티스토리 뷰
에너지는 매우 다양한 형태로 존재합니다.
태양이 어떻게 오랫동안 많은 에너지를 방출 할 수 있는지 이해하려고 노력할때 과학자들은 다양한 유형의 에너지을 대해서 궁금했습니다. 19세기 과학자들은 태양 에너지의 두 가지 가능한 원천인 화학적 에너지와 중력 에너지가 있습니다. 과학자들은 가장 친숙한 화학 에너지의 원천은 목재, 석탄, 가솔린 또는 기타 연료. 우리는 이러한 물질을 태우면 얼마나 많은 에너지를 생산할 수 있는지 정확히 알고 있습니다. 따라서 우리는 태양의 거대한 질량이 석탄이나 나무와 같은 가연성 물질로 구성되어 있어도 우리 별은 수천 년 이상 현재 속도로 에너지를 생산할 수 없다고 이야기할 수 있습니다. 그러나 우리는 지질 학적 증거를 통해 거의 40억년 전에 물이 지구 표면에 존재했음을 알고 있습니다. 따라서 태양은 적어도 그 기간만큼 밝게 빛나고. 오늘날 우리는 또한 태양에서 발견되는 온도에서 단단한 나무나 석탄 같은 것은 살아남을 수 없다는 것을 알고 있습니다. 태양을 비추는 요소를 결정하려는 다른 19세기 시도는 에너지 보존 법칙을 사용했습니다. 간단히 말해서 이 법칙은 에너지가 생성되거나 파괴 될 수 없지만 열에서 기계 에너지로 변환되는 것처럼 한 유형에서 다른 유형으로 변환 될 수 있다고 이야기했습니다. 산업 혁명의 핵심이었던 증기 엔진이 좋은 이야기입니다. 이러한 유형의 엔진에서는 보일러에서 나오는 뜨거운 증기가 피스톤의 움직임을 구동하여, 열 에너지를 운동 에너지로 변환됩니다. 반대로 움직임은 열로 변환 될 수 있습니다. 테이블 표면에 얼음을 문지르면, 마찰에 의해 발생하는 열이 얼음을 녹입니다. 자동차의 브레이크는 마찰을 사용하여, 속도를 줄이고 그 과정에서 모션 에너지를 열 에너지로 변환합니다. 그렇기 때문에 자동차를 정지시킨 후 브레이크가 매우 뜨거워 질 수 있습니다. 이것은 또한 내려막길 내려갈때, 부주의하게 브레이크를 밝으면 브레이크가 과열되어 열이 발생하게 됩니다. 19세기에 과학자들은 태양열의 근원이 그 안에 떨어지는 운석의 기계적 운동 일 수 있다고 생각했습니다. 그러나 그들의 계산은 태양이 방출하는 에너지의 총량을 생산하기 위해 매년 100년마다 태양으로 떨어질 운석의 질량이 지구의 질량과 같음을 보여 주었습니다. 케플러의 세 번째 법칙에 따르면 태양 질량의 결과적인 증가는 지구 궤도의주기를 1년에 2초씩 변경합니다. 이러한 변화는 쉽게 측정 할 수 있지만 실제로 발생하지 않았습니다. 과학자들은 이것을 태양 에너지의 원천으로 반증 할 수 있습니다. 대체 설명을 제안하면서 영국의 물리학자인 켈빈 경과 독일의 과학자 헤르만 폰 헬름홀츠은 19세기 중반 쯤에 중력 에너지 를 열로 변환하여 태양이 에너지를 생산할 수 있다고 제안했습니다 . 그들은 중력 때문에 태양의 바깥층이 안쪽으로 떨어질 수 있다고 이야기했습니다. 즉, 그들은 태양의 크기가 줄어들고, 그 결과 태양은 뜨겁고 밝게 유지 될 수 있다고 이야기했습니다. 이 가설이 사실이라면 어떤 일이 일어날 지 상상하기 위해 태양의 바깥층이 안쪽으로 떨어지기 시작하는 모습을 상상해보십시오. 이 외층은 개별 원자로 구성된 가스이며 모두 임의의 방향으로 이동합니다. 층이 안쪽으로 떨어지면 원자는 낙하 운동으로 인해 추가 속도를 얻습니다. 외층이 안쪽으로 떨어지면 수축하여, 원자를 더 가깝게 이동시킵니다. 충돌 가능성이 더 높아지고, 일부는 낙하 운동과 관련된 추가 속도를 다른 원자로 전달합니다. 이것은 차례로 원자의 속도를 증가시킵니다. 가스의 온도는 그 안에있는 원자의 운동 에너지의 척도입니다. 따라서이 태양 층의 온도가 상승합니다. 충돌은 또한 원자 내의 전자를 더 높은 에너지 궤도로 여기시킵니다. 켈빈과 헬름홀츠는 연간 약 40미터의 속도로 태양의 수축이 현재 방출되는 에너지의 양을 생산하기에 충분할 것이라고 계산했습니다. 인류 역사의 기간 동안, 느린 수축으로 인한 태양 크기의 감소는 감지 할 수 없을 것입니다. 태양이 크고 확산 된 가스 구름으로 생명을 시작했다고 가정하면, 태양이 매우 큰 직경에서 현재 크기로 수축하면서 전체 수명 동안 태양이 얼마나 많은 에너지를 방출했는지 계산할 수 있습니다. 19세기에는 지구가 이보다 훨씬 더 젊다 고 널리 여겨졌 기 때문에 처음에는 1억년이 충분히 길어 보였습니다. 그러나 그 세기 말과 20세기에 이르러 지질 학자와 물리학자들은 지구가 실제로 훨씬 더 오래되었음을 보여주었습니다. 따라서 수축은 태양 에너지의 주요 원천이 될 수 없습니다. 별의 탄생과 태양계 외부의 행성 발견 에서 볼 수 있지만, 수축은 방금 태어난 별에서 잠시 동안 중요한 에너지 원입니다. 따라서 과학자들은 엄청난 비율의 퍼즐에 직면했습니다. 알려지지 않은 유형의 에너지가 인류에게 알려진 가장 중중요한 에너지 원이 원인이거나 태양계 나이 및 지구상의 생명체의 추정치를 심각하게 수정해야했습니다. 진화론이 태양 이론이 허용하는 것보다 더 긴 시간을 필요로하는 찰스 다윈은 이러한 결과에 낙담했고, 그는 1882년 사망할때까지 계속해서 걱정했습니다. 태양 에너지의 진정한 원천이 확인 된 것은 20 세기에 불과했습니다. 퍼즐을 푸는데 필요한 두 가지 핵심 정보는 원자핵의 구조와 질량이 에너지로 변환 될 수 있다는 사실이었습니다. 지금까지 본 내용은 정리하자면 태양은 매초 엄청난 양의 에너지를 생산합니다. 지구와 태양계는 대략 45억년이 되었기 때문에 이것은 태양이 아주 오랫동안 엄청난 양의 에너지를 생산 해왔다는 것을 의미합니다. 하지만 화학적 연소나 중력 수축은이 모든 시간 동안 태양이 방사하는 총 에너지 량을 설명 할 수 없습니다.