우주의 별들은 어떻게 자력을 가지게 된걸까요?
제가 지구과학,천문학,천체물리학에 문외한이란 점 우선 밝히며, 전문용어가 아닌 일반인 용어를 사용하더라도 이해를 구합니다.
우주의 별들은 떠돌던 먼지가 모여서 형성되었고 서로 끌어 당기거나 밀어 내는 자석과 같다고 알고 있습니다.별의 크기가 클수록 자력이 더 강한 건 당연하겠지요.
그래서 태양계 행성들은 가장 큰 항성인 태양의 힘에 이끌려 태양을 중심으로 공전하지만 태양과 행성간 각각의 거리가 있으므로 더 이상 태양 가까이 다가 가지 않지만 멀어질 수도 없는 공전을 하는 것이 맞겠지요?
태양계는 나아가 은하계의 수많은 은하들 중에 변두리에 위치하는데, 이처럼 수많은 은하들 또한 저마다 공전과 자전을 하면서 각자 자기의 자리를 지키는 것으로 알고 있습니다.
여기서 질문입니다.
이처럼 먼지로 생성된 별들이 자석과 같은 힘을 가지게 된 이유랄까? 근원이랄까요?
별을 움직이게 하는 힘이라고 할 수 있는 자석과 같은 그 힘? 원리? 그게 무엇인지 궁금합니다. 어디서 온 걸까요?
하늘이 열렸다는 개천절 아침 문득 궁금합니다.
성실한 답변을 기대합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
별과 행성은 자력이 아닌 중력(만유인력)에 의해 서로 끌어당깁니다. 하지만, 별과 행성은 중력뿐 아니라 자체적으로 자기장도 가지고 있습니다.
먼저 별이나 행성이 자기장을 갖는 원리를 설명 드리겠습니다.
자기장(자석)을 갖는 방법은 2가지가 있습니다. 전류, 스핀이 있는데 이에 대한 개념 설명을 먼저 드리겠습니다.
전류란 전하량(전기적 +, - 극)을 가진 물질이 움직이게 되면 이를 전류라고 합니다. 즉, 시간당 이동한 전하량입니다. 전류가 흐르게 되면 흐르는 전류 주변으로 자기장이 생깁니다. 이러한 현상을 패러데이라는 과학자가 발견하였습니다.
스핀이란 자연을 이루는 기본적인 입자, 전자, 광자(빛), 양성자(쿼크 3개), 중성자(쿼크 3개) 등이 가지고 있는 물리량으로 자기장에 반응(상호작용)하며 스핀 간의 상호작용도 합니다. 또한, 스핀이 자기장을 만들기도 하죠. 스핀은 질량, 전하량 처럼 물질이 가지고 있는 물리량입니다.
별이나 행성은 입자들로 구성되어 있습니다. 그리고 입자는 스핀과 전하량을 가질 수 있죠. 예를 들어 수소를 생각하면 원자핵인 양성자(+), 중성자 1개씩 있으며, 전자(-)를 가지고 있습니다. 그리고 양성자, 중성자, 전자는 스핀을 가지고 있으며, 전자의 경우 원자 내에서 각운동량(회전량)을 가지고 있습니다. 즉, 원자내에서 전자의 각운동량이 전류를 만들 수 있습니다. 앞서 말씀드린 것처럼 전류와 스핀은 자기장을 형성합니다. 그리고 이러한 자기장은 스핀과 반응하며 스핀을 정렬 시킬 수도 있습니다. 또한, 별은 고온의 상태로 원자들이 플라즈마(원자핵과 전자가 분리된 상태)로 존재합니다. 그러면, 원자핵(+), 전자(-)가 서로 떨어져 전하를 띠게 되고 이들이 자전하면서 거대한 전류를 형성해 자기장을 만들 수 있습니다. 행성의 경우도 행성 중심 부근에 핵이 존재하는데, 핵의 온도는 높고 액체 상태로 존재하는 부분도 있습니다. 이곳에서는 원자들이 이온화 되어있어 전하량을 가지고 있으며, 자전에 의해 거대한 전류가 되어 자기장을 형성 시킵니다.
이러한 요인들로 별, 행성의 자기장이 만들어지는 것이죠.
별과 행성은 자력이 아닌 중력(만유인력)에 의해 서로 끌어당깁니다.
Q : 우주의 별들은 떠돌던 먼지가 모여서 형성되었고 서로 끌어 당기거나 밀어 내는 자석과 같다고 알고 있습니다.별의 크기가 클수록 자력이 더 강한 건 당연하겠지요.
그래서 태양계 행성들은 가장 큰 항성인 태양의 힘에 이끌려 태양을 중심으로 공전하지만 태양과 행성간 각각의 거리가 있으므로 더 이상 태양 가까이 다가 가지 않지만 멀어질 수도 없는 공전을 하는 것이 맞겠지요?
A : 만유인력(중력)이란것은 질량을 가진 두 물체는 서로 끌어당기는 힘입니다. 우주에 떠돌던 먼지가 뭉치며 큰 질량을 만들면서 중력, 만유인력이 강해지기 시작했습니다. 강해진 만유인력으로 주변에 먼지와 가스를 더 끌어모아 점점 커지면서 별이나 행성이 된 것이죠. 별이나 행성의 크기가 클수록 (질량이 클수록) 만유인력의 크기는 커집니다. 태양의 질량과 지구의 질량에 의해 서로를 끌어당기고 있죠. 하지만 지구와 태양이 가까워 지지 않는 이유는 지구가 태양 주위를 공전(원운동)하고 있기 때문입니다. 이러한 원운동을 중력과 반대 방향으로 멀어지려는 원심력을 만들기 때문에 거리를 유지하고 있는 것입니다.
만유인력(중력)의 근원은 질량입니다. 질량이 있으면 만유인력이 생깁니다. 이는 자연의 법칙으로 왜 생기는지에 대한 답은 어렵습니다. 우리 우주에서 질량이 있으면 만유인력이 생긴다라는 현상을 발견하였고 법칙으로 만든 것이죠. 참고로, 이를 기하적으로 해석한 사람은 아인슈타인입니다. 아인슈타인은 상대성이론을 통해 질량이 시공간을 휘게 만들어 질량을 가진 물체끼리 끌어당기는 것을 설명하였습니다. 마치 천 위에 쇠구슬 두 개를 놓게되면 두 쇠구슬은 천 위를 굴러 서로 만나게 되는데, 이처럼 기하적으로 해석하였습니다.
최대한 이해를 돕고자 자세히 설명 한다고 글이 길어졌네요. 이해가 되셨길 바랍니다. 혹시나 궁금한 점이 생기면 질문 남겨주세요.
도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
지구같은 행성이나, 태양같은 항성 내부에는 금속성분의 물질이 함께 대류하고있습니다.
이러한 금속성분들은 많은 자유전자를 가지고 있기 때문에 대류하면서 일종의 전류를 만들어냅니다.
전류가 발생함에 따라 주변에는 자기장이 형성되는데 이러한 작은 자기장이 모여 행성 이상 크기의 큰 자기장이 형성됩니다.
감사합니다.자기장은 전기장의 변화에 의해서 생깁니다.
예를 들어 철이나 금속류를 대류 시키면 자기장을 형성할 수 있는데,
철이나 금속에 있는 자유전하의 위치가 변경되면서 자기장이 형성되는 것으로 보고 있습니다.
주로 철과 같은 금속이 많은 행성이 자기장이 강한 편입니다.
별들이 자력을 가지는 이유는, 별 내부에서 일어나는 핵융합 반응으로 인해 발생하는 전자기장 때문입니다. 이 전자기장은 별 내부에서의 전기적인 충돌로 인해 생성되며, 이것이 별 자체를 끌어 당기거나 밀어 내는 힘을 생성합니다. 또한, 별들이 형성되는 과정에서는 중력이 큰 역할을 합니다. 떠돌던 먼지 입자들이 서로 충돌하면서 중력이 작용하여 점차적으로 질량이 증가하면서 별이 형성됩니다. 이렇게 형성된 별은 내부의 핵융합 반응과 전자기장으로 인해 자력을 가지게 됩니다.
