과학 2-1-1 태양계의 형성

태양계 - 태양 중력의 영향을 받으면서 태양 주위를 돌고 있는 천체들과 그들이 존재하는 공간 - 태양과 행성뿐만 아니라 왜소 행성, 소행성, 혜성, 위성 등과 같은 작은 천체들이 있고, 행성들 사이의 공간에는 기체와 티끌도 존재

태양계의 구성 (1) 태양 : 태양계의 유일한 항성 (2) 행성 : 태양 주위를 돌고 있는 8개의 천체 (3) 소행성 : 화성과 목성 사이에서 태양을 중심으로 공전하는 수만 개의 작은 천체 (4) 혜성 : 태양 주위를 일그러진 궤도로 운동하며 길고 밝은 꼬리를 나타냄 (5) 왜소행성 : 소행성과 행성의 중간 단계 (6) 유성체(별똥별) (7) 그 외 : 위성, 얼음, 가스, 먼지 등

성운설 – 태양계 기원모형 성운설 태양계의 형성 과정 - 거대한 성운이 빠르게 회전하면서 중심부는 수축하여 원시 태양이 형성되었고, 원반 주변에는 행성과 위성이 형성되었다는 이론 태양계의 형성 과정 태양계 성운의 형성 → 원반 모양의 성운 형성 → 원시 태양과 미행성의 형성 → 원시 행성의 형성

우리 은하 나선팔에 위치한 거대한 성운이 초신성폭발로 회전 → 중력 수축 → 온도 상승

회전속도가 점점 빨라짐 → 원심력으로 물질이 바깥쪽으로 밀려남 → 원반 모양

회전속도가 빨라지면서 원심력에 의해 물질이 바깥쪽으로 밀려나 원반 모양이 되었다.

* 중심부의 온도 증가 → 수소핵융합 반응 → 원시태양 형성 * 원반 주위의 흩어진 입자들 → 미행성체 형성

온도가 높아진 성운의 중심부에는 수소 핵융합 반응에 의해 원시 태양이, 원반 주위에는 흩어져있던 입자들이 모여 수많은 미행성들이 형성

미행성들이 충돌을 하면서 원시행성으로 성장 가까운 곳 → 지구형, 먼곳 → 목성형

A: 먼지와 기체로부터 태양계 성운의 수축이 시작 B: 성운이 수축하여 회전 원반을 만들면서 중력 에너지가 열에너지로 전환되어 원반이 가열 C: 성운이 식으면서 바위나 금속으로 된 작은 고체입자들이 생성 D: 입자들이 충돌하여 소행성 크기의 미행성으로 성장 E:행성이 생성

성운설의 증거 약 99.8%차지 → 성운의 중심부에서 형성되었기 때문 (행성들은 황도 부근에서 관측) → 모두 반시계 방향 질량 ► 태양은 중심에 위치, 태양계 전체 질량의 약 99.8%차지 → 성운의 중심부에서 형성되었기 때문 (행성들은 황도 부근에서 관측) 운동 방향 ► 태양의 자전 방향, 행성의 공전방향 → 모두 반시계 방향

태양의 자전 – 반시계방향 ( 서에서 동으로 )

태양주위의 행성은 모두 태양의 자전 방향과 같은 방향으로 공전한다 태양주위의 행성은 모두 태양의 자전 방향과 같은 방향으로 공전한다. 그리고 금성과 천왕성을 제외한 나머지 행성의 자전 방향도 태양의 자전방향과 같다. – 금성 천왕성은 형성과정에서 다른 별과의 충돌 금성 천왕성 지구

행성의 공전, 자전방향이 거의 같음 – 원시태양계가 만들어질 때 발생한 회전운동에 의해서 태양계가 형성되었기 때문

태양에서 먼 곳 → 가벼운 성분 ► 태양계의 외곽 → 성간 물질들이 뭉쳐져서 만들어진 소천체 (카이퍼 벨트) 구성 천체 들 ► 태양에서 가까운 곳 → 무거운 성분 태양에서 먼 곳 → 가벼운 성분 ► 태양계의 외곽 → 성간 물질들이 뭉쳐져서 만들어진 소천체 (카이퍼 벨트) ► 태양의 가장 바깥쪽 → 먼지와 수많은 얼음조각으로 이루어진 오르트 구름 → 이곳에서 혜성 생성

► 행성들은 거의 동일 평면상에 위치 ► 행성들은 원에 가까운 타원궤도로 공전, 태양에서 멀어질수록 공전 주기가 길어짐 연령 태양계에서 발견되는 원시 운석들의 연령 → 대략 45억년 정도

지구의 공전 궤도면에 대한 행성의 공전 궤도면의 경사각

정 리 원시태양 태양 태양계 성운 (회전, 수축) 지구형 행성 원시행성 목성형 행성 소행성, 혜성 등 미행성 성운의 중심부 무거운 성분 원시행성 성운의 원반부 가벼운 성분 목성형 행성 충돌하여 합쳐짐 소행성, 혜성 등 미행성

수성

① 달과 크기가 비슷하나 밀도가 크다. ② 공전주기가 빠르다. ③ 대기가 없다. - 크레이터 존재 - 온실효과가 없다.

금성

① 지구와 비슷한 크기 ② 두꺼운 이산화탄소 대기 -> 온실효과 존재 ③ 반사율이 크다. ④ 자전방향과 공전방향이 반대이다.

금성지표의 모습 – 노란색 부분이 고지대로 ‘대륙’부분이다.

지구

화성

① 산화철 때문에 붉게 보인다. ② 희미한 이산화탄소 대기가 존재한다. ③ 태양계에서 가장 큰 화산이 존재한다. ④ 과거 물이 흘렀던 흔적과, 협곡이 있다. ⑤ 양 극지방에 극관이 존재한다. ⑥ 자전축이 기울어져 있어 계절의 변화가 있다.

마리네리스협곡

화성의 위성 – 포브스, 데이모스

< 지구형 행성의 내부구조 > 1. 중심핵 : 주로 철과 니켈로 이루어짐 2. 맨틀 : 규산염 광물

목성

* 대적점 -대기의 소용돌이 * 가로줄무늬 -빠른 자전으로 인한 공기의 흐름

< 목성의 내부구조 >

목성의 위성 -이오 -유로파 -가니메데 -칼리스토

토성

토성의 고리 - 암석과 얼음

편평도가 크다 = 납작하다 목성과 같은 줄무늬가 있다

천왕성

천왕성은 자전축이 90도 이상 누워있다.

해왕성

< 목성형 행성의 내부구조 >

비교 행성 반지름 질량 평균 밀도 자전 주기 편평도 지구형 작다 크다 길다 목성형 짧다 고리 유무 위성수 표면 온도 중력 대기성분 없다 적다 높다 작다 CO2, N2, O2 있다 많다 낮다 크다 H2, He

행성들의 물리량 비교 행성 물리량 수성 금성 지구 화성 목성 토성 천왕성 해왕성 태양으로 부터의 거리(AU) 0.39 0.72 1.00 1.52 5.20 9.54 19.2 38.8 반지름 0.38 0.95 0.53 11.19 9.45 4.01 3.89 질량 0.06 0.82 0.11 318 95 14.5 17.1 평균밀도 5.4 5.2 5.5 3.9 1.3 0.7 1.6 자전주기(일) 58.7 243.0 1 1.03 0.41 0.45 0.71 0.74

질량 자전속도 평균밀도, 자전주기 위성수 반지름 편평도 질량 ◈ 지구형 > 목성형 : ◈ 지구형 < 목성형 :

태양 – 태양계 내 유일한 항성 태양 ① 태양계 전체 질량의 99.8% 차지 ② 지구 반지름의 109배 ③ 표면온도 = 6000 ℃, 중심온도 = 약 1500만 ℃

내부 1. 핵 : 수소 핵융합 반응으로 에너지를 생성 4개의 수소가 1개의 헬륨으로 바뀌면서 질량차이만큼 에너지로 전환된다. 매초 4x1036W의 에너지 방출함

내부 2. 복사층 : 에너지를 복사형태로 외부에 전달 3. 대류층 : 에너지를 대류형태로 외부에 전달

광구 - 태양의 표면, 약 100km의 두께의 가스 1. 쌀알무늬 – 대류에 의해 생긴 흰 점 2. 흑점 – 온도 차에 의해 생긴 점

대기 1. 채층 & 코로나 : 가스층 2. 홍염 : 채층에서 솟아오른 불기둥

태양 복사 에너지 태양 중심부에서 만들어진 에너지가 태양 표면에서 방출되면 우주 공간에서 복사 과정을 통해 지구를 비롯한 태양계 전체에 도달한다. < 지구가 받는 태양 에너지 > - 태양에서 방출된 에너지는 복사의 형태로 지구에 도달, 물질에 흡수되면 열 에너지로 전환 - 매초 2x1017w의 에너지 도달 - 단위 면적 당 지표면에 도달하는 태양에너지는 1.5X103w/m2이다.

지구가 받는 태양 복사 에너지

< 지구의 에너지 순환 > 1) 태양복사에너지에 의한 날씨 의 변화

2) 위도에 따른 태양복사에너지

cf) 계절에 따른 태양복사에너지

3) 해류의 대순환

4) 대기의 대순환

태양 에너지의 전환 태양 에너지는 화학에너지, 열에너지, 역학 적 에너지 등으로 다양하게 전환

정 리 식물 (광합성 작용) 화석연료생성 (석탄, 석유, 가스) 동물 태양 에너지 대기(대기의 순환) 지표면(풍화,침식) 매몰 화석연료생성 (석탄, 석유, 가스) 매몰 동물 태양 에너지 흡수 대기(대기의 순환) 흡수 지표면(풍화,침식) 기상현상 흡수 물(물의 순환)