태양질량

3. 계산

태양 질량은 직접 측정할 수 없으며, 공전 주기 방정식을 사용하여 다른 측정 가능한 요인으로부터 계산된다.^[10] 1년의 길이, 지구에서 태양까지의 거리(천문 단위, AU), 중력 상수를 기반으로 케플러의 제3법칙을 통해 태양의 질량을 계산할 수 있다.^[11][12]

가우스는 길이의 단위에 지구의 궤도 긴반지름 ''A''를, 시간의 단위에 태양일 ''D''를, 질량의 단위에 태양 질량 ''S''를 사용하여, 태양계의 운동을 정확하게 기술할 수 있는 단위계를 제시했다. 이 가우스의 단위계는 현재에도 천문 단위계와 천문 단위 개념으로 계승되고 있다. 가우스의 단위계에서 ''G''의 제곱근에 해당하는 값은 가우스 중력 상수라고 불리며, 지구의 평균 각속도로서 정밀도를 유지한 채 기술할 수 있다.

오랫동안 지상에서의 단위계와 태양계에서의 단위계는 명확하게 연결되지 않았고, 각각의 영역에서 그 역할을 수행해 왔다. 현재는 태양계 천체까지의 거리를 매우 정확하게 측정할 수 있게 되었고, 일반 상대성 이론적 효과를 고려해야 할 정도로 시간 측정 역시 정밀해졌다. 그러나 중력이라는 매우 약한 힘과 직결된 질량에 관해서는 여전히 지상과 태양계가 분리된 채로 남아있다.

이러한 이유로 단위로서의 태양 질량은 현재에도 천체의 운동을 기술하기 위한 중요한 잣대이며, 위치 천문학자들은 킬로그램 단위의 천체 질량 대신 태양 질량과의 비를 사용하여 태양계 천체의 위치를 정확하게 기술하고 있다.

3. 1. 공식

• AU (1년의 길이, 지구와 태양 사이의 거리), 중력 상수(''G'')로부터 태양의 질량을 구할 수 있다.
• ''G'' 값은 측정하기 어려워서 SI 단위로는 정확도가 제한된 값만 알려져 있다. 캐번디시 실험을 참고하라.
• ''G''에 천체의 질량을 곱한 값인 표준 중력 변수는 태양과 여러 행성들에 대하여 ''G'' 값 자체보다 훨씬 정확한 것으로 알려져 있다.
• 태양질량은 천문학 단위 체계에서 표준 질량으로 사용된다.

3. 2. 중력 상수 측정의 어려움

4. 변화

태양은 핵융합 반응과 태양풍, 코로나 질량 방출 등으로 인해 질량이 지속적으로 감소한다. 태양 질량은 태어난 이래 계속 감소해 왔으며, 이러한 감소는 두 가지 주요 과정을 통해 거의 비슷한 양으로 일어난다.

• 태양 중심핵에서 핵융합(특히 양성자-양성자 연쇄 반응)을 통해 수소는 헬륨으로 바뀌며, 이 반응은 질량 일부를 감마선 광자 형태의 에너지로 변환한다. 이 에너지 대부분은 종국적으로 태양으로부터 복사된다.
• 태양 대기에 있는 고에너지 양성자와 전자는 태양풍과 코로나 질량 방출 형태로 우주로 분출된다.^[16]

4. 1. 핵융합 반응

4. 2. 태양풍과 코로나 질량 방출

4. 3. 장기적인 영향

5. 관련 단위

태양 질량(Solar mass^영어, ''M''_☉)은 천문학에서 사용하는 질량 단위로, 다른 항성이나 성단, 성운 등의 질량을 나타내는 데 사용된다.

태양 질량은 일반 상대성이론에서 길이 또는 시간 단위로 질량을 표시하는 데 자주 이용된다.

국제천문연맹(IAU) 제1분과 실무 그룹에서 제시한 태양 질량 매개변수 (''G''·''M''_☉)는 다음과 같은 추정치를 갖는다.^[19]

• (TCG 호환)
• (TDB 호환)

5. 1. 환산

태양질량은 일반 상대성이론에서 길이 또는 시간 단위로 질량을 표시하는 데에 자주 이용된다.

• ''M''_☉''G''/''c''² ≈ 1.48 km (태양 슈바르츠실트 반지름의 절반)
• ''M''_☉''G''/''c''³ ≈ 4.93 μs

• (TCG 호환)
• (TDB 호환)

5. 2. 일반 상대성 이론

• ''M''_☉''G'' / ''c''² ≈ 1.48 km (태양 슈바르츠실트 반지름의 절반)^[18]

• ''M''_☉''G'' / ''c''³ ≈ 4.93 μs^[18]

6. 다른 천체와의 비교

백조자리 X-1의 질량은 현재까지 밝혀진 관측 결과에 따르면 대략 8.7 ~ 15 태양질량인 것으로 보인다.^[20] 태양 질량은 지구 질량의 332,946.0487 ± 0.0007배이다.^[21]

참조

_[1] 논문 NOMINAL VALUES FOR SELECTED SOLAR AND PLANETARY QUANTITIES: IAU 2015 RESOLUTION B3 * † 2016-08-01
_[2] 논문 NOMINAL VALUES FOR SELECTED SOLAR AND PLANETARY QUANTITIES: IAU 2015 RESOLUTION B3 * † 2016-08-01
_[3] 웹사이트 Universal Gravitational Constant http://www.phys.utk.[...] PASCO 2019-04-11
_[4] 서적 Physics, the human adventure: from Copernicus to Einstein and beyond Rutgers University Press 2001
_[5] 서적 Understanding the heavens: thirty centuries of astronomical ideas from ancient thinking to modern cosmology Springer 2001
_[6] 서적 Fundamentals of astronomy CRC Press 2007
_[7] 웹사이트 How do scientists measure or calculate the weight of a planet? https://www.scientif[...] 2020-09-01
_[8] 논문 Newton's Determination of the Masses and Densities of the Sun, Jupiter, Saturn, and the Earth 1998-05
_[9] 서적 Babylon to Voyager and beyond: a history of planetary astronomy Cambridge University Press 2003
_[10] 웹사이트 Finding the Mass of the Sun https://imagine.gsfc[...] 2020-09-06
_[11] 웹사이트 What Is Solar Mass? https://www.space.co[...] 2020-09-06
_[12] 웹사이트 Kepler's Third Law {{!}} Imaging the Universe http://astro.physics[...] 2020-09-06
_[13] 웹사이트 CODATA Value: Newtonian constant of gravitation https://physics.nist[...] 2020-09-06
_[14] 간행물 An Introduction to Modern Astrophysics Benjamin Cummings 1995
_[15] 간행물 Distant future of the Sun and Earth revisited 2008
_[16] 논문 Solar system expansion and strong equivalence principle as seen by the NASA MESSENGER mission 2018-01-18
_[17] 웹사이트 Lecture 40: The Once and Future Sun http://www.astronomy[...] 2020-09-01
_[18] 웹사이트 Planetary Fact Sheet https://nssdc.gsfc.n[...] 2020-09-01
_[19] 웹사이트 Astronomical Constants : Current Best Estimates (CBEs) https://iau-a3.gitla[...] IAU Division I Working Group 2021-05-04
_[20] 서적 地球内部物理学 裳華房
_[21] 웹사이트 Astronomical constants http://asa.usno.navy[...] 2010-05-16
_[22] 웹사이트 CODATA Value: Newtonian constant of gravitation http://physics.nist.[...] 2009-12-27
_[23] 논문 Solar mass loss, the astronomical unit, and the scale of the solar system https://arxiv.org/ab[...]
_[24] 뉴스 Earth is doomed (in 5 billion years) http://physicsworld.[...] 2009-02-03
_[25] 웹인용 Astronomical Constants http://asa.usno.navy[...] 2019-04-10
_[26] 웹인용 Newtonian constant of gravitation http://physics.nist.[...] 2019-04-10
_[27] 웹인용 Universal Gravitational Constant http://www.phys.utk.[...] PASCO 2019-04-11
_[28] 서적 Physics, the human adventure: from Copernicus to Einstein and beyond https://archive.org/[...] Rutgers University Press 2001
_[29] 서적 Understanding the heavens: thirty centuries of astronomical ideas from ancient thinking to modern cosmology https://archive.org/[...] Springer 2001
_[30] 서적 Fundamentals of astronomy CRC Press 2007
_[31] 논문 Newton's Determination of the Masses and Densities of the Sun, Jupiter, Saturn, and the Earth 1998-05
_[32] 서적 Babylon to Voyager and beyond: a history of planetary astronomy https://archive.org/[...] Cambridge University Press 2003
_[33] 웹인용 Astronomical Constants : Current Best Estimates (CBEs) http://maia.usno.nav[...] IAU Division I Working Group 2018-06-28