태양에 물을 뿌려 끄는 것이 가능할까?

뜨거운 태양을 차갑게 식히려면 어느 정도의 물을 뿌려야 가능할까.

현실 가능성 없어 보이고 어린 아이나 가질 것 같은 질문 같지만, 이에 대한 궁금증을 과학적으로 풀었을 때 태양의 매우 뜨거운 열을 물로 식혀버릴 가능성이 도출돼 호기심을 모은다.

과학잡지 널릿지(Knowridge)는 ‘태양을 소멸시키는 데는 얼마나 많은 물이 필요할까?’란 게시물을 게재했다.

이 글에 따르면 태양은 지구의 109배에 달하는 직경을 갖고 있으며, 태양계 전체 질량의 99% 이상을 차지하는 거대한 천체다. 이 때문에 인간이 몸에서 느낄 수 있는 어떤 감각을 갖고도 태양의 크기를 실감하는 일은 쉽지 않다.

태양의 구조는 핵, 복사층, 대류층으로 이뤄져 있다. 가장 바깥쪽에 있는 대류층 두께만도 20만km로, 지구 16개 분량의 두께다.

이렇게만 봐도 물로 태양을 끄는 것은 무리라고 여겨지지만, 태양을 없애버리는 것의 어려움은 이뿐만이 아니다. 원래 태양은 ‘불타고 있는’ 것이 아니기 때문에 물을 뿌리는 것으로 그 활동을 억제하는 것은 매우 회의적으로 보인다.

지구상에서 불이 붙는 것은 유기물 등 가연성 물질이 산소와 격렬히 반응하기 때문에 빛이나 열이 방출되는 것이다. 이 반응을 하지 않으려면 산소 공급을 차단하거나 온도를 낮추는 방법이 효과적이다. 물은 이를 위한 대표 도구로 옛날부터 사용돼 왔다.

한편 태양이 열과 빛을 내도록 에너지원이 되고 있는 것은 태양의 핵에서 연속적으로 발생하는 수소 원자의 열 핵융합이다. 태양의 핵은 2천500억 기압, 1천500만 켈빈의 고압 고온 환경에 있고, 2개의 수소 원자가 충돌해 헬륨 원자로 변화할 때 강렬한 빛과 열에너지를 만들어 낸다.

따라서 소방대가 방수하는 정도로 태양의 활동을 중지하는 것은 사실 전혀 효과가 없다.

만약 물을 수소와 산소로 분해하면 어떤 결과를 초래할까. 만약 태양만큼 질량이 있는 물이 공급되고, 어떤 요인에 의해 물 분자가 수소와 산소로 분해됐다고 가정해 보자. 앞서 언급했듯 태양의 연료가 되는 것은 수소 원자다. 따라서 물 공급에 의해 수소가 추가되면 태양은 더 많은 연료를 걷게 돼 역효과가 발생한다.

산소 역시 역효과를 가져 온다. 산소는 핵융합의 부산물 중 하나다. 지금 태양은 양성자-양성자 융합 반응(proton-proton chain reaction)을 이용해 수소를 헬륨으로 바꾸고 있다. 그러나 여기에는 탄소(C)-질소(N)-산소(O) 순환(CNO cycle)이라고 하는 또 다른 유형의 반응이 있다. CNO 순환은 항성 내부에서 수소가 헬륨으로 변환되는 핵융합 반응 과정의 일종이다.

현재 태양 융합 반응의 0.8%가 이 방법으로 진행된다.

따라서 태양에 산소를 더 많이 공급하면 더 많은 융합 반응이 일어날 수 있다. 또 CNO 순환은 항성의 질량이 증가하면 반응 비중이 증가하는 특징이 있다. 따라서 산소가 공급됨으로써 태양의 질량이 증가하면 CNO 순환이 활발해지고 태양의 활동은 비약적으로 강화될 것으로 예측된다.

이런 이론으로 볼 때 태양을 물로 없앨 수 없을 뿐 아니라 오히려 그 활동을 강화해버릴 수 있다는 결론이 나온다.

그러나 물로 태양의 활동을 약화시킬지도 모르는 하나의 방법이 있다.

그것은 물을 초고속으로 태양에 부딪치게 하는 것이다. 태양은 거대한 천체지만 지구와 같은 지각을 갖지 않고 기본적으로 수소를 주로 하는 가스의 집합체다. 여기에 어떤 식으로든 매우 많은 양의 물을 빛과 같은 정도의 속도로 부딪칠 수 있으면 둥근 태양이 수박처럼 둘로 나눠질지도 모른다.

이렇게 질량이 반이돼 버린 태양은 에너지를 만들어내는 원인이 되는 고온 고압의 환경이 무너지게 된다. 이럴 경우 핵융합 반응은 정지하고 태양 활동이 중단될 가능성도 있다.