문과생의 과학이야기 - 별의 구성요소

태양은 수소 73.6%, 헬륨 24.85%, 그 외 잡다한 원소 0.2%로 이뤄져 있다. 인류는 태양에 단 한 번도 가본 적이 없고, 당분간 우리의 기술로는 근처만 가도 흔적도 없이 녹아 없어질 것이다.

그럼 가보지도 않고 이걸 어떻게 아는 걸까? 태양뿐만 아니라 다른 별들이 어떤 물질로 구성되어 있는지 어떻게 알까?

인간의 직관을 아득히 뛰어넘는 먼 거리에 있는 별들을 이해하기 위해서는 역설적으로 엄청나게 작아 인류가 개발한 최첨단의 기술로 겨우 관측이 될까 말까 하는 수준의 작은 원자들을 통해 알아낸다.

학창 시절 과학 시간을 떠올려보자. 세모통 형태의 유리(프리즘)에 빛을 투과시키면 무지개 색이 보인다. 뉴턴이 처음 이 사실을 알아냈는데, 그러면서 동시에 중간중간 검은 줄이 그어져 있다는 것 또한 알게 됐다. 뉴턴은 그 검은 줄이 무엇을 의미하는지 모르고 생을 마감했지만 후배 과학자들은 그 의미를 해석해낸다.

바로 빛이 원자와 부딪히면 스펙트럼(그 무지개색 빨주노초파남보)에 고유한 검은 줄이 생긴다는 걸 말이다.

다시 말해 태양이 만들어낸 빛은, 태양이 구성하는 수소와 헬륨 원소와 부딪힌 후 지구에 도달하게 된다. 지구에는 수소와 헬륨 원소가 풍부하니 해당 검은선들이 어디에 위치하는지 미리 파악할 수 있고.

물론 태양빛이 지구 지표면까지 도달하면서 대기의 수많은 원소들과 부딪히게 돼서 검은 선은 상상하는 것보다 훨씬 복잡 다양하게 나타난다. 하지만 우린 지구 대기의 원소 구성을 알고 있으니 그걸 빼면 된다. (말이야 쉽지 그 과정은 매우 복잡하고 어렵다고 한다) 아니면 지구 대기 밖에서 측정하든지.

그럼 구성물질은 알아냈는데, 그 비중은 어떻게 아는 걸까? 수소 73.6%는 어떻게 알아낸 걸까? 검은 줄의 두께가 이를 말해준다. 더 많은 원자와 부딪힐수록 검은 줄은 두꺼워진다.

휴. 그럼 태양은 알아냈는데, 금성, 토성 같은 건? 이런 행성들을 (태양=항성, 그 주위를 도는 지구 등 수금지화목토천해=행성) 우리가 볼 수 있는 이유는 태양의 빛이 해당 행성에 도달했다 반사되기 때문이다. 한마디로 태양에서 목성까지 빛이 도달했다 그 반사된 빛이 우리 눈에 도달한다는 뜻.

우린 이미 태양의 구성물질과 지구의 대기 구성 물질을 알았으니, 이를 빼면 목성의 대기 구성 물질을 알 수 있는 것이다.

여기까지 읽은 사람들은 눈치챘겠지만, 아직 이 '분광학'으로는 대기의 구성요소만 파악할 수 있을 뿐, 빛이 닿지 못하는 별의 내부 구성 물질은 알 수 없다.

지금 과학기술로는 우주선을 직접 보내는 수밖에.