지구는 어떻게 만들어졌을까?

지구가 단독으로 탄생했다고는 생각할 수 없다.

지구는 태양계 전체가 형성되는 과정에서 한 부분으로 만들어졌기 때문이다.

 

그럼 46억년 전에 도대체 어떤 과정을 거쳐 지구와 태양계가 만들어졌단 말인가?

 

이 문제에 대해 당시 성서적 견해를 무시하고 도전한 사람이 있었다.

프랑스의 박물학자 조르주 루이 드 뷔퐁은 지구의 나이를 75,000년 정도로 보았고 지구는 태양으로부터 생성되었다고 주장했다.

 

뷔퐁은 태양이 다른 커다란 천체와 부딪치는 광경을 상상하며 이 과정에서 태양의 일부가 떨어져 나갔고 그것이 식어 지주가 되었다고 생각했다.

이런 주장은 아주 흥미로웠지만 다른 행성의 탄생을 설명할 수 없었고, 태양의 기원에 대해서도 설명하지 못했다.

그의 이론에 따르면 처음부터 태양의 존재가 전제되어 있었던 것이다.

좀 더 그럴듯한 설명이 필요했다.

케플러가 태양계의 모습을 제시한 후 태양계가 한 덩어리라는 것은 좀 더 확실해졌다.

모든 행성은 거의 동일한 평면 위에서 움직인다.

실제로 태양계의 모습은 거대한 피자와 비슷하다.

또 같은 방향으로 태양의 둘레를 공전한다. 마찬가지로 달은 지구 둘레를 공전하고, 목성의 위성들은 목성 둘레를 돈다.

뿐만 아니라 행성과 위성들은 대부분 같은 방향으로 자전하고 태양 역시 그렇다.

바로 이러한 공통점 때문에 천문학자들은 태양계가 한 덩어리에서 만들어졌다고 생각할 수밖에 없었다.

 

단순히 지구만이 아닌 태양계 전체의 기원에 대한 최초의 가설은 일반적인 별에서 시작된 것이 아니라 성운이라는 뿌옇게 빛나는 천체들의 존재에 대한 이해로부터 나왔다.

이러한 성운들을 아직 별이 될 정도로 뭉치지 못한 가스와 먼지의 거대한 덩어리로 본다면 모든 별은 성운에서 시작된 게 아닌가 생각할 수 있다.

독일의 철학자 임마누엘 칸트는 성운이 자체 중력으로 서서히 뭉치면서 회전 운동을 하게 된다고 보았다.

그리하여 성운의 중심부는 별이 되고 바깥 부분은 행성이 된다고 생각했다.

이 설은 모든 행성이 같은 평면 위를 움직으로 같은 방향으로 공전하고 자전하는 이유를 깨끗하게 설명해 주었다.

 

프랑스 천문학자 피에르 시몽 드 라플라스는 당시 칸트의 생각을알지 못한 상태로 자신의 저서에서 칸트와 같은 생각을 보다 자세히 기술했다.

라플라스는 성운이 서서히 수축하고 있으며, 수축하는 정도가 심할수록 점점 빨리 회전하게 된다고 주장했다.

사실 수축은 중력 때문에 일어나고, 성운이 수축할수록 각운동량 보존의 법칙에 따라서 성운의 회전 속도가 빨라진다.

 

성운이 수축하면서 빠르게 돌수록 가운데 부분이 튀어나와 마침내는 떨어져 나오게 된다.

이는 원심력 때문이다.

라플라스는 떨어져 나간 부분이 한데 뭉쳐서 하나의 행성이 되었다고 생각했다.

이어서 중심부가 계속 수축하면서 다른 행성들을 만들어냈고, 그 결과 모든 행성이 같은 방향으로 돌게 되었다.

그리고 마지막으로 중심부에 남은 것이 태양이 되었다.

태양계의 기원에 대한 이러한 가설은 칸트와 라플라스가 수축하는 성운으로부터 이 주장을 펴 나갔다고 해서 '성운설'이라고 부른다.

그 후 약 100년 동안 천문학자들은 그런대로 성운설을 받아들였다.

그러나 성운설에는 각운동량 보존 법칙에 대한 문제를 설명하기엔 다소 부족한 점들이 있었다.

각운동량이란 어떤 물체가 회전하는 양을 수치로 표현한 것으로, 자신의 축을 중심으로 하여 도는 자전과 다른 물체의 둘레를 도는 공전으로 인해 생겨난다.

그런데 태양 둘레를 공전하면서 자전하는 목성은 자신보다 덩치가 훨씬 큰 태양 둘레를 공전하면서 자전하는 목성은 자신보다 덩치가 훨씬 큰 태양의 30배나 되는 각운동량을 갖고 있다.

뿐만 아니라 모든 행성들의 각운동량을 합하면 태양의 각운동량의 50배나 된다.

태양계가 일정한 각운동량을 가진 하나의 구름에서 생겼다면 어떻게 태양에서 떨어져 나온 행성들이 태양계의 각운동량의 대부분을 차지하게 되었을까?

 

독일의 천문학자 카를 프리드리히 폰 바이체커는 하나의 소용돌이 성운 속에 여러 개의 작은 소용돌이가 있었고 이 작은 소용돌이들이 처음에는 미행성체가 되었다가 다시 행성이 되었다고 주장했다.

천문학자들은 각운동량이 태양으로부터 각각의 행성으로 옮겨간 것을 설명하기 위해 라플라스 시절에는 몰랐던 전자기 효과를 도입했다.

 

미행성체에서 행성이 만들어졌다면 지구 중심부의 온도는 쉽게 설명된다.

미행성체는 굉장히 빠르게 움직이기 때문에 대단히 큰 운동에너지를 갖고 있었다.

그런데 이 미행성체들이 충돌하며 더이상 운동을 못하게 되자 운동 에너지가 열 에너지로 바뀌었다.

행성이 완성될 때까지 굉장히 많은 운동 에너지가 열로 바뀌었는데 이것이 지구 중심부 온도가 섭씨 5,000도나 된 원인이다.

당연한 일이지만 행성이 크면 클수록 행성이 만들어지는 과정에서 더 많은 운동 에너지가 열로 바뀐다.

그리하여 행성의 핵을 더욱 뜨겁게 만든다.

반면에 행성이 작을수록 행성을 이루게 되는 미행성체의 운동 에너지가 작아서 그 중심부의 온도가 낮아진다.

지구보다 덩치가 작은 달의 중심부 온도는 섭씨 5,000도에 훨씬 못미친다.

그러나 지구보다 훨낀 큰 목성의 중심부 온도는 엄청나게 높아서 10배는 족히 될 것으로 추측된다.

아무튼 오늘날에는 수정된 성운설이 태양계의 기원에 대한 여러 가지 문제들을 잘 풀어주고 있다.