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오리온자리 팔

우리은하는 생성 초기에 폭발적으로 항성이 탄생한 뒤, 남은 가스가 회전하며 길게 뻗어 나와 나선팔을 만들었다. 그래서 태양과 같은 상대적으로 젊은 항성들은 나선팔에 위치해 있다. 우리은하에 나선팔이 몇 개 있는지 알게 된 것은 오래되지 않았다. 우리은하의 모습을 보기위해서는 은하 중심부 방향으로 망원경을 돌려야 하는데, 중심부와 지구 사이에 수많은 성간물질이 가로막고 있어 보기가 쉽지 않다. 

과거에는 우리은하도 이웃 은하인 안드로메다 은하처럼 나선팔들이 중심을 향해 균일하게 감겨있는 정상나선은하라고 생각했다. 하지만 2005년 미국항공우주국(NASA)의 스피처(Spitzer) 우주망원경의 관측을 통해 나선팔이 2개인 막대나선은하라는 사실이 밝혀졌다. 부수적인 나선팔이 몇 개 더 있지만, 대부분 가스와 먼지로 구성돼 있고 항성은 드문 것으로 추정돼 아직 공식적인 나선팔로 인정받지 못하고 있다.

태양은 이런 부수적인 나선팔 중 하나인 오리온자리 팔에 자리하고 있다. 태양은 우리은하 중심을 약 2억3000만 년 주기로 공전해 지금까지 25회 정도 돌았다. 동시에 태양은 원반의 수직 방향으로도 6000만 년의 주기로 진동하고 있다. 3000만 년에 한 번씩은 은하 원반을 위아래로 통과하고 있는 셈이다. 현재는 원반 북쪽으로 100광년 정도 떠오른 상태다.

나선팔의 한 가지 더 신비로운 비밀은 평평한 원반 형태가 아니라, 부분적으로 심한 굴곡이 있다는 점이다. 우리은하를 측면에서 보면 나선팔의 일부가 위로 볼록 튀어 나와 있는데, 이는 우리은하 주변의 위성은하인 대마젤란 은하와 소마젤란 은하의 중력에 끌어당겨지기 때문인 것으로 알려져 있다. 

이처럼 거대 은하 주변에는 작은 위성 은하들이 떠다니면서 거대 은하에 영향을 주고, 시간이 흘러 거대 은하에 흡수되기도 한다. 안드로메다 은하를 비롯해 많은 은하에서 이런 모습이 관측됐다.
더불어 많은 은하가 바깥쪽으로 갈수록 뒤틀린 ‘S’자 모양을 하고 있다. 우리은하 역시 S자 모양을 하고 있는 것으로 최근 밝혀졌다.

태양계

우리가 사는 지구는 어떻게 만들어졌을까. 약 46억 년 전, 우리은하에서 하나의 항성이 수명을 다하고 초신성 폭발을 일으켰다. 초신성 폭발에 의한 충격파는 주위의 가스를 밀어냈고, 한 지역에 몰린 가스들은 서로의 중력에 의해 뭉치기 시작했다. 가스들이 뭉치자 회전을 시작하면서 가스 구름이 원반 형태로 납작해졌고, 중심부가 고밀도, 고온인 환경에서 마침내 임계점에 도달하자 수소와 수소가 결합해 헬륨이 되는 핵융합이 시작됐다. 원시태양의 탄생이었다.

원시태양이 생겨난 뒤, 원반에 남은 먼지들은 지구를 비롯한 행성의 씨앗이 됐다. 원반의 98%는 수소와 헬륨이고, 나머지 2%는 무거운 먼지입자(금속, 규산염 등)와 얼음조각(물, 암모니아, 메탄 등)으로 이뤄져 있었다. 

이중 얼음조각들은 뜨거운 태양에 휘발돼 태양에서 멀리 날아갔다. 태양 근처에는 고온에서도 고체 상태가 유지되는 무거운 먼지입자들만 남게 됐다. 바깥으로 날아간 물질들은 태양으로부터 4억~7억km 떨어진 지점에 도달해서야 다시 얼음조각이 됐는데, 이곳이 훗날 지구형 행성과 가스형 행성을 구분하는 기준선(동결선)이 됐다. 

온도에 따라 안과 밖으로 분리된 물질들은 서로 충돌하면서 지름 10km에 이르는 미행성으로 자라났고,  미행성들은 다시 작은 천체를 빨아들이며 수백만 년에 걸쳐 매년 15cm 정도씩 지름이 커졌다. 

수없는 미행성들의 충돌 끝에 몇몇 미행성들이 지름 3500km(현재 달의 크기)를 넘어서면서 원시행성으로 진화했다. 이 과정에서 수성과 금성, 지구, 화성이 생겨났다. 목성은 주변 기체를 끌어당겨 대기를 구성해 갔고, 지구는 내부의 물질들이 열에 녹아 유출되며 대기를 만들었다.

원시태양이 더 이상의 수축을 멈추고 안정된 상태로 접어들면서, 항성풍을 발산해 주변의 가스들을 날려 보냈고, 태양과 행성들 사이에 텅 빈 공간만 남게 됐다. 비로소 태양계가 완성된 것이다.