지구는 어떻게 만들어졌을까?
처음이자 가장 널리 받아들여진 이론은 지구와 같은 지구형 행성의 형성을 설명하는데는 잘 작동하지만 거대 행성을 완전히 설명하지는 못하는 핵심 강착 모형이다. 원반 불안정성 방법이라 불리는 두 번째 이론은 더 큰 행성의 탄생을 설명할 수 있다. 이 두 주요 이론은 서로 다른 물체가 어떻게 형성되는지를 추가적으로 설명하는 데 도움이 되는 조약돌 강착 이론과 결합된다. [핵심 강착 모델은?] 약 46억년 전, 우리의 태양계는 태양 성운으로 알려진 먼지와 가스의 구름에 불과했다. 중력은 물질이 회전하기 시작하면서 스스로 붕괴하여 물질이 응축되어 성운의 중심에 태양이 형성되었다. 태양이 형성되기 시작하면서 남은 물질들이 뭉치기 시작했다. 작은 입자들이 중력에 의해 묶여 더 큰 입자로 모여들었다. 태양의 상층 대기에서 방출되는 대전된 입자의 지속적인 흐름인 태양풍은 수소와 헬륨과 같은 더 가벼운 원소들을 휩쓸었다. 이것은 지구와 같은 작은 지구 세계를 형성하는 무겁고 바위투성이의 물질들을 남겼다. 그리고 태양으로부터 더 멀리 떨어진 곳에서, 태양풍은 가벼운 원소들에 덜 영향을 끼쳐서 이 원소들이 가스 거성으로 합쳐질 수 있게 했습니다. 이 과정은 우리 태양계의 소행성, 혜성, 행성 그리고 달을 만들었습니다. 지구의 암석핵은 무거운 원소들이 서로 충돌하고 결합하면서 먼저 형성되었다. 무거운 물질은 원시행성의 중심부로 가라앉았고, 가벼운 물질은 지각을 형성했다. 지구의 자기장은 이 시기에 형성되었을 것으로 생각된다. 진화 초기, 지구는 젊은 행성의 맨틀 조각들을 우주로 쏘아올린 큰 물체에 의해 충격을 받았다. 중력은 이 조각들 중 많은 부분을 함께 끌어당겨 달을 형성했고, 이 조각들은 그 창조자 주위를 공전하는 궤도를 차지했습니다. 지각 아래의 맨틀의 흐름은 판구조론을 일으키는데, 이것은 행성 표면에 있는 큰 암석의 움직임이다. 충돌과 마찰로 인해 산과 화산이 생겨났고, 이 화산들은 가스를 내뿜기 시작했다. 지구가 처음 형성되었을 때는 대기가 거의 없었다. 행성이 식기 시작하고 중력이 지구의 화산에서 가스를 포획하면서 대기가 형성되기 시작했다. 오늘날 태양계 내부를 통과하는 혜성과 소행성의 개체수는 희박하지만, 행성과 태양이 젊었을 때는 더 풍부했다. 이 우주 물체들 사이의 충돌은 지구 표면에 물의 많은 부분을 퇴적시켰을 것이다. 우리의 행성은 물이 얼지도 증발하지도 않으면서 행성의 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 만큼 충분히 가까운 별 주위를 둘러싸고 있는 지역인 골디락스 존에 있다. 많은 과학자들은 이 지역에 있는 것과 액체 상태의 물이 생명체의 존재에 중요한 역할을 한다고 생각한다. 외계행성을 관측할 때, 과학자들은 이 핵심 강착 모델이 지배적인 형성 과정에 적합하다고 생각한다. 천문학자들이 수소와 헬륨보다 무거운 모든 화학 원소를 지칭하는 용어인 "금속"이 중심부에 더 많은 별들은 금속이 부족한 사촌들보다 더 많은 거대 행성을 거느리고 있다. 나사에 따르면, 중심핵의 강착은 작고 바위투성이의 세계가 더 거대한 가스 행성보다 더 흔해야 한다는 것을 암시한다. 행성 형성에 대한 설명으로 중심핵 강착의 정당성을 강화하는데 도움을 준 한 가지 발견은 2005년 태양과 비슷한 항성 HD 149026 주위를 도는 거대한 중심핵을 가진 거대 행성을 발견한 것이다. "이것은 행성 형성에 대한 핵심 강착 이론의 확인이고 이런 종류의 행성이 풍부하게 존재해야 한다는 증거입니다." 라고 그렉 헨리가 보도 자료에서 말했습니다. 내슈빌의 테네시 주립 대학의 천문학자 헨리는 그 별의 어두워짐을 감지했다. 2019년, 유럽 우주국은 초지구에서 해왕성에 이르는 다양한 크기의 외계 행성들을 연구하기 위해 고안된 특성화 외계 행성 위성(CHEOPS)을 발사했다. 이와 같은 임무와 다른 임무들로, 과학자들은 다른 태양계의 행성들이 어떻게 형성될지에 대한 그들의 이해를 높이기 위해 먼 세계를 연구하는 것을 목표로 한다. "핵심 강착 시나리오에서, 행성의 핵은 임계 질량에 도달해야만 그것이 폭주하는 방식으로 가스를 강착할 수 있습니다."라고 CEOPS 팀은 말했다. "이 임계 질량은 많은 물리적 변수에 따라 달라지는데, 그 중 가장 중요한 것은 행성 동식물의 강착 속도이다." [디스크 불안정성 모델은 무엇입니까?] 핵심 강착 모형은 지구형 행성에 적용되지만, 가스행성들은 그들이 포함하고 있는 상당한 양의 가벼운 가스를 잡기 위해 빠르게 진화해야 한다. 그러나 이 모델을 사용한 시뮬레이션은 이러한 빠른 형성을 설명할 수 없었다. 이러한 시뮬레이션에서, 이 과정은 수백만 년이 걸리며, 이는 초기 태양계에서 이용 가능한 가벼운 가스보다 더 길다. 그러나 핵심 강착 모형만이 행성이 어떻게 생겨날 수 있는지에 대한 유일한 설명은 아니다. 새로운 이론에 따르면, 원반의 불안정성, 먼지와 가스 덩어리는 태양계의 존재 초기에 함께 결합한다. 시간이 지남에 따라, 이 덩어리들은 천천히 거대한 행성으로 압축될 수 있다. 이 행성들은 중심핵의 강착 설명 내에서 형성되는 행성들보다 더 빨리 형성될 수 있으며, 때로는 1,000년 안에 형성될 수 있으며, 이것은 빠르게 사라지는 가벼운 가스들을 가둘 수 있게 해준다. 이 행성들은 또한 빠르게 궤도 안정 질량에 도달하여 태양으로 죽음의 행진을 막는다. 외계행성학자 폴 윌슨은 원반의 불안정성이 행성의 형성을 지배한다면, 원반은 많은 수의 세계를 만들어 낼 것이라고 말한다. HD 9799 주위를 상당한 거리를 공전하고 있는 네 개의 거대 행성은 원반 불안정성의 관측 증거를 제공한다. 항성 주위를 2,000년 공전하는 외계 행성 포말하우트 b는 원반 불안정성을 통해 형성된 세계의 일례가 될 수 있다. [자갈 강착이란?] 원반 불안정성 모형은 시간이 지남에 따라 핵심 강착 모델의 문제, 특히 거대 가스 행성들이 얼마나 빨리 더 가벼운 구성 요소를 잡아야 하는지에 대해 논쟁한다. 그러나 조약돌 강착으로 알려진 또 다른 최근 모델도 이 설명의 공백을 메우는데 도움이 된다. 이 모델에서, 연구원들은 얼마나 작고 조약돌만한 물체들이 서로 융합하여 다른 설명보다 최대 1000배 더 빨리 거대한 행성을 만들 수 있는지를 보여주었다. "이것은 행성이 형성되는 태양 성운의 매우 간단한 구조로부터 시작하여 우리가 보는 거대 행성계로 끝난다는 것에 대해 우리가 알고 있는 첫 번째 모델입니다." 콜로라도 남서부 연구소의 천문학자이자 이 모델을 설명하고 탐구하는 논문의 연구 저자인 해롤드 레비슨(Harold Levison)은 다음과 같이 말했다.ld Space.com 2015년. 몇 년 전인 2012년, 스웨덴의 룬드 대학의 연구원인 Michiel Lambrechts와 Anders Johansen은 작은 조약돌들이 일단 사라지면, 거대한 행성을 빠르게 만드는 열쇠를 쥐고 있다고 제안했다. "그들은 이전에 중요하지 않은 것으로 여겨졌던 이 형성 과정에서 남은 조약돌이 실제로 행성 형성 문제에 대한 거대한 해결책이 될 수 있다는 것을 보여주었습니다," 라고 레비슨이 말했습니다. 레비슨과 그의 팀은 어떻게 작은 조약돌이 오늘날 은하계에서 볼 수 있는 행성을 형성할 수 있는지를 더 정확하게 모델링하기 위해 그 연구를 기반으로 했다. 이전의 시뮬레이션에서, 큰 물체와 중간 크기의 물체는 둘 다 상대적으로 일정한 비율로 그들의 조약돌 크기의 사촌을 소비했지만, 레비슨의 시뮬레이션에 따르면, 더 큰 물체는 중간 크기의 덩어리로부터 조약돌을 빼앗아 훨씬 더 빠른 속도로 성장하기 위해 불량배처럼 행동했다. "이제 더 큰 물체들은 더 작은 물체들보다 더 작은 물체들을 더 많이 흩뜨리는 경향이 있습니다. 그래서 더 작은 물체들은 결국 조약돌 원반 밖으로 흩어지게 됩니다." 라고 SWRI의 공동저자인 캐서린 크레트케가 말했습니다. "큰 놈은 기본적으로 작은 놈을 괴롭혀 스스로 모든 조약돌을 먹을 수 있고, 그들은 계속해서 자라서 거대한 행성의 핵을 형성할 수 있다." 과학자들이 태양계 안팎의 행성들을 계속 연구하면서, 그들은 지구와 그 형제자매가 어떻게 형성되었는지 더 잘 이해할 것이다.