1 열에너지와중력에너지에너지보존, 에너지원으로서의중력수축 2 질량에너지, 그리고특수상대성이론소립자들, 원자핵, 핵인력과전기적반발력, 태양내부에서의핵반응들, P-P 연쇄반응 3 태양내부 : 이론기체의태양, 안정한태양, 식지않는태양, 별내부에서의열전달, 모형별 4 태양내부 : 관측태양진동, 태양중성미자
열에너지와중력에너지 태양의에너지원 - 2 가지가능성 (19 세기 ) 열에너지 목재, 석탄, 휘발유등의연료가연소할때방출하는에너지목재나석탄은태양내부의온도에서존재불가능 에너지보존 : 에너지는창조 파괴될수없지만, 한형태에서다른형태로변형가능 운석이태양에떨어지면서갖고있던운동에너지가열에너지로변형가능성 - 100 년에 1 번씩떨어지는운석의경우, 운석질량이지구질량정도가되어야가능 - 지구의공전주기는이때생긴질량증가로매년 2 초씩증가해야함 태양에너지원이되지못함
열에너지와중력에너지 태양의에너지원 - 2 가지가능성 (19 세기 ) 에너지원으로서중력수축 - 헤르만헬름홀츠 (Hermann von Helmholtz) & 켈빈 (Lord Kelvin) 중력에너지를열에너지로전환자신의중력때문에태양의외각층은안으로가라앉음즉, 태양은크기가계속줄어들어높은온도와밝기를유지 - 태양은매년 40m 씩수축태양이현재크기까지수축하는동안방출한에너지 =10^42 J(Joule) 태양의광도는 4X10^26 Watts(J/s) 이므로, 현재태양광도를약 1 억년간유지가능 20 세기로들어서면서지구의나이가훨씬더많음이밝혀짐 태양의중력수축도태양에너지의주된근원이될수없음
질량에너지, 그리고특수상대성이론 질량 - 에너지등가원리 (Albert Einstein) E=mc 2 - 질량도에너지의한형태이며, 에너지로의전환이가능 - 에너지전환이성공적으로이루어질때, 질량으로부터얻게되는에너지양 ( 질량이어떻게에너지로전환되는지는설명하지않음 )
질량에너지, 그리고특수상대성이론 소립자들 : 물질의기본성분 ( 양성자, 중성자, 전자 ) + 반입자 - 입자와반입자가만나면두입자는소멸되면서모두에너지로전환 파울리 (Wolfgang Pauli) : 중성미자를도입하여핵융합반응을설명 (1933 년 ) - 질량을갖지않으며광속도로진행 - 별이나행성에흡수되지않고완전히통과 - 다른물질과의상호작용이미약해서 1956 년이되어서야검출 입자질량 [kg] 전하 양성자 1.67365 X 10-27 +1 중성자 1.67495 X 10-27 0 기본입자들의성질 전자 9.11 X 10-31 -1 중성미자 0 0
질량에너지, 그리고특수상대성이론 원자핵 - 강한핵력에의해입자들이단결 - 별이중력으로수축되면원자와원자사이의거리가가까워져중력에너지방출 - 입자들이강한핵력으로뭉쳐하나의원자핵을형성하면핵에너지방출 ( 결합에너지 ) - 결합에너지가가장큰철이가장안정한원소 - 방출된에너지 질량의결손 핵융합 : 가벼운원자핵이뭉쳐보다무거운핵이형성될때발생하는질량결손에해당하는에너지방출 핵분열 : 무거운핵이깨져가벼운핵들이생길때에너지방출
질량에너지, 그리고특수상대성이론 핵인력과전기적반발력 - 같은전하는서로전기력으로반발하므로반발력은두원자핵이가까이접근할수록더커짐 - 이들이핵력의영향권이내로접근하면전기력보다더강한인력을받아뭉침 - 양성자를충분히가속시킬수있는엄청난열이있어야전기력극복가능 - 온도가 10 7 K 이상되는영역에서두개의양성자융합가능 (1000km/s) - 15 X 10 7 K의태양중심부근에서가능 - 태양중심으로부터 15만 km( 태양전체체적의 10% 이내 ) 내에서태양에너지의대부분이생성
질량에너지, 그리고특수상대성이론 태양내부에서의핵반응들 1단계 2단계 3단계 : 2 개의수소핵이결합되어 1 개의중수소핵형성 - 1 개의양전자, 1 개의중성미자방출 : 1 개의중수소핵과 1 개의양성자가만나헬륨핵형성 - 감마선방출 : 2 개의 3 He 핵이 4 He 형성 1 H + 1 H 2 H + e + + ν 2 H + 1 H 3 H + γ 3 He + 3 He 4 He + 2 1 H
질량에너지, 그리고특수상대성이론 P-P 연쇄반응에서발생한에너지 4 x 1.007825 u = 4.03130 u ( 초기수소원자의질량 ) -4.00268 u ( 최종의헬륨질량 ) --------------------- 0.02862 u ( 질량손실 ) - 1kg 의수소가헬륨으로전환되면질량손실은 0.0071g ( 초기질량의 0.71%) E= mc 2 = 0.0071 x (3x10 8 ) 2 = 6.4 x 10 14 J - 지상에서쓰는전기와화석연료 - 총소비량의 10 배이상 - 태양광도 4 x 10 26 J/s 를생산하기위해서는매초 6 억톤의수소가헬륨으로전환 400 만톤의질량결손 ( 에너지로전환 )
질량에너지, 그리고특수상대성이론 P-P 순환반응 : 태양정도의온도를가지면서태양보다작은별 3 단계에서생성된 2 개의양성자가다른양성자와 1 단계의핵융합재시작 CNO 순환반응 : 태양보다온도가높은별 : 탄소핵과수소핵의충돌로질소핵과산소핵생성, 결국헬륨핵생성 ( 질소핵과산소핵은생성에기여 )
태양내부 : 이론 기체의태양 - 태양은매우고온이므로내부물질들은모두기체상태 - 기체를형성하는입자들은서로충돌하며매우빠르게운동 압력 - 입자수가많을수록, 온도가높을수록압력증가 안정한태양 - 팽창하거나수축하고있지않은평형상태 - 별내부각지점에서온도, 압력, 밀도등은각각일정한값을가짐 - 안으로향하는중력과바깥으로향하는압력의평형정유체역학적평형 - 중력수축을견뎌내려면태양중심온도가 1500 만 K 로유지되어야함
태양내부 : 이론 식지않는태양 열 : 고온 저온에너지 : 별내부의고온영역 별표면 - 별의안쪽으로들어갈수록온도가높아짐 ( 중심에서가장고온 ) - 각별의에너지원은그내부에존재 - 핵융합반응을통해별의내부에서꾸준히에너지보충 별내부에서의열전달 - 열수송방법 별내부에서중요한역할 전도원자나분자들이인접한원자나분자들과충돌, 에너지전달 대류고온물질의상승으로인해저온층으로에너지이동 복사고온의물체에서방출된광자가다른물체에흡수되어일부또는전에너지전달
태양내부 : 이론 별내부에서의열전달 대류 고온의기체가상하로이동 - 천천히진행되어정역학적평형조건을파괴하지않음 - 효율적으로에너지를밖으로이동 - 태양의대류는중심부와표면근방에서만중요 복사 - 별내부기체는아주불투명 ( 광자의평균자유거리 ~0.01m) - 별내부에서효율적인에너지전달수단이되지못함 - 흡수된에너지는언제나재방출되지만, 그방향은임의의모든방향 - 별중심에서출발한광자가표면에이르려면긴시간이소요 ( 수백만년 ) - 중성미자의경우빛의속도로진행 (2 초 ) * 각입자들에대한불투명도가다르다.
태양내부 : 이론 모형별 태양내부의이론모형 : 일련의특정가정을바탕으로세워진구조방정식의해 ( 태양내부각지점에서의온도, 압력, 밀도와그밖의다른물리량 ) 핵 태양반경의 1/4 태양질량의 1/3 핵융합반응 에너지생성 온도 : ~1500 만 K 밀도 : 물의 150 배 복사층 중심에서 70% 정도 대류층
태양내부태양내의온도, 밀도, 에너지생산율, 그리고수소의백분율함량 ( 질량으로 ) 의변화를보여준다. 수평눈금은태양반경의비율을보여준다. 왼쪽끝이중심이고오른쪽끝이광구. 태양내부 : 이론
태양내부 : 관측 최근에사용되고있는태양내부검증관측형태 - 태양진동 : 태양표면에서관측되는작은영역의미세한운동변화분석 - 태양중성미자 : 핵반응이진행되는동안발생되는중성미자관측분석 태양진동 일진학 ( 태양지진학 ) - 태양에서팽창, 수축을반복하는진동운동발견 - 태양표면의시선속도측정으로검출가능 태양진동의컴퓨터모의실험 - 태양표면상에서지름 4000-15000km 영역진동 - 2.5 분 -11 분주기 ( 대표주기 : 5 분 ) - 태양표면운동은태양내부의깊숙한영역에서발생되어그지점에이른파동운동에의해나타난결과 - 태양내부구조결정에활용 멀어짐가까워짐
태양내부 : 이론 태양지진학의연구결과 1. 흑점원리가이해 흑점의구조태양지진학을통해서우리가흑점아래무엇이있는지를새롭게이해하게되었음 ; 검은화살표는물질이움직이는방향을나타낸다. 흑점과연관된강한자기장은위로올라오는뜨거운물질의흐름을멈추게하고뜨거운기체를막는일종의마개를형성한다. 마개위의물질이차가워지면서 ( 파란색으로나타낸부분 ) 더욱더밀도가높아지고안쪽으로추락하면, 더욱더많은기체와자기장을흑점쪽으로끌어당긴다. 집중된자기장은흑점을차갑게만들며자가영속적순환을조성함으로써, 흑점이몇주일동안지속될수있게한다. 마개가뜨거운물질이흑점쪽으로올라오는것을막기때문에, 사진에서빨간색으로나타낸마개아래지역은더욱뜨거워진다. 이물질은양옆으로흐르다가, 결국흑점주변의태양표면으로올라온다.
태양내부 : 이론 태양지진학의연구결과 1. 태양대류는표면으로부터시작하여안으로태양반지름의 30% 되는거리까지확장되어있다. 2. 수소가이미헬륨으로전환된중심부의핵반응발생영역을제외한태양내부는헬륨조성비가표면과동일하다. 태양내부모형계산시태양대기에서구한원소들의화학조성비사용가능 태양진동을더정밀측정하면중심에가까운영역의태양구조탐사가능 - 1995 년부터관측시작. - 한태양활동주기 (11 년 ) 를채우기위한 11 년간의지속적인측정 태양지진학범세계관측망 (Global Oscillation Network Group[GONG])
태양내부 : 관측 태양중성미자 - 핵반응이진행되는동안발생 - 태양은중성미자에투명 : 물질과상호작용을거의하지않기때문에중심에서생성된대부분의중성미자들은광속도로태양을직접빠져나감 - 태양내의핵융합반응에의해생성되는총에너지의약 3% 가중성미자에의해실려나감 - 3.5 10 16 개의중성미자가매초 1m 2 의지표면통과 중성미자를지표면에서검출하면태양내부구조연구가능 - 염소원자핵이중성미자와상호작용 방사능알곤핵 ( 동위원소알곤 37) 으로변하는현상이용 - 상호작용이극히드물어서매우많은양의염소가필요
태양내부 : 관측 중성미자검출실험 미국 - 지하에표백제 40 만리터를채우고중성미자검출시도 - 1970 년이후지속된실험결과 : 실제지상에서검출되는중성미자수는태양내부표준모형이제시하는수의약 1/3 에불과 일본 미국 South Dakoda 주금강갱도의지하 1 마일깊이에설치된중성미자검출장치 - 최초로중성미자가지구에진입하는방향결정성공 ( 태양으로부터온다는사실확인 ) - 태양모형이예측하는것보다적은수의중성미자검출 - 중심온도를좀낮추고모형계산에들어가는입력자료를좀수정하면고에너지중성미자수의부족현상기술가능
태양내부 : 관측 저에너지중성미자 - 거의모든태양에너지와태양중성미자는 P-P 순환의첫단계인 2 개의양성자가융합하여중수소를만드는과정에서생성 - 태양이방출하는에너지를정확히알고있으므로 2 개의양성자가 1 초에몇번융합되어야하는지정확히추정가능 저에너지중성미자가매초얼마나생산되는지알수있음 - 보다확실한검사를위해 P-P 반응과관련된저에너지중성미자검출실험이더절실히요구됨 저에너지중성미자검출실험 - 1990 년대초소련, 이탈리아에서검출된저에너지중성미자수는표준모형예측치의약 2/3 에불과
태양내부 : 관측 저에너지중성미자문제 - 중성미자는 3 가지유형이며, 표준이론은그들이모두질량을갖지않는다고가정 ( 실험적으로증명된바는없음 ) - 만일하나의중성미자가극히미량의질량을갖는다면, 한유형의중성미자가태양중심으로부터광구를지나지구표면에이르는동안다른유형의중성미자로변화가능 태양내부의융합과정에서는전자중성미자라고부르는오직한가지유형만생성 전자중성미자의일부가태양중심으로부터지구에이르는동안다른유형으로변했다면, 지금까지수행된실험에서는변형된중성미자를검출하지못했을것. - 모든유형의중성미자를검출할수있는새로운실험장치필요 - 중성미자의질량을측정하는실험장치필요 * 1998 년일본연구팀이수퍼카미오칸데실험에서세종류의중성미자 ( 전자, 뮤온, 타우 ) 사이에서로변환이일어남을발견
태양내부 : 관측 뮤온중성미자실험 - 1995 년 Los Alamos - 한종류의중성미자 ( 뮤온 ) 를다량생산 - 167 톤의 유아피부용기름 을채운검출기로다른종류의중성미자 ( 전자반중성미자 ) 검출 - 전자반중성미자가낸 7 개의섬광관측 - 중성미자의질량이 0 이었다면아무일도일어나지않았을것 Liquid Scintillating Neutrino Detector (LSND)
태양내부 : 관측 최근의중성미자실험 - 유럽입자물리연구소 (CERN) 오페라 (OPERA) 실험연구진 검출기에서 GPS 신호를전달하는광섬유케이블과메인컴퓨터를연결하는플러그가느슨하게조여진게측정오류를일으켰을수도있다고발표
태양내부 : 관측 한국의중성미자실험 - 세종류의중성미자사이에 변환상수 존재 - 서울대물리천문학부김수봉교수를연구책임자로 12 개대학 35 명으로구성된연구팀. `RENO( 원전중성미자실험 )` 라고이름붙여진이연구팀은중성미자의세번째변환상수가 `10.3%` 라고발표했다. (2012.04.05)
태양관련동영상 동영상 1. 태양의내부구조동영상 2. 태양의미래 http://astro.kasi.re.kr/
태양에서배우는삶의지혜
항성 움직이지않음 스스로빛을냄 행성 움직임 스스로빛을내지못함
태양에너지의근원은? 물질은곧에너지 E = mc 2 수소가헬륨으로핵융합반응할때 0.71% 의질량결손! 1.0000kg 수소핵융합 0.9929kg 헬륨생성 0.0071kg 빛에너지 태양광도 4 10 26 Joule/s 6.4 10 14 Joule 지상에서쓰는전기와화석연료연간총소비량의 10 배! 초당 6 억톤의수소가핵융합반응!
태양에너지의근원은? 수소핵융합반응! 초당 400 만톤의수소가에너지로바뀌고있다 태양에매장된수소양 : 2 10 30 kg 100 억년동안빛에너지를방출할수있다
모든에너지의근원이태양에너지 태양에너지는수소가타면서나옴 자기몸을태워서에너지를생산! 희생 헌신
태양상수 (2 칼로리 /m 2 /min) 쌀밥한공기는 300 칼로리 150 분에쌀한공기씩우리에게제공 50 억년동안우리에게에너지제공 필요공급
태양에선지금...
태양!..@@
태양!..@@
태양은끓고있다?
태양의내부 핵 170,000km 복사층 420,000km 대류층 105,500km 광구 450km 채층 2,500km 핵에서채층까지 : 698,450km
태양대기의온도 코로나 온 전이영역 도 (K) 채층 광구 태양대기에서의높이 (km)
광구 육안으로태양이둥글다고느끼는부분 ( 표면 ) 광구상층은투명하나, 400km 정도아래로내려가면불투명상태 태양흑점이관측되며스피큘도시작
채층 광구바로위로이어지는대기층 - 어두워서 ( 투명상태 ) Hα 필터로볼수있다 - 두께는 2000~3000km - 바깥쪽으로갈수록 - 밀도는감소, - 온도는증가 - 홍염, 플레어, 플라쥐, 스피큘등이관측됨
전이층과코로나 전이층 채층의끝부분에서온도가급격히증가하는영역으로밀도가매우낮다 코로나 전이층다음으로가장외곽대기층 - 광구밖으로수백만 km 까지확장됨 - 온도는 1 백만 K 에이른다.
태양풍 양성자와전자로이루어진입자의흐름 (400km/s) 코로나를구성하는 기체의온도가 너무높아 중력으로가둘수없다 오로라 태양풍이지구공기분자와원자들과충돌하여일어난다.
모든파장의빛이나온다! 가시광선도백색광으로 무지개색깔로분해할수있다반사될때물체의색깔을알게해줌구성원을인정해주고세워줌 ( 행성 ) 조화
혜성의목성충돌 인내
태양계가족
지구형행성들의크기
목성형행성들의크기
태양의크기 ( 지구에비해 ) 지름 무게 부피 109 배 33 만배 130 만배
하늘에서보이는태양의크기
하늘에서보이는별의크기
인도
낮과밤 어두움을몰아냄 사랑 사랑의빛
사랑의빛을비추는리더 채워지지않 는욕구 상처 집착 성격 / 기질 삶의스타일 중독 사랑의빛 이해 사랑
태양 -> 태양계의아버지, 어머니 : 태양계에있는모든생명체에있어부모같은천체 지구와적당한거리 - 생물체가살수있다 모든연료도그근원이태양 ( 빛 ) 지구질량의 33 만배모든행성들을합쳐놓은질량의 750 배 ( 전체질량의 99.86%) 태양계전가족이태양의에너지로모습유지
태양에서배우는사랑 헌신 필요공급 조화 인내 인도 사랑
태양같은리더가되기위해... 알았다! 실천하자! 말 우리는내면에쌓인것을말하기때문에 평소에무엇을저장하느냐가중요!
사랑. 감사 고맙습니다 너정말예뻐 참잘했네 천사악마행복불행 하지못해? 짜증나네죽여버릴꺼야 안돼! 망할놈
태양같은리더 세상 말로구성원을살리는리더! 5-3 = 2+2 = 4 행복