행성 너머에는 무엇이 있는가?

행성 엑스. 이것은 천문학자 퍼시벌 로웰이 해왕성 너머에서 궤도를 따라 돌고 있을 것으로 추정한, 발견되지 않은 행성에 붙인 이름입니다. 그는 1905년에 애리조나 주 플랙스탭에 있는 자신의 관측소에서 행성 엑스를 탐사하기 시작하였습니다. 로웰은 행성 엑스를 발견하기 전에 죽었지만 그가 시작한 탐사는 계속되었습니다. 마침내 1930년에 로웰의 관측소에서 클라이드 톰보가 명왕성을 발견하였습니다. 행성 엑스가 실제로 있었던 것입니다!

곧 이어 천문학자들은 ‘또 다른 행성 엑스가 있지 않을까?’ 하고 궁금해하기 시작하였습니다. 그 후 60년 동안이나 열띤 탐사를 계속해 오던 중, 근년에는 우주선을 사용하여 탐사하기에 이르렀습니다. 수많은 소행성과 별과 은하와 성운은 발견하였지만 새로운 행성은 발견하지 못하였습니다.

하지만 탐사하는 일은 중단되지 않았습니다. 과학자들은 새로운 과학 기술과 고성능 망원경을 사용하여 육안으로 볼 수 있는 것보다 수백만분의 일 정도로 희미한, 궤도 선회 천체들을 찾아내기 시작하였습니다. 마침내 그들의 노력은 성과를 거두었습니다. 놀랍게도 이제 명왕성 너머에 있는 소행성들을 수십 개나 보게 된 것입니다!

그 소행성들은 정확히 어디에 있는 것입니까? 아직도 얼마나 더 발견할 수 있습니까? 그런 소행성들이 우리의 태양계 내에서 가장 멀리 있는 천체입니까?

가장 멀리 있는 천체

태양계는 태양 주위를 선회하는 아홉 개의 행성으로 이루어져 있습니다. 그에 더하여, 암석으로 된 수천 개의 소행성이 공간을 돌고 있는데, 대부분 화성과 목성 사이에 일종의 띠를 이루는 부분에 있습니다. 또한 약 1000개에 달하는 혜성도 발견되었습니다.

그 중에서 태양에서 가장 먼 거리를 여행하는 천체는 어느 천체입니까? 단연 혜성이라고 말할 수 있습니다.

“혜성”에 해당하는 영어 단어(comet)는 그리스어 단어 코메테스에서 유래하였는데, 그 말은 “머리카락이 긴”을 의미하며 혜성의 밝은 머리 부분 뒤로 휘날리는 긴 꼬리를 가리킵니다. 혜성은 수많은 미신과 공포의 근원이 되어 왔습니다. 아직도 관측자들은 혜성이 오는 것을 두고 유령이 찾아온다고 말합니다. 이는 과거에 혜성이 유령 같은 물체라고 믿은 데서 유래한 것입니다. 무엇 때문에 혜성을 몹시 두려워하게 되었습니까? 한 가지 이유는 혜성이 나타날 때 이따금 끔찍한 사건이 터지곤 하였기 때문입니다.

혜성 때문에 여전히 광신적 행위가 빚어집니다. 1997년 3월에 헤일-봅 혜성이 태양에 다가갈 때 미국 캘리포니아 주에서 사교 집단인 ‘천국의 문’ 신도 39명이 집단 자살을 하였습니다. 무엇 때문입니까? 그 혜성 뒤에 숨어 있을 것으로 여긴 외계 우주선이 와서 자기들을 데리고 갈 것이라고 기대하였기 때문입니다.

그렇다고 모두가 혜성을 불합리한 시각으로 보는 것은 아닙니다. 기원전 4세기에 아리스토텔레스는 혜성이 하늘 높이 있는 발광 가스 구름이라고 말하였습니다. 몇 세기 뒤에 로마의 철학자 세네카는 혜성이 궤도를 도는 천체라고 식견 있는 견해를 제시하였습니다.

망원경이 개발되고 뉴턴이 중력의 법칙을 발견하자 혜성 연구는 좀더 정밀한 학문이 되었습니다. 1705년에 에드먼드 핼리는 혜성들이 긴 타원 궤도를 따라 태양 주위를 돈다고 확언하였습니다. 그뿐만 아니라 그는 1531년과 1607년, 1682년에 나타난 혜성들이 모두 비슷한 궤도를 그리고 돌았으며 약 75년의 일정 주기로 구별된다고 지적하였습니다. 핼리는 그 혜성들이 궤도를 따라 도는 동일한 혜성이 각기 다른 시기에 나타난 것임을 정확하게 지적한 것입니다. 나중에 그 혜성은 핼리 혜성이라고 명명되었습니다.

이제 연구가들은 혜성에 일반적으로 지름이 1 내지 20킬로미터인 단단한 핵이 있음을 알고 있습니다. 그 핵은 대부분 먼지 섞인 얼음으로 이루어진 더러운 검은 빙산 같다고 묘사하는 것이 적절할 것입니다. 1986년에 지오토 우주선이 핼리 혜성을 찍은 근접 사진을 보면, 혜성에서 기체와 먼지가 방출되는 것이 보입니다. 이렇게 방출되는 기체와 먼지가 지구에서는 혜성의 밝은 머리와 꼬리를 이루는 것으로 보입니다.

혜성족

궤도를 따라 태양 주위를 도는 혜성에는 두 종류가 있습니다. 혜성은 궤도 선회 주기를 근거로 즉 태양 주위를 한 바퀴 공전하는 데 걸리는 시간을 근거로 분류합니다. 핼리 혜성 같은 단주기 혜성은 태양 주위를 한 바퀴 도는 데 200년이 채 안 걸립니다. 이 혜성들은 황도와의 경사각이 그리 크지 않은 궤도를 따라 돕니다. 다시 말해서, 지구를 비롯한 여러 행성들이 태양 주위를 돌며 그리는 천구상(天球上)의 궤도면에 대해서 기울기가 그리 크게 나 있지 않은 궤도를 따라 돕니다. 단주기 혜성의 수는 십억 개나 될지 모르는데, 대부분 태양에서 수십억 킬로미터나 떨어져 있으며, 가장 바깥쪽에 있는 행성들인 해왕성과 명왕성 너머에서 궤도를 따라 돌고 있습니다. 그 중에는 때때로 엥케 혜성처럼, 행성 가까이 왔다가 그 궤도가 태양쪽으로 더 끌어당겨진 혜성들이 있습니다.

장주기 혜성의 궤도는 어떠합니까? 단주기 혜성과는 달리 장주기 혜성들의 궤도는 태양 주위 사방으로 제각각 뻗어 있습니다. 장주기 혜성 가운데에는 근년에 나타날 때 장관을 이룬 햐쿠타케 혜성과 헤일-봅 혜성이 있습니다. 그런데 이들 혜성은 앞으로 수천 년 안에는 돌아오지 않을 것입니다!

거대한 장주기 혜성군이 태양계의 외곽에서 돌고 있습니다. 이 무리를 오르트의 구름이라고 하는데, 이는 1950년에 처음으로 그것이 있다는 견해를 제시한 네덜란드의 천문학자의 이름을 딴 것입니다. 이 구름에는 혜성이 얼마나 많이 있습니까? 1조 개는 넘을 것이라고 천문학자들은 추산합니다! 그 중 일부 혜성은 태양에서 1광년 이상 떨어진 거리를 여행합니다.a 그런 거리라면 궤도를 한 바퀴 도는 데만도 1000만 년 이상은 족히 걸릴 것입니다!

수많은 소행성

서두에서 언급한 새로 밝혀진 소행성들은 명왕성 너머에 있는 자기들의 영역을 단주기 혜성들과 함께 사용합니다. 1992년 이래 천문학자들은 행성 같은 이들 소천체를 약 80개나 발견하였습니다. 지름이 100킬로미터가 넘는 소행성이 수만 개는 될 것입니다. 이들 소행성은 카이퍼 벨트를 이룹니다. 이 이름은 거의 50년 전에 이것이 존재할 것으로 추정한 과학자의 이름을 딴 것입니다. 카이퍼 벨트 천체들은 바위와 얼음의 조합물로 이루어져 있을 것입니다.

최근에 발견된 이 소행성들 때문에 태양계 내부를 보는 방식이 달라졌습니까? 정말 달라졌습니다! 이제 명왕성과 그 위성인 카론, 해왕성의 위성인 트리톤 및 태양계 내부에 있는 일부 얼음 천체들은 카이퍼 벨트에서 나온 천체로 여겨집니다. 일부 천문학자들은 명왕성이 더는 주요 행성이 아니라고 생각하기까지 합니다!

이들은 어디서 왔는가?

어떻게 해서 혜성과 소행성이 카이퍼 벨트에 많이 있게 되었습니까? 천문학자들은 시초에는 먼지 입자와 응축 얼음으로 된 구름이었던 것이 커져서 그런 물체가 되었다고 하는데, 그것들이 함께 붙어서 더 큰 물체를 형성하게 되었다고 합니다. 하지만 이 물체들은 너무 얇게 퍼져 있어서 거대 행성이 될 정도로 계속 커질 수는 없었습니다.

장주기 혜성들 역시 태양계의 주요 부분을 이루고 있습니다. 이 혜성들을 합하면 지구보다 40배나 큰 덩어리를 이룹니다. 이 혜성들은 대부분 태양계 역사 초기에 태양계 바깥쪽에 거대 가스 행성들이 있는 지역에서 형성된 것으로 여겨집니다.

무엇 때문에 이 혜성들이 지금처럼 태양에서 그토록 먼 궤도에 있게 되었습니까? 필시 목성 같은 거대 행성들이 가까이 오는 혜성들에게 미친 강력한 중력 섭동(攝動) 때문이었을 것입니다.

혜성 탐사

혜성들은 태양계에서 가장 원시적인 여러가지 물질로 이루어져 있습니다. 흥미진진한 이 천체들을 어떻게 더 탐사해 볼 수 있습니까? 이따금 혜성들이 태양계 내부로 들어올 때 자세히 연구해 볼 수 있습니다. 여러 우주 탐사 기관들은 앞으로 몇 년 동안 우주선을 많이 보내서 혜성을 탐사할 계획을 하고 있습니다.

우리의 태양계에서 무엇을 더 발견하게 될지 누가 알겠습니까? 멀리서 태양 주위를 돌고 있는 천체들에 대해 새로 발견하고 이해한 사실은 이사야 40:26에 기록된 성서 구절에 힘을 더해 줍니다. “너희는 눈을 높이 들어 누가 이 모든 것을 창조하였나 보라 주께서는 수효대로 만상을 이끌어 내시고 각각 그 이름을 부르시[느니라].”

[각주]

[27면 네모]

혜성과 유성우

장관을 연출하면서 공중을 가로지르는 유성을 보며 그것이 혜성에서 온 것인지 궁금하게 여겨 본 적이 있는가? 그러한 유성은 혜성에서 온 것일 수도 있다. 혜성이 태양에 다가갈 때 혜성의 얼음 핵이 점차 녹아서, 길게 줄이은 암석 알갱이들 곧 유성체들을 방출한다. 이 알갱이들은 혜성 꼬리에 있는 먼지처럼 가볍지는 않기 때문에 태양풍에 의해 우주 속으로 날려가지 않는다. 오히려 모(母)혜성의 궤도를 따라 태양을 선회하는 잔해물 띠를 형성한다.

해마다 지구는 이런 유성류(流星流)와 많이 마주치게 된다. 11월 중순이 되면 템플-터틀 혜성이 남긴 물질로 인해 사자자리 유성우가 나타난다. 이 유성우는 33년마다 현란하게 나타난다. 하늘을 관찰하는 사람들은 1966년에 사자자리 유성우를 보고서 일분당 2000개 이상의 유성을 보았다고 보고했는데, 정말 폭풍우나 마찬가지인 셈이다! 1998년에는 이 유성우가 눈부신 불덩어리 같은 모습을 연출하였는데, 금년 11월에도 분명히 볼 만할 것이다.

[24-6면 도해와 삽화]

1. 1997년의 헤일-봅 혜성

2. 에드먼드 핼리

3. 퍼시벌 로웰

4. 1985년의 핼리 혜성

5. 1910년의 핼리 혜성

6. 핼리 혜성에서 방출되는 기체와 먼지

[자료 제공]

1) Tony and Daphne Hallas/Astro Photo; 2) Culver Pictures; 3) Courtesy Lowell Observatory/Dictionary of American Portraits/Dover

4) Courtesy of Anglo-Australian Observatory, photograph by David Malin; 5) National Optical Astronomy Observatories; 6) the Giotto Project, HMC principal investigator Dr. Horst Uwe Keller, the Canada-France-Hawaii telescope

[도해]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

7. 여러 혜성들의 궤도

코호테크 혜성

핼리 혜성

태양

지구

엥케 혜성

목성

[삽화]

8. 1994년에 슈메이커-레비 제9혜성은 목성과 충돌하기 전에 21개 조각으로 갈라졌다

9. 명왕성의 표면

10. 코호테크 혜성, 1974년

11. 아이다 소행성과 그 위성인 닥틸

[자료 제공]

8) Dr. Hal Weaver and T. Ed Smith (STScI), and NASA; 9) A. Stern (SwRI), M. Buie (Lowell Obs.), NASA, ESA; 10) NASA photo; 11) NASA/JPL/Caltech