태양계 기원설 - 초기 이론

12. 태양계 기원설

 

12 - 1 초기 이론

 

12-1-1 성운설

 

 데카르트와 칸트, 라플라스(1796년)의 이론과 관찰에 바탕을 둔 과학적 첫 이론이다. 이 이론에 따르면 느리게 회전하는 가스와 먼지의 구름 덩어리가 냉각된 후 중력 때문에 수축하였고, 이 수축 때문에 더 빠르게 회전하고, 회전축을 따라 평평해졌다. 이것은 결국 질량 중심 주변을 자유 궤도로 도는 적도 물질로 구성된 렌즈형의 모양이 된다. 그 후 물질들은 여러 고리에 응집된다. 응집된 덩어리들은 각각 조금씩 다른 비율로 궤도를 돌면서 각각의 고리에서 초기 행성을 만들게 된다. 초기 행성의 수축에 기초를 둔 축소판 과정을 통해 위성이 만들어지며, 최초의 먼지와 가스 덩어리의 중심 덩어리가 수축하여 태양이 만들어지게 된다.

 

 행성과 태양이 하나의 과정에서 함께 만들어지는, 이 일원론적인 이론은 치명적인 결점이 있다. 이 이론은 태양계 대부분의 각운동량이 태양 안에 있다고 가정 하고 있다. 그러나 실제로는 그렇지 않다. 태양계 질량의 99.86%의 질량을 가진 태양은 태양계 형성 시의 각운동량의 0.5% 만을 가진다. 그 외 나머지 각운동량은 행성의 궤도에 포함된다. 그래서 19세의 모든 이론은 성공적이지 못했다. 비록 과학적 원리에 바탕을 둔 이론이라도 관찰된 내용과 일치하지 않았고, 결국 폐기되어야 했다.

 

 

12-1-2 조우설

 

 성운설 이후 제임스 진스(1917년)가 태양과 행성이 다른 과정을 통해 만들어졌다는 이원설을 제시하였다. 이 이론은 태양을 지나쳐 간 무거운 항성이 태양으로부터 주기적으로 변동하는 가는 실을 뽑아내게 된다. 중력적으로 불안정한 필라멘트는 부서져 각각의 압축물이 초기 행성을 만든다. 이 초기 행성은 태양 주변을 지나쳐 멀어져 가는 항성에 의해 끌어당겨져, 태양을 중심으로 하는 궤도에 남게 된다. 최초의 근일점을 지날 때에 위의 축소판 과정이 일어나 초기 위성을 만들게 된다.

 

 이 이론은 처음에는 좋은 평가를 받았으나 곧 문제가 발견되었다. 해럴드 제프리(1929년)는 순환의 개념에 대한 수학적인 논의에 근거해서, 태양과 비슷한 실질 밀도를 가진 목성의 경우 비슷한 회전 주기를 가져야 한다고 주장했다. 그리고 헨리 노리스 러셀(1935년)은 태양으로부터 빠져나온 물질이 태양 반지름의 4배 거리(수성 궤도) 이상은 못간다는 것을 증명했다. 이것은 각운동량에 관한 또 다른 문제였다. 그 뒤 라이먼 스피처(1939년)는 태양에서 나온 물질이 목성의 질량을 갖게 된다면 이는 106K의 온도를 갖게 되며, 이것은 행성으로 수축하기보다는 폭발한다는 것을 계산했다. 이후 태양의 핵반응으로 즉각 소모되었을 리튬과 베릴륨, 붕소가 지구의 지각에서 발견된다는 것과 관련한 반대 주장이 등장했다. 항성과 항성 사이 공간은 매우 넓기 때문에 원시 태양과 다른 별이 만날 가능성이 희박하다는 것도 문제점이다. 라플라스와 진스의 이론은 과학에 바탕을 두고 있지만 결국에는 과학적 비판에 굴복되었다. 두 이론 모두 각운동량에 문제가 있었다. 그럼에도 불구하고 두 이론이 제시한 새로운 생각은 현대 이론의 기반이 된다.