안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
우주와 태양 내부에서 거대한 빛과 에너지가 끊임없이 뿜어져 나오는 핵심 원인은 가벼운 원소들이 합쳐져 무거운 원소로 변하는 수소 핵융합 반응 때문입니다. 태양 중심부는 온도가 약 1,500만 도에 이르고 압력도 상상할 수 없을 만큼 높습니다. 이 극한의 환경에서는 물질의 원자핵과 전자가 분리되어 자유롭게 움직이는데, 이때 가장 가볍고 흔한 원소인 수소 원자핵들이 엄청난 속도로 서로 충돌하게 됩니다.
이 과정에서 수소 원자핵 네 개가 단단히 결합하면서 수소보다 더 무거운 헬륨 원자핵 한 개로 변하는 현상이 발생합니다. 놀라운 점은 새로 만들어진 헬륨 원자핵 한 개의 질량이 원래 재료였던 수소 원자핵 네 개의 질량을 모두 합친 것보다 미세하게 가볍다는 사실입니다. 즉, 핵들이 결합하는 과정에서 아주 약간의 질량 손실이 일어납니다.
이렇게 사라진 질량은 없어지는 것이 아니라 알베르트 아인슈타인의 질량-에너지 등가 공식에 의해 막대한 양의 빛과 열에너지로 전환됩니다. 공식에 따르면 질량에 곱해지는 빛의 속도의 제곱이 워낙 거대하기 때문에, 아주 미미한 질량만 사라져도 상상을 초월하는 폭발적인 에너지가 생성됩니다. 태양 중심에서는 매초 수억 톤의 수소가 헬륨으로 바뀌며 이 반응을 반복하고 있습니다. 이때 발생한 거대한 에너지가 우주 공간으로 퍼져나가 지구를 밝히고 생명체를 살아 숨 쉬게 하는 근원이 됩니다.