청소년을 위한 교양 천문학: 핵융합

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 09월 05일 출간

작품소개

책소개

우주의 모든 별들이 수십억 년 동안 끊임없이 빛을 내며 타오르는 원동력은 바로 핵융합입니다. 이 책은 원자의 기본 구조부터 시작하여 핵융합이라는 우주 최고의 에너지원이 어떻게 작동하는지를 체계적으로 탐구합니다. 고대 그리스 철학자 데모크리토스가 상상했던 원자의 개념이 러더퍼드의 금박 실험을 거쳐 현대 원자 모델로 발전하는 과정을 따라가며, 원자핵 내부에서 일어나는 놀라운 현상들을 하나씩 풀어냅니다. 아인슈타인의 질량-에너지 등가원리가 어떻게 핵융합의 비밀을 여는 열쇠가 되었는지, 그리고 양성자와 중성자가 어떻게 상호작용하여 새로운 원소를 만들어내는지를 명확하게 설명합니다.

태양이 매 순간 400만 톤의 질량을 에너지로 변환하며 45억 년 동안 지속적으로 빛나고 있다는 사실은 19세기 과학자들에게는 풀 수 없는 수수께끼였습니다. 이 책은 헬름홀츠-켈빈 수축설의 한계를 극복하고 태양 에너지의 진정한 원천을 밝혀낸 20세기 천체물리학의 위대한 발견들을 소개합니다. 한스 베테가 발견한 양성자-양성자 연쇄반응과 CNO 순환 과정을 통해 4개의 수소 원자핵이 어떻게 1개의 헬륨 원자핵으로 변환되는지, 그리고 이 과정에서 방출되는 막대한 에너지가 어떻게 태양을 안정적으로 유지시키는지를 자세히 다룹니다. 또한 태양 내부에서 생성되는 중성미자를 통해 핵융합 과정을 직접 관측할 수 있게 된 현대 과학의 성과도 함께 설명합니다.

우주에 존재하는 탄소, 산소, 철을 비롯한 모든 무거운 원소들은 별의 내부에서 일어나는 핵융합 반응을 통해 만들어졌습니다. 이 책은 헬륨 연소를 통한 탄소 합성부터 시작하여 규소 연소를 통한 철족 원소 생성까지, 별의 진화 과정에서 일어나는 다양한 핵융합 반응들을 단계별로 설명합니다. 초신성 폭발이 어떻게 철보다 무거운 원소들을 우주 공간으로 확산시키는지, 그리고 중성자별 충돌에서 일어나는 r-과정을 통해 금과 백금 같은 귀금속들이 어떻게 만들어지는지도 상세히 다룹니다. 빅뱅 직후 20분 동안 일어난 원시 핵합성부터 현재까지 이어지는 우주의 화학적 진화 과정을 통해, 독자들은 자신의 몸을 구성하는 원소들이 어떻게 별의 내부에서 만들어졌는지 알 수 있습니다.

현재 전 세계 과학자들이 지상에서 태양을 재현하려는 인공 핵융합 연구에 매진하고 있으며, ITER 프로젝트를 통해 무한 청정에너지원 개발에 한 걸음 더 다가서고 있습니다. 이 책은 토카막과 레이저 핵융합 등 다양한 접근 방식을 소개하며, 핵융합 에너지 상용화가 인류에게 가져다줄 변화를 전망합니다. 또한 제임스 웹 우주망원경과 같은 첨단 관측 기술을 통해 외계행성의 대기 조성을 분석하고 생명체의 흔적을 찾는 연구도 다룹니다. 우주의 먼 미래에 마지막 별이 꺼지는 시나리오까지 포함하여, 핵융합이라는 관점에서 바라본 우주의 과거와 현재, 그리고 미래를 종합적으로 이해할 수 있도록 구성되었습니다.

목차

1. 원자의 비밀과 핵의 발견
2. 태양이 빛나는 진짜 이유
3. 수소가 헬륨으로 변하는 마법
4. CNO 순환의 놀라운 발견
5. 별의 내부 구조와 평형
6. 태양 중성미자의 미스터리
7. 주계열성의 생애와 진화
8. 헬륨 연소와 탄소 생성
9. 무거운 원소들의 탄생
10. 초신성 폭발의 장관
11. 중성자별의 극한 세계
12. s-과정과 r-과정의 비밀
13. 백색왜성과 신성 폭발
14. 빅뱅 핵합성의 비밀
15. 갈색왜성과 실패한 별들
16. 쌍성계의 핵융합 드라마
17. 초대질량 별과 쌍불안정
18. 중성자별 충돌과 킬로노바
19. 블랙홀과 강착 원반
20. 감마선 폭발의 수수께끼
21. 인공 핵융합의 도전
22. 태양풍과 자기 재결합
23. 행성상 성운과 원소 순환
24. 분자구름과 별 탄생
25. 은하의 화학적 진화
26. 외계행성과 생명체 탐색
27. 우주의 미래와 마지막 별

인물정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.