우주를 이루고 있는 대기의 구성 성분은 무엇일까?

지구의 대기를 이루고 있는 구성 성분 중 가장 많은 비중을 차지하는 원소는 산소와 질소로 알려져 있습니다. 우주를 배경으로 하는 영화들은 한결같이 우주에서는 산소가 공급되는 헬멧을 쓰고 있습니다. 그렇다면 대기권 바깥의 태양계, 은하계 등의 우주를 이루고 있는 대기 성분 중 가장 많은 비율을 차지하는 대기 원소는 무엇일까요?

 

정답은 수소와 헬륨이며, 우주속에는 지구의 대기에 가장 많이 존재하는 산소와 질소가 매우 희박합니다.

아래의 도표는 우주 대기의 구성 성분입니다.

대략 우주에 수소 원자와 헬륨 원자가 약 12:4 = 3:1의 질량비로 분포하며, 이때 헬륨이 차지하는 질량은 약 25%입니다. 그런데 이러한 비율은 빅뱅 직후 우주는 양성자와 중성자로, 양성자와 중성자는 다시 수소 원자핵과 헬륨 원자핵을 이루게 되었는 데 그 비율이 현재 우주의 대기 구성 비율과 일치한다고 합니다.

이를 근거로 우주에 가장 많은 원소인 수소와 헬륨의 질량비는 우주 빅뱅이론의 근거로 쓰이기도 합니다.

 

순위	물질	비율(%)
1	수소	73.900
2	헬륨	24.000
3	산소	1.040
4	탄소	0.460
5	네온	0.130
6	철	0.100
7	질소	0.090
8	규소	0.065
9	마그네슘	0.058
10	황	0.044

 

지구의 지표면부터 약 1,000Km까지를 대기권이라고 할 수 있는 데 이 지구의 대기권은 78%의 질소와 21%의 산소 그리고 나머지 1%는 아르곤이나 이산화탄소 기타 수증기 등으로 구성되어 있습니다.

우주의 대기 구성 성분중 산소와 질소는 두 원소를 모두 합쳐도 1% 정도밖에 되지 않습니다. 어쩌면 지구는 그 1%의 축복을 받은 행성 인지도 모르겠습니다.

 

영화 코어(the core, 2003)에서 지구의 핵이 작용을 멈추게 되면 대기권이 사라지게 된다고 말하는 장면이 나옵니다. 앉아있던 높으신 양반들이 그럼 어떻게 되냐고 묻자 대답 대신 과일 하나를 포크로 찍어 들고 토치로 구워버립니다. 그리고 말하죠.

"여기에 있는 토치를 태양이라고 가정하고 과일을 지구라고 가정한다면, 이렇게 구워진 과일이 바로 대기권이 사라진 지구의 모습입니다."

 

대기권이 존재하기에 태양으로부터의 강력한 태양풍이나 방사능으로부터 우리의 지구가 보호받고 있는 데, 지구핵이 작동을 멈추면 대기권이 분해되어 사라지게 되고 그 피해를 고스란히 받게 된다는 설명을 과일을 태우는 것으로 대신한 것이었습니다.

우주에서 1% 정도밖에 안되는 산소가 풍부한 대기권의 혜택을 누리는 우리는 대기라는 존재가 얼마나 소중한지 모르고 지낼지도 모른다는 생각이 듭니다.