태양열은 어떻게 지구까지 올까
태양열은 어떻게 지구까지 올까
  • 함예솔
  • 승인 2020.03.24 18:00
  • 조회수 3645
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따뜻해지는 기분~ 출처: AdobeStock
따뜻해. 출처: AdobeStock

열은 '원자'로 이뤄져있다

 

열은 무엇일까요? 열을 구성하는 건 만지거나 볼 수 없는 아주 작은 '원자'인데요. 원자는 물질을 이루는 가장 작은 입자입니다. 핵(nuclerus)과 그 주위에 분포돼 있는 전자(electron)들로 구성됐습니다. 원자핵은 양전하를 같은 양전자(proton)와 전기적으로 중성인 중성자(neutron)로 이뤄져 있습니다. 원자는 너무 작아서 특별한 장비 외에는 볼 수도 없는데요. 그럼에도 원자는 우주에 있는 모든 물질을 구성합니다.

원자와 전자를 보여주는 모식도. 출처: Wikimedia Commons
원자와 전자를 보여주는 모식도. 출처: Wikimedia Commons

만약 어떤 것이 뜨겁다는 의미는 그 물체의 원자들이 많은 에너지를 가지고 있고 주위로 튕기고 있다는 걸 의미합니다. 반대로 차갑다는 건 그 물체의 원자가 훨씬 적은 에너지를 가지고 있어 원자들이 꼼짝도 않고 있다는 걸 의미합니다. 

오로라는 태양에서 날아온 입자가 대기에 부딪혀 생기는 현상. 출처: fotolia
오로라는 태양에서 날아온 입자가 대기에 부딪혀 생기는 현상. 출처: fotolia

우주는 진공상태이고 이는 그 공간을 떠다니는 물질이 별로 없다는 걸 의미합니다. 하지만 그렇다고 우주가 완벽한 비어 있는 건 아닙니다. 별, 행성, 혜성과 같은 천체가 있으니까요. 실제로 태양은 태양풍을 통해 끊임없이 물질을 날려보내고 있는데요. 지구에서는 밤하늘을 수놓는 아름다운 '오로라'를 통해 이를 확인할 수 있습니다. 일렁거리며 반짝이는 오로라는 태양에서 날아온 입자들이 지구의 대기와 격렬하게 충돌하며 만들어집니다.

 

참고로 태양에서 온 입자가 공기의 어떤 성분과 부딪히는가에 따라 색이 달라지는데요. 예를 들어 질소와 충돌하면 보라색, 산소와 부딪히면 붉은 색이나 녹색 빛을 뿜어낸다고 합니다. 입자가 대기 성분과 상호작용하며 파장이 변하기 때문이라고 합니다. 

 

태양의 열기, 어떻게 전달되나?

 

그렇다면 태양에서 날아온 입자에 태양의 열이 담겨있는 걸까요? 태양풍으로 설명하기엔 태양풍의 밀도가 높지 않은데요. 이 말은 즉, 태양풍은 대기보다 훨씬 더 적은 원자를 가지고 있어 그 안에 열을 운반하기엔 무리가 있다는 말입니다. 

 

열 전달에는 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation) 세 가지 방법이 있는데요. 이 중 태양에서 지구로 열이 전달되는 방법은 무엇일까요. 

 

전도(conduction)란 접촉이 필요합니다. 매개체가 있어야 열을 전달할 수 있죠. 가령, 따뜻한 물체를 만지면 그 열이 그 물체에서 이웃님에게 전달되는 방식을 일컫는 말이죠. 만약 차가운 걸 만진다면 이웃님에게서 물체로 열이 전달되겠죠. 따라서 철과 구리 같은 금속물질은 좋은 전도체인데요. 반면 유리, 나무, 종이 같은 물질은 절연체(insulator)로 열이 잘 전달되지 못합니다.

 

대류(convection)는 유체의 흐름을 통해 열을 전달하는데요. 액체와 기체 모두 열을 방출할 수 있습니다. 원자는 뜨거운 지역에서 차가운 지역으로 흐르며 가지고 있던 에너지와 열을 운반합니다. 가장 잘 느껴지는 곳이 바로 욕조인데요. 욕조의 물이 차가워 지기 시작할 때 뜨거운 물을 틀어보세요. 그럼 뜨거운 물이 수도꼭지에서 욕조로으로 흘러 들어오는 걸 느껴볼 수 있을 겁니다.

 

그러나 우주는 진공이기 때문에 태양에서 지구까지 열을 대류시킬 액체나 기체가 없습니다. 따라서 대류도 아닌 것 같네요.

적도에 그대로 내리쬐는 햇빛. 출처: NOAA
적도에 그대로 내리쬐는 햇빛. 출처: NOAA

그렇다면 태양의 열이 전달되는 방법은 복사(radiation)겠네요. 태양과 같은 뜨거운 천체나 우리의 몸에서는 열이 발산됩니다. 물질의 원자가 움직이고 진동하면 열을 방출하는데요. 혹은 전자기에너지(electromagnetic energy)를 방출하기도 합니다. 이를 '열복사(thermal radiation)’라고 합니다. 전자기 에너지의 범위는 넓습니다. 우리가 볼 수 있는 '가시광선(visible light)'도 있고 우리가 볼 수 없는 전파, 적외선, 자외선, X-선 등이 있습니다. 

파장에 따라 달라지는 전자기파. 출처: Wikimedia Commons
파장에 따라 달라지는 전자기파. 출처: Wikimedia Commons

복사(radiation)는 전도와 대류와는 달리 열을 전달하는데 물질이 필요하지 않습니다. 태양으로부터 나온 에너지는 빛의 속도로 우주의 진공 공간을 통과합니다. 이 에너지가 지구에 도착하면 그 중 일부는 대기의 기체로 열이 이동합니다. 그 중 일부는 대기를 통과해 지표의 원자들을 가열합니다. 이 중 일부는 심지어 이웃님의 피부에 흡수되기도 합니다. 지면은 태양에서 나오는 에너지를 흡수하고 열을 발산합니다.

 

이 열의 일부는 여름에 해변가 뜨거운 모래처럼 열을 전도합니다. 다른 일부는 바람과 해류를 통해 대류하며 열을 전달합니다. 그리고 일부는 대기 혹은 우주 공간으로 다시 열을 퍼지게 합니다. 그 덕분에 지구는 일정한 온도를 유지할 수 있게 됩니다. 

 

 


##참고자료##

 

  • The Conversation, “how does heat travel through space if space is a vacuum?“
  • 북스힐, 지구과학사전, 2009    


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