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태양계 내의 행성은 소행성궤도를 전 후하여 수성, 금성, 지구, 화성의 내행성과 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 외행성으로 나뉘어지는데, 이들은 각각 생성시기, 구성물질, 그리고 생성방법을 달리 한다.
명왕성(Pluto)는 2006 년 국제천문연맹에서 정의한 행성의 요건 세 가지;
1.태양 주위를 돈다.
2.충분한 질량을 가져서, 정역학적 평형을 유지할 수 있는 구형에 가까운 형태를 가지고 있다.
3.궤도 주변의 다른 천체를 쓸어내야 한다.
중 마지막 3 번 째 조건을 충족시키지 못해 왜행성(Dwarf Planet)으로 정의 됐다. 그리고, 명왕성은 행성들과 다르게 크게 기울어진 태양궤도를 가진다.
명왕성 궤도
목차
1. 원시초신성폭발(Primal Supernova)
2. 태양계 형성(Formation of Sun)
2.1. 전태양성운(Pre-solar Nebula)붕괴와 원시별(Protostar) 생성
2.2. 가스행성(Gas Giants) 생성
2.3. 지구형행성(Terrestrial Planets) 생성, 달 생성, 거대충돌, 물 생성
2.4. 소행성대 진화(Asteroid Belt)
2.5. 행성궤도 이전(Planetary Migration)
2.6. 후기대충돌(Late Heavy Bombardment)
3. 안드로메대은하와 충돌 시작(Galactic Collision and Planetary Disruption)
4. 태양 적색거성(Red Giant)으로 진화
5. 태양 백색왜성(White Dwarf)으로 진화
6. 태양 흑색왜성(Black Dwarf)으로 사망
7. 지나가는 항성에 의해 행성궤도 붕괴 / 태양계 사멸
1. 원시초신성폭발(Primal Supernova)
초신성(超新星, Supernova)은 플라스마로 이루어진 극도로 밝은 여러 종류의 항성 폭발을 가리키며, 폭발 뒤 수 주, 혹은 수개월에 거쳐 보이지 않게 된다. 초신성이 생겨나는 과정에는 크게 두 가지가 있는데, 하나는 질량이 큰 별이 중심핵에서 더 이상의 핵융합 에너지 생성을 중단하고, 자체 중력에 의해 중앙으로 붕괴하는 것이며, 다른 하나는 백색왜성이 동반성으로부터 물질을 흡수하고는 마침내 열핵 폭발을 하는 것이다. 어느 경우로 생기는 초신성 폭발이라도 엄청난 양의 항성 물질을 강력한 힘으로 분출한다.폭발은 초신성 잔해를 형성하며 폭발파를 주변의 우주로 내보낸다. 초신성 폭발은 산소보다 무거운 화학 원소의 주요 공급원이며, 많은 중요한 원소들의 유일한 공급원이다. 초신성은 이러한 무거운 원소들을 성간매질(星間媒質)에 주입하며, 별형성의 근간이 되는 분자구름을 농축한다.
이러한 농축 과정이 바로 45억 년 전에 태양계를 형성하고 궁극적으로는 지구의 모든 생명을 가능하게 한 것이다.
NGC 4526 은하계에서 관측된 SN 1994D, 1a 수퍼 노바(왼쪽 아래)
신성(新星)을 가리키는 "Nova"는 라틴어로 "새로운"이라는 의미이며, 이는 천구(天球)에 새로이 밝게 빛나는 별이 나타났음을 가리킨다. 접두어인 "초(超)"는 일반적인 신성과 두드러지는 차이가 나며, 즉 더욱 밝아지는 것을 나타낸다. 하지만, 초신성이 새별이라는 것은 잘못된 의미며, 오히려 별의 죽음을 나타낸다.
2. 태양계 형성(Formation of Sun)
2.1. 전태양성운(Pre-solar Nebula)붕괴와 원시별(Protostar) 생성
성운이론(Nebular Hypothesis)에 따르면 태양계는 폭이 수 광년에 이르는 분자구름(Molecular Cloud)의 일부분이 중력붕괴(Gravitational Collapse )를 일으켜 생겨났다. 초신성폭발에서 나온 충격파가 태양성운(태양계를 형성한 분자구름)의 밀도를 증가시켰고, 중력붕괴를 일으켰다. 이 중력붕괴가 일어난 부분(전태양성운)이 태양이 되었다.
성운은 붕괴하면서 회전 속도가 빨라졌다. 성운 내 물질이 뭉치면서, 물질 내부에 있는 원자는 더욱 자주 충돌하기 시작해 열 형태로 에너지를 방출하게 된고, 성운 물질의 대부분이 모여 있는 중앙부는 주변원반부에 비해 점점 더 뜨거워 진다. 약 10만 년에 걸쳐 중력, 가스의 압력, 자기장, 원반의 회전 등으로 발생한 에너지 때문에 압축되어 있던 성운은 평평해지면서 반지름 200 천문단위 정도에 이르는, 회전하는 원시행성계원반(Protoplanetary Disc)으로 진화한다. 그리고 그 중앙부에는 뜨겁고 밀도 높은 원시별(Protostar)이 생겨난다.
원시행성계원반(Protoplanetary Disc)
2.2. 가스행성(Gas Giants) 생성
태양이 생겨나고 남은 가스 구름 및 먼지로 이루어진, 원시행성계원반에서 여러 행성이 생성되었다고 여겨진다. 현재 인정받는 행성 생성 이론은 강착(降着, Accretion) 이론이다. 강착 이론에 의하면, 행성들은 중심부의 원시별 주위를 도는 먼지 알갱이들이 뭉치면서 생겨났다. 이 알갱이들은 직접 서로 충돌하면서 지름이 1~10킬로미터에 이르는 천체, 곧 미행성(Planetesimals)으로 자라난다. 이 미행성은 작은 천체를 빨아들이면서 수백만 년에 걸쳐 커진다.
목성형 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 가스행성, Gas Giants)은 동결선(화성과 목성 궤도 사이이며, 동결선 바깥쪽부터는 태양 광선이 약하기 때문에 얼음 화합물이 고체로 존재할 수 있다.) 바깥쪽에서 생겨났다. 목성형 행성을 만든 얼음 물질은 규산염 암석이나 금속보다 훨씬 더 흔한 존재였기 때문에 쉽게 크게 자라났고, 질량이 커지면서 주변의 수소와 헬륨(우주에서 가장 흔한 원소들)을 효과적으로 끌어당길 수 있었다. 동결선에는 태양 쪽으로 끌려가는 얼음 물질로부터 증발한 많은 양의 물이 축적되었고, 압력이 낮아져 태양 주위를 도는 먼지의 속도가 증가하였으며, 따라서 이들은 태양으로 끌려가지 않게 되었다. 동결선은 태양에서 5 천문단위 거리에 있는 물질이 빠르게 뭉칠 수 있는 보호벽의 역할을 했다. 목성은 지구 질량의 318배까지 커지게 됬다. 토성은 목성이 생겨난 지 수백만 년 후 형성되었고, 이 시기에는 남은 가스 물질이 적었기 때문에 목성보다 작은 질량을 지니게 되었다.
천왕성과 해왕성은 목성과 토성이 생긴 뒤, 강력한 태양풍(Solar Wind)이 원반에 있던 물질 대부분을 쓸어 버렸을 때 형성되었다고 여겨진다. 남은 물질이 적었기 때문에 이들 둘은 적은 양의 수소와 헬륨(각각 지구 질량의 1배가 안 될 정도)만을 모을 수 있었다. 천왕성과 해왕성은 종종 ‘중심핵 성장에 실패한 존재’로 언급된다. 이 둘의 생성 이론에서 가장 중요한 문제점은 이들이 생성되는 데 필요했던 시간이다. 현재 위치에서 천왕성과 해왕성이 지금 크기로 커지려면 1억 년 정도는 걸렸을 것이다. 따라서 천왕성과 해왕성은 지금보다 태양에서 더 가까운 곳—어쩌면 목성과 토성 사이—에서 생겨났을 것이며, 그 뒤 바깥쪽으로 궤도를 옮겼으리라 추측하고 있다. 미행성이 모두 태양 쪽으로 이동하지는 않았다. 스타더스트 탐사선이 코멧 와일드 2에서 채취한 성분을 분석한 결과, 초기 태양계가 생겨날 때의 물질은 따뜻한 태양계 안쪽 지대에서 카이퍼 대(Kuiper Belt)로 이동했던 것으로 밝혀졌다.
이 후 젊은 태양에서 방출되는 태양풍은 원시행성계원반 내에 있던 모든 가스와 먼지를 성간 공간으로 불어 날렸고, 행성들의 성장은 끝을 맺게 되었다.
태양과 외행성
2.3. 지구형행성(Terrestrial Planets) 생성, 달 생성, 거대충돌, 물 생성
태양과 가까운 지역은 온도가 높아서 물이나 메테인과 같은 휘발성 분자들이 압축될 수 없었기 때문에, 여기서 생겨난 미행성들은 금속류(철, 니켈, 알루미늄) 및 규산염 암석 등과 같이 녹는점이 높은 물질로만 이루어지게 되었다. 이런 암석 천체는 종국적으로 수성을 비롯한 금성, 지구, 화성과 같은 지구형 행성이 되었다. 지구형 행성을 이루는 물질은 우주에서 매우 희귀한 존재이기 때문에(성운 질량의 0.6퍼센트에 불과하다.), 지구형 행성은 크게 자라날 수가 없었다. 아기 암석 행성은 현 지구 질량의 약 10퍼센트 수준까지 자랐고, 태양 생성 후 약 10만 년 동안 물질을 끌어모으는 것을 멈췄다. 이후 이들은 충돌하고 뭉쳐지는 과정을 다시 시작했고, 지금의 크기로 자라나게 된다. 이들보다 바깥쪽에 있던 미행성 물질은 목성의 중력 효과 때문에 서로 뭉칠 수 없었고 소행성대로 잔존하게 되었다.
행성 생성 시기의 마지막 즈음에, 지금의 내행성 궤도에는 달에서 화성 질량 정도 되는 50개에서 100개에 이르는 원시 행성이 가득했다. 당시 수준에서 더 크게 성장하려면 이들끼리 충돌하고 합쳐지는 것밖에는 다른 수단이 없었으며, 이 충돌 과정은 약 1억 년 동안 지속되었다. 이들 원시 행성은 서로 중력으로 영향을 미쳤을 것으로 보이며, 각자의 공전 궤도를 끌어당기면서 서로 충돌하였으며, 우리가 지금 아는 네 개의 지구형 행성의 크기가 될 때까지 커졌다. 달(Moon)은 한 번의 거대한 충돌로 생겨났다고 여겨진다. 이러한 이론에서 풀리지 않은 점이라면, 이 모형은 원시 지구형 행성의 초기 궤도가 어땠는지를 설명할 수 없다는 것이다. 서로 자주 충돌하려면 궤도의 이심률이 매우 높아야 하는데, 어떻게 지금의 안정적이고도 원에 가까운 궤도로 정착되었는가를 설명할 수 있어야 한다. 이렇게 이심률이 낮아진 원인을 설명하는 한 이론으로, 지구형 행성은 태양에서 탈출하지 못한 가스 원반에서 생겨났다는 설이 있다. 이 잔여 가스 내에서 중력마찰(Gravitational Drag)이 발생하여 행성의 에너지를 감소시켰고, 공전 궤도를 원에 가깝게 만들었다. 그러나 만약 이런 가스가 존재했다면 처음 생성 시기부터 암석 행성들의 궤도가 찌그러지는 것을 막았을 것이다. 또 다른 이론으로, 동역학적 마찰은 행성과 잔여 가스 사이에 일어난 것이 아니라 행성과 남아 있던 작은 천체 사이에 일어났다는 것이 있다. 행성들이 작은 천체가 많이 몰려 있는 곳 사이를 헤치고 다니는 과정을 통해, 작은 천체들은 행성 측으로 끌려가면서 밀도가 높은 지대를 형성했고, 이들의 중력으로 큰 천체의 궤도를 보다 안정적인 형태로 바꾸었다는 것이다.
내행성에 거대 충돌이 일어나던 시기, 내행성으로 흩어져 날아 들어온 소행성 물질로부터 지구에 물(~6×10^21킬로그램)이 공급되었을 것으로 보인다. 물은 휘발성이 강해서 지구가 생겨난 장소에서는 액체 상태로 존재할 수 없었다. 따라서 물은 더 차가운 바깥쪽 궤도에서 온 천체를 통해 공급되었을 것이다. 물은 아마도 목성 때문에 흩어진 소행성대에 있던 작은 미행성 또는 원시 행성이 지구로 운반하였을 것이다. 2006년 발견된 주띠 혜성 집단은 지구에 물을 공급했던 유력한 원천으로 여겨진다 반대로 카이퍼 대 혹은 더 먼 곳에서 온 혜성들이 지구에 가져온 물의 양은 현재 지구 상 물의 양의 6 퍼센트를 넘지 않는다.
내행성
2.4. 소행성대 진화(Asteroid Belt)
지구형 행성 지대 외곽에 존재하는 부분을 소행성대라고 부른다. 소행성대에는 원래 지구 두세 개는 만들 정도의 물질이 있었으며, 많은 수의 원시행성이 이곳에서 생겨났을 것이다. 지구형 행성과 같이 이 지역에 있던 미행성들은 달에서 화성 정도 질량에 이르는 원시 행성 20~30개 정도로 자라났다. 그러나 소행성대에서는 목성 및 토성과의 궤도 공명이 특히 강했고, 보다 질량이 큰 원시 행성들과의 중력적 상호 작용으로 많은 미행성은 공명 현상을 보이면서 흩어졌다. 목성의 중력은 이러한 공명 상태에 있는 천체들의 공전 속도를 증가시켜 흩어지게 하여, 서로 뭉치기보다는 충돌하게 하였다.
목성이 탄생하고 태양에 더욱 가까운 곳으로 궤도를 옮기면서, 궤도 공명 때문에 소행성대의 천체들은 흩어졌을 것이며, 동역학적으로 소행성대의 천체들의 궤도는 불규칙해졌고, 서로에 대한 공전 속도는 올라갔을 것이다.원시 행성들의 궤도 공명으로, 소행성대에 존재했던 미행성들은 흩어졌거나 혹은 궤도 경사각과 궤도 이심률이 불규칙해졌다. 이 원시 행성 중 일부는 목성의 중력에 이끌려 원래의 궤도에서 이탈하게 되었고, 나머지는 내행성 지대로 궤도를 옮겼으며, 이로써 지구형 행성의 마지막 강착 단계가 이루어진다. 이 ‘첫 번째 고갈의 시기(Depletion Period )’ 동안, 가스 행성 및 원시 행성은 소행성대에 있던 물질(대부분 작은 미행성으로 구성되어 있었음)을 현재 지구 질량의 1퍼센트 수준만 남기고 다 흩어져 버렸다. 그럼에도, 아직 이때 소행성대에는 지금보다 10~20배는 많은 물질이 존재하고 있었다. 지금 남아 있는 소행성대 물질의 총 질량은 지구의 2천 분의 1 수준이다. ‘두 번째 고갈의 시기’는 목성과 토성이 일시적인 2 대 1 궤도 공명(아래 참고)을 보이면서 찾아왔다고 추측되며, 이때 소행성대에 있던 물질은 현재 남아 있는 수준을 제외하고 다시 한 번 흩어져 나갔다.
2.5. 행성궤도 이전(Planetary Migration)
성운 이론에 따르면 가스 행성 네 개 중 바깥쪽에 있는 천왕성과 해왕성은 ‘잘못된 위치’에 있는 존재이다. 이들 둘은 이론에 의하면 태양성운의 농도가 희박해지는 지대에 자리 잡고 있으며, 공전 주기가 길어서 성운 이론으로는 지금과 같은 크기로 자라났음을 설명할 수 없다. 따라서 이들은 원래 목성과 토성 근처 궤도에 있었으나, 이후 수억 년에 걸쳐 현재의 위치로 궤도를 바깥쪽으로 옮겼다고 여겨진다.
이들 두 행성이 이동했다는 가설을 통해 현재 태양계 최외곽 지대의 구성에 대한 의문을 해명할 수 있다. 해왕성 너머에는 카이퍼 대, 산란 분포대, 오르트 구름의, 작은 얼음 덩어리로 이루어진 성긴 천체의 집단이 있으며, 이들로부터 우리가 관측하는 혜성이 생겨나는 것으로 보인다. 이들 집단은 태양에서 멀리 떨어져 있었기 때문에 뭉치는 속도가 느렸고, 태양 성운이 흩어지기 전에 행성 규모로 자랄 수 없었다. 또한, 이 지대에는 애초부터 행성을 구성할 정도로 충분한 양의 물질도 있지 않았다. 현재 카이퍼 대는 태양에서 30~55천문단위에 이르는 지역에 있으며, 산란 분포대는 100 천문단위까지, 오르트 구름은 50,000 천문단위까지 펼쳐져 있다. 그러나 원래 카이퍼 대는 지금보다 더 밀도가 높았고, 태양에 가까이 있었으며, 그 거리는 바깥쪽 경계면이 태양에서 약 30 천문단위, 안쪽 경계면은 15~20 천문단위 정도였다고 추측하고 있다. 이 안쪽 경계면보다 더 안쪽에는 천왕성과 해왕성이 지금보다도 더 태양에 가까운 곳을 돌고 있었으며, 지금과는 달리 천왕성이 해왕성보다 더 바깥쪽에 있었다.
태양계가 태어난 이후 많은 미행성 및 그들 서로 중력 섭동은 가스 행성 네 개의 궤도를 천천히 바꾸어 왔다. 태양계 탄생 후 약 5~6억 년이 흘러, 목성과 토성의 궤도는 2:1 공명 상태를 보이게 되었다(이는 목성이 태양을 두 번 돌 동안 토성이 한 번 돈다는 의미이다.). 이로 말미암아 두 행성은 바깥쪽 천체들을 중력적으로 압박했으며 해왕성은 천왕성 바깥으로 물러나, 당시 존재했던 카이퍼 대 한가운데 자리 잡게 되었다. 천왕성과 해왕성은 작은 얼음 천체들을 태양계 안쪽으로 이동시켰으며, 대신 자신들은 바깥쪽으로 궤도를 옮겼다. 이들 미행성 천체는 안쪽으로 이동하고 같은 식으로 안쪽에 있던 행성들의 궤도를 태양에서 더 멀리 떨어진 곳으로 옮기고, 대신 자신들은 태양 쪽으로 더 가까이 접근하게 되었다. 이 과정은 목성이 자신의 강한 중력으로 이들 미행성을 이심률이 높은 공전 궤도 상태로 바꾸거나 또는 태양계 밖으로 내치면서 끝을 맺게 된다. 목성도 미행성과의 상호 작용으로 궤도를 좀 더 안쪽으로 옮기게 되었다. 이때 이심률이 큰 공전 궤도를 그리게 된 천체들이 지금의 오르트 구름이며, 해왕성이 바깥쪽으로 이동하면서 오르트 천체보다 덜한 이심률을 보이게 만든 천체가 지금의 카이퍼 대이다. 이 가설에 따르면, 현재 오르트 구름과 카이퍼 대가 가진 작은 질량을 설명할 수 있다. 분산된 천체 중 명왕성과 같은 부류는 해왕성의 궤도와 중력적으로 묶였으며, 궤도 공명 상태를 보이게 되었다. 결국, 미행성 원반 내에서의 마찰함으로써 천왕성과 해왕성의 궤도는 다시금 원형에 가까운 모습을 하게 되었다.
외행성계와는 달리, 내행성의 궤도는 태양계의 탄생 이래로 크게 변하지 않았다고 여겨진다. 그 이유는 이들의 궤도는 대충돌 시기를 지나면서도 변하지 않았기 때문이다.
행성궤도 이전(Planetary Migration)
Simulation showing the outer planets and the Kuiper belt:
a) 목성-토성의 궤도 공명 이전 카이퍼 벨트
b) 해오앙성 궤도 전이 후 카이퍼 벨트 내 천체가 외행성궤도 내로 진입
c) 카이퍼 벨트 내 천체가 목성에 의해 외행성궤도 밖으로 날려감
2.6. 후기대충돌(Late Heavy Bombardment)
외행성들은 자리를 옮기면서 중력적으로 수많은 소행성을 흩어 내행성 지대로 위치를 옮기게 하였으며, 원래 있던 물질 상당량을 고갈시켜 지금처럼 아주 적은 양의 물질만 남겨 놓았다. 이 사건이 지금으로부터 40억 년 전(태양계가 생겨나고 5~6억 년 뒤)에 있었던 후기 대충돌의 원인이 되었을 것이다. 이 후기 대충돌은 수억 년 동안 이어졌고, 그 증거는 지질학적으로 죽은 천체인 달이나 수성 표면에 있는 많은 충돌구(운석 구덩이, 크레이터)를 통해 입증되었다. 가장 오래된 생명체의 흔적은 지금으로부터 약 38억 년 전으로 거슬러 올라가는데, 이때는 후기 대충돌이 그치던 시점과 거의 일치한다.
외부 태양계의 진화는 태양 근처에서 초신성이 폭발했거나, 또는 태양계가 성간 구름을 통과함으로써 영향을 받았다고 보인다. 외부 태양계 천체의 표면은 태양풍, 작은 운석, 성간 물질 내 중성 성분과 부딪혀 우주 풍화 과정을 겪은 것으로 보인다.
후기 대충돌 이후 소행성대의 진화는 주로 충돌로써 이루어졌다. 질량이 큰 천체는 충돌을 심하게 겪어도 자체 중력 때문에 갖고 있던 물질을 잃지 않는다. 그러나 소행성은 질량이 작아서 충돌하여 산산조각으로 깨지고 흩어졌다. 현재 몇몇 소행성 주위를 도는 소행성 위성은 충돌하여 본체에서 떨어져 나갔으나, 본체의 중력에서 완전히 탈출하지 못한 존재로 여겨진다.
운석구(Meteo Crator, Arizona)
3. 안드로메대은하와 충돌 시작(Galactic Collision and Planetary Disruption)
대부분의 은하가 우리 은하로부터 멀어져 가고 있지만, 국부 은하군 중 가장 큰 은하인 안드로메다은하는 초속 120킬로미터의 속도로 우리 은하를 향해 접근하고 있다. 약 24억 년 후 안드로메다와 우리 은하는 충돌할 것이며, 천문학자들은 이와 같은 쌍방의 형태 변화가 일어날 때 우리 태양계가 우리 은하의 중력권에서 탈출할 가능성이 12퍼센트이며, 안드로메다은하의 중력권에 편입될 가능성이 3퍼센트라고 보고 있다.결국, 약 30억 년 후 우리 은하와 안드로메다는 완전히 합쳐져서 거대한 타원 은하가 될 것이다. 합쳐지는 동안 중력이 늘어나며, 이로써 가스의 양이 충분하면 가스는 새로 생겨나는 타원 은하의 중심부로 끌려갈 것이다. 그 때문에 폭발적 항성생성으로 불리는, 항성 탄생의 빈도가 매우 높아지는 현상이 발생할 것이다. 여기에 은하 중심을 향해 떨어지는 가스는 새로 태어난 블랙홀을 활동 은하로 바꿀 것이다. 이러한 상호 작용으로 발생하는 힘은 태양계를 새로운 은하의 바깥쪽 헤일로로 이동시킬 것이다.
4. 태양 적색거성(Red Giant)으로 진화
태양 중심핵에 있던 모든 수소 연료는 헬륨으로 치환된다. 이제 중심핵은 더는 내리누르는 압력을 이기지 못해 수축하기 시작하며, 중심핵이 수축하면서 중심핵 바깥쪽의 온도가 수소를 태울 정도로 높아진다. 이 과정이 심화하면서 태양의 외곽층은 막대하게 부풀어 오르게 되며, 적색거성으로 불리는 진화 단계에 접어들게 된다. 76억 년 후 태양의 외곽층은 지금 태양 반지름의 256배까지 팽창할 것이다. 태양은 적색 거성 단계에서 항성풍 형태로 원래 지녔던 질량의 10분의 1을 날려 보낸다. 태양이 팽창하면서 수성은 태양으로 빨려 들어가며, 금성도 같은 운명을 겪을 가능성이 있다. 지구의 운명은 확실하지 않다. 태양은 250배 수준에서 11배 수준까지 반지름이 줄어든다. 밝기 역시 3천 배에서 54배로 감소하며, 표면 온도는 올라간다. 점진적으로 태양 중심핵 바깥쪽에서 연소한 수소는 중심핵의 질량을 현재 태양 질량의 45퍼센트까지 증가시킨다. 이 시점에서 중심핵 부분의 온도와 밀도는 매우 높은 단계에 이르고, 헬륨 연소로 탄소가 생성되는 단계로 넘어가게 되며, 헬륨 섬광 현상이 발생하게 된다. 태양은 현재의 250배 수준에서 11배 수준까지 반지름이 줄어든다. 밝기 역시 지금의 3천 배에서 54배로 감소하며, 표면 온도는 올라간다. 태양은 주계열성 상태일 때 중심핵에서 수소를 태우듯, 중심부에서 안정적으로 헬륨을 태우는 단계로 진입한다. 이후 다시 바깥쪽 층으로 연료를 태우는 장소를 옮기게 되는데, 이 때문에 항성의 부피는 다시 확장되며 태양의 밝기는 다시 상승하며 현재의 최고 5000배까지 밝아지고 표면 온도는 내려간다. 이후 태양의 외곽층은 대량의 물질을 우주 공간으로 뿌리면서 두 번째 적색거성 시기에 태양은 30퍼센트의 질량을 잃게 되며 백색왜성으로 진화하게 된다. (첫 번째 적색거성 시기에 10%, 두 번째 적색거성 시기에는 남은 질량의 30%를 잃게 된다. 백색왜성으로 진화하게 되면 현재 질량의 62%까지 줄어든다.) 태양이 뿌리는 물질은 핵융합 작용으로 만든 헬륨과 탄소로, 이들은 성간 물질이 되어 향후 태어날 별들의 재료가 된다.
5. 태양 백색왜성(White Dwarf)으로 진화
결국, 태양이 진화를 마치고 남기는 것은 백색 왜성이다. 백색 왜성은 밀도가 매우 높아서 질량은 원래 태양의 62퍼센트 정도이나, 부피는 지구와 비슷할 것이다. 백색 왜성은 처음에는 지금의 태양보다 150배 더 밝다. 백색 왜성은 탄소와 산소 축퇴 물질로 이루어져 있으나 이들을 태울 정도로 뜨겁지는 않다. 따라서 백색 왜성은 서서히 식으면서 점점 어두워진다.
6. 태양 흑색왜성(Black Dwarf)으로 사망
태양이 죽어가는 과정에서 행성, 혜성, 소행성에 미치는 중력은 점차 약해진다. 살아남은 행성 전부 현재 궤도보다 뒤로 물러날 것이다. 하지만 이때는 내행성은 존재하지 않고 가장 가까운 행성은 목성일 것이다. 태양이 두번의 적색거성시기에 걸쳐 내행성을 삼켜버렸기 때문이다. 백색왜성은 스스로 에너지를 생성할 수 없다. 따라서 모든 행성은 어둡고 얼어붙은, 생명체가 살 수 없는 환경이 될 것이다. 행성들은 태양 주위를 계속 돌지만, 공전 궤도가 커졌기 때문에 공전 속도는 느려진다. 태양 중심핵에 있는 탄소 및 산소도 온도가 떨어진다. 그 결과 태양 원래 질량의 90퍼센트 정도가 결정체 구조로 된다. 이 후 태양은 더는 빛을 내지 않는 흑색 왜성이 되어 시야에서 사라질 것이다.
7. 지나가는 항성에 의해 행성궤도 붕괴 / 태양계 사멸
두 은하가 부딪히면 태양계 행성들의 궤도가 엉망이 된다는 것은 잘못된 생각이다. 행성계 근처를 다른 항성이 지나갈 때 행성들을 성간 공간으로 날려 버릴 수 있지만, 우리 은하와 안드로메다은하가 충돌하더라도 별과 별 사이 거리는 매우 멀어서 그러한 충돌이 태양계에 영향을 미칠 확률은 무시해도 좋을 정도이다. 그러나 시간이 흐르면서 항성이 태양계 근처를 지날 누적 확률은 증가하며, 그 때문에 행성의 궤도가 엉망이 될 가능성은 피할 수 없게 된다. 계산에 따르면, 어떤 항성이 죽은 태양 근처를 지나가면서 행성들을 이탈시키는 사건은 1천조 년 후 발생한다고 한다. 이 사건이 발생할 경우, 그때가 태양계가 종말을 맞는 시점이 될 것이다. 그러나 이와 같은 일이 벌어지기 전까지 태양과 행성들이 어떻게든 살아남는다면, 태양계는 계속 존속하는 셈이 된다.
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