태양의 무게는 얼마일까?

태양을 올릴 저울은 없으니, 질량은 주위를 도는 천체들이 얼마나 빨리 도는지로 구해요. 뉴턴이 다시 쓴 케플러 제3법칙에 따르면 태양의 질량은 4π² × a³ ÷ (G × T²)예요. 여기서 a는 지구와 태양 사이의 평균 거리, T는 1년의 길이예요.

숫자를 넣어 볼게요. a는 149,597,870,700m(1천문단위), T는 365.256일, 약 3,156만 초, G는 6.6743 × 10⁻¹¹m³/(kg·s²)예요. 결과는 1.988 × 10³⁰kg으로, NASA 수치와 네 자리까지 같아요. 지구 자체의 질량은 태양의 33만 3,000분의 1밖에 안 되니 여기서는 거의 영향이 없어요.

약한 고리는 G예요. 행성 궤도와 우주선 추적으로 G와 태양 질량을 곱한 값은 열두 자리 정도까지 알 수 있어요. NASA 제트추진연구소(JPL)는 이 값을 1.32712440041 × 10²⁰m³/s²로 적어요. 그런데 G 자체는 약 4만 4,000분의 1 정도의 정확도로만 알려져 있어서, 킬로그램으로 나타낸 태양 질량은 다섯 자리쯤까지만 정확해요. 처음 추정한 사람은 아이작 뉴턴으로, 처음에는 지구를 태양 질량의 1/28,700로, 나중에는 1/169,282로 봤어요. 지금의 비율은 약 1/332,900이에요.

태양은 수소를 헬륨으로 융합하며 빛나는데, 만들어진 헬륨은 원래 수소보다 아주 조금 가벼워요. 그 차이가 에너지로 빠져나가요. 태양의 출력 3.828 × 10²⁶W를 빛의 속도의 제곱으로 나누면 NASA가 제시하는 질량 전환율이 나와요. 매초 426만 톤이에요.

여기에 더해 태양풍이 매초 약 1.3 × 10³⁶개의 입자를 우주로 날려 보내는데, 합치면 매초 130만~190만 톤이에요. 모두 더하면 매초 대략 600만 톤이에요.

많아 보이지만 태양에게는 거의 아무것도 아니에요. 지금의 핵융합 속도라면 46억 년 동안 빛나며 잃은 양은 약 6.2 × 10²⁶kg으로, 지구 약 100개 분량이지만 태양의 약 0.03%에 불과해요. 태양풍은 태양이 생긴 이후 처음 질량의 약 0.01%를 실어 갔어요. 어린 태양은 태양풍이 더 강해서 태어날 때 질량의 1~7%를 잃었을 수도 있다는 연구도 있지만, 아직 결론이 나지 않았어요.

태양은 약 46억 살로, 일생의 절반을 조금 못 지났어요. 클라우스페터 슈뢰더와 로버트 코넌 스미스의 태양 모형(2008)에 따르면, 태양은 약 100억 살에 주계열을 벗어나는데, 그때도 질량은 지금과 거의 같아요.

그다음 적색거성으로 부풀면서 바깥층이 훨씬 빠르게 날아가요. 약 76억 년 뒤 적색거성가지 끝에 이르면 태양 질량의 0.332를 잃고 약 1.33 × 10³⁰kg이 남아요. 끌어당기는 힘이 약해지면서 행성 궤도가 넓어지지만, 같은 연구에 따르면 지구는 그래도 삼켜져요.

남는 건 태양 질량의 0.5405, 약 1.08 × 10³⁰kg인 백색왜성이에요. 지금보다 46% 가벼워요.