1편에 이어, 이제 명왕성에 대한 궤도와 물리적인 특성, 행성지위 박탈이유 등을 알아보도록 합시다.



[우주] 명왕성 _ 행성인듯 행성아닌 행성같은.. (1)
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5. 명왕성의 태양공전과 궤도

- 명왕성은 스스로 자전을 하며, 동시에 태양을 중심으로 큰 타원형을 그리며 그 주변을 돌고있는 것은 확실합니다.
그래서 초기에 태양계행성의 첫번째 조건인 태양공전을 확인받아, 행성의 지위도 받을 수 있었구요.

하지만 지구형행성이긴 하나, 이 녀석은 태양계행성이라고 하기엔 너무나도 특이한 것도 사실입니다.

우선, 지구가 태양을 한번 공전하는데 1년이라는 시간으로 계산됨과 같이, 이 녀석은 무려 248년이 걸립니다.
248년에 1번 주어진 궤도를 따라 태양을 한바퀴 도는 것이죠.

여기서 그치지 않아요, 이 녀석의 궤도는 아주 큰 타원형을 가졌고, 궤도 중심에 태양이 놓인게 아니라 궤도의 1/3지점에 태양이 위치합니다.

대략 이해가 가시죠?

또한 이 궤도는 다른 행성들의 황도면(공전하는 궤도의 단면)에서 17º 정도 기울어져 있어,

명왕성의 궤도는 대략 이런 모양이 됩니다.

그리고, 248년 중 명왕성이 태양과 가장 가까운 지점을 지날 때는,
무려 해왕성의 궤도 안쪽까지 침범하여 황도면으로 봤을 때의 해왕성 궤도와 두 번 겹치게 됩니다.

아니 그럼, 수십 억년 전 태양계가 자리잡았을 때부터 어떻게 지금까지 이 두 천체는 궤도가 겹쳐 부딪히지 않았을까요..?
그럼, 언젠가 부딪힌다면 그 땐 지구는 어떻게 되는걸까요..?

우선, 걱정은 접어두시라고 말씀드리고, 설명을 해볼께요.
궤도는 황도면으로 보다면 겹치지만, 실제로 두 천체는 궤도에서 만나지 않습니다.
2차원 이미지로 보기엔 겹쳐 보이는게 맞지만 3차원으로 얘기하자면 두 천체의 궤도는 겹치지 않기 때문에,
지금까지 그랬듯이 앞으로도 서로 만나는 일은 없을 것입니다.

또한, 눈으로 보기에 궤도는 겹치나 거리로 따지자면,
해왕성과 가장 가까운 거리는 17AU가 되고, 오히려 천왕성과 11AU까지 더 가까워지게 됩니다.
그러니 앞으로 수백만년동안 이 사이클은 변함이 없을 것이고, 그러기에 더더욱 충돌은 일어나지 않을 것이지요.

그리고 참 재미있는게, 한 2만년에 한번씩 서로가 서로의 중력 때문에,
서로의 궤도운동에너지에 조금이라도 영향을 미치는 위치에 놓일 수 있다고 하니,

부디 안심하셔요...... 우리가 먼저 죽어요.....

하지만, 명왕성은 완벽하게 해왕성의 중력의 영향을 받아 태양을 공전하고 있습니다.
해왕성이 두 번 공전할 때, 명왕성은 정확히 3번 공전하게 되는데, 이건 해왕성의 중력에 속박당해 있다고 보면 되지요.
이렇게 해왕성의 중력의 영향으로 3:2공전주기를 갖는 소/왜행성들을 가리켜, 플루티노(Plutino)라고 부르고 있습니다.




...사실, 명왕성의 궤도는 오랜 기간동안(진짜 오랜기간입니다..;;) 굉장히 혼란한 상태였던 것은 맞습니다.
컴퓨터 시뮬레이션으로 확인된 과거 수백만년, 또는 수천만년 동안의 시간을 거쳐,
측정할 수도 없으며 예측하기도 어려울 뿐더러 너무 미약하여 알 수도 없을만큼 미미한 힘들에 의해서도
지금의 명왕성 궤도는 만들어졌을 수도 있음을 알아 내었습니다.

그리고 그 컴퓨터는 지금부터 수백만년 후에는 위에 언급한 그 미미한 힘이 명왕성의 궤도에 영향을 끼칠 수 있다고 예측합니다만,
그것이 명왕성 궤도가 불안정하다는 얘기는 아니며,
지금까지 그래왔 듯, 그와 동시에 또 다른 어떠한 이유들에 의해 궤도는 유지될 것이라고 합니다.
우리의 과학기술로 지금 이 우주의 자연스러운 현상을 설명할 수는 없지요.
감히 우주자연의 힘을 예측하려 하다니,
인간은 어찌보면 그저 주어진 환경에 적응하는데 온 힘을 쏟아부어 끈질기게 살아남는 바퀴벌레(?!?!)보다 못한 존재이지 않을까 싶네요..




6. 명왕성의 크기와 표면과 대기구성



컴퓨터 이미지로 만든 명왕성 표면. 혼탁한 대기와 하늘에 떠 있는 위성 카론, 그리고 저 멀리 태양이 있군요.
이렇듯 아직까지 명왕성의 표면과 대기는 순전히 추정할 수 밖에 없습니다.


- 처음 톰보가 명왕성을 발견했을 때는, 명왕성이 적어도 지구만한 크기인 줄 알았습니다.
현재 알려진 크기만큼 작아서는. 명왕성을 찾으려는 이유 중 하나인 해왕성 궤도에 영향을 끼칠만한 힘이 나오질 않을테니,
아예 크기가 어느정도 될 것이라고 예상하고 별을 찾게 된 것이지요.

그러나 수십년이 지난 지금에도, 현재의 과학기술로 정확한 크기의 명왕성은 아직 모릅니다..
지구에서 워낙 멀리있어, 정확한 측정을 할 수 없고, 다만 내년 뉴-호라..호가 도착하면 알 수 있을 것입니다.
지금은 오차가 약 10-50km내에서 크기를 대충 짐작할 뿐이지요.
왜냐면, 지구에선 측정할 때마다 그 때 그 때 명왕성의 대기의 활동에 따라 크기가 들쑥날쑥해집니다.
그러나, 이런 크기에 따른 오차가 주는 영향은 더 정확한 명왕성의 대기구성에 대한 측정을 어렵게 하기 때문에,
내년 뉴-호라..호가 반드시 곁에 가서 정확한 크기를 재단해 주는 역할이 굉장히 중요합니다.
10km의 오차는 너무 커서 대기의 구성을 완전히 바꿀 수도 있기 때문이죠.

여튼그래서, 2014년 현재 우리가 알고 있는 명왕성의 직경은, 대략 2,368km입니다.
이는 달의 65%정도밖에 되지 않으며, 지구의 남미대륙보다도 작고,
이 정도로 작기에 해왕성의 궤도에 영향을 주긴 커녕 아예 속박당해 있는 것이죠.
또한, 명왕성의 질량은 지구의 0.24%밖에 되지 않습니다.


현재 알려진 명왕성의 부피는 지구의 0.6%밖에 안되지요..




이 직경 및 질량도 1978년 명왕성의 위성 카론을 발견한 후에야 알아내었는데,
적응광학방식을 이용하여 카론이 명왕성을 지나갈 때 명왕성의 밝기에 굴절을 주는 형태를 분석하여 직경을 알아냈고,
카론의 중력이 명왕성에 어떻게 미치는지를 측정한 후,
케플러 제 3법칙(행성의 공전주기의 제곱은 궤도의 긴반지름의 세제곱에 비례한다)을 적용하여 질량을 알아내었습니다.

이렇게 알아내보니, 명왕성은 달보다 직경도 더 작고 질량은 무려 1/5밖에 되지 않는, 생각보다 너무나 작은 행성이었고,
당시 천문학자들은 그 때부터 명왕성이 과연 태양계의 9번째 행성으로써의 자격이 있나 의심을 지피기 시작한 것입니다.
(아, 이 놈 뭐야!! 완전 소행성아냐??? 그럼 달도 행성이겠네???)




- 명왕성에 대한 1980년대까지의 측정방식은 거의 모두 과학적인 법칙을 적용한 추정치로써 계산해내는 방법이었지만,
1990년대 허블망원경의 등장과 함께 이젠 눈으로 직접 보며 관찰을 통한 보다 정밀하고 세부적인 측정이 가능해졌습니다.



허블 망원경이 찍은 명왕성의 단면적 픽셀을 슈퍼컴퓨터로 처리해서 얻은 명왕성의 전체 표면이미지입니다.

좀 더 설명드리자면, 허블은 이 작업을 위해,
2002-2003년에 걸쳐 수십번의 지구 궤도를 돌 동안 조금씩 조금씩 명왕성을 뜨개질하듯 촬영했고,
그 해석하기 어렵고도 방대한 양의 픽셀들을 또한 2년에 걸쳐 슈퍼컴퓨터가 조합하여 위와 같은 이미지를 얻어낸 것입니다.

위 명왕성의 전체 지도로 보자면 굉장히 넓은 지역을 나타내는 것 같으나,
고작 저 전체 크기는 2,200km남짓한, 보이는 이미지에서의 활동을 설명하기엔 너무나도 작은 면적입니다.
대체 무슨 연유로 그 조그만 녀석의 표면이 이토록 알베도가 차이가 날 수 있는지 정말 의아합니다.

위에 보이는 사방에 펼쳐진 붉은 지역은 메탄얼음으로 보여지며, 어두운 부분은 오염된 물이 얼어있는 곳이고,
전체적으로 하얗게 밝은 지역은 질소가 얼어있는 지역, 또한 중앙에 보이는 굉장히 밝은 부분은 일산화탄소로 여겨진다고,

추.측.합.니.다....
네, 현재 과학기술을 근거로 하는 가장 사실에 가까운 추측하라고 할 수 있습니다..


위 이미지를 행성과 같은 동그란 모양으로 만들면 이렇게 됩니다..

또 하나 신기한 점은, 위에 보이는 저 컬러들이 언제나 고정적인게 아니라, 변하고 있다는 사실입니다.
명왕성은 그 신기한 공전궤도로 인해 태양과의 거리에 따라 표면온도가 바뀌기 때문에,
태양과 근접할 때 표면온도가 상승하여 표면의 얼음들이 녹아 대기구성이 달라지게 되니까요.
또한, 자전을 하고 있는 이상, 자전축에 극지방이 존재하고,
지구의 극지방에도 적도부근과는 확연하게 다른 표면온도와 대기구성이 있는 것처럼,
명왕성 극지방도 분명 그런 차이가 있음을 알 수 있으나, 거기까지 추측하는데는 현재 과학기술이 달리는 것도 사실입니다..

먼저 명왕성에서 어떠한 한 변화가 일어나야지만, 그 변화를 역추적하여 그 변화의 원인을 추측하는 정도가 현재 가진 기술입니다.

이런 기술도 일반인은 상상조차 못할 아주 진보된 과학기술임은 확실하나,
명왕성에 대한 이런 기술에서 나오는 수많은 추측이 내년에 모두 그 진위가 밝혀질 것이지요.
그리고 이러한 기술로의 결과가 내년에 모두 사실로 밝혀진다면,
명왕성보다 더 먼 곳에 있는 천체에 이와 같은 기술을 접목시켜도 된다고 하는, 그러한 과학적 합의를 할 수 있을 것입니다.




현재 우리가 추측하는 명왕성 내부의 모습니다.
우선 명왕성 내부는 바위(3번)로 구성된 핵이 존재하리라 생각되고,
그 바위덩어리에 있는 방사선원소들이 붕괴하면서 열을 발생하며 맨틀주변 얼음이 녹아 2번과 같은 바다같은 층이 존재하리라 예상,
그리고 다시 너무나 차가운 표면 온도로 인해 1번과 같이 질소 얼음덩어리들로 맨틀을 구성하고 있다고 판단합니다.




자, 그럼 좀 더 재밌는 부분인 명왕성 대기 구성에 대해 알아볼까요..?



다시 공전궤도를 봅시다. 아까보단 한결 눈에 잘 들어오나요??
위 이미지처럼, 명왕성은 태양을 큰 궤도로 공전하고 있는데, 가장 가까운 지점일 때 해왕성의 궤도 안으로 들어오게 되고,
태양과의 거리는 약 44억km(근일점, 29AU)가 되며, 가장 멀리 있을 때는 약 73억km(원일점, 49AU)정도 됩니다.

처음 명왕성에 대기권의 존재는 1985년 이스라엘 과학자에 의해 제기되었고,
1988년 카이퍼 에어본 천문대가 대기권이 존재하는 행성과 그렇지 않은 행성이 다른 행성을 지나갈 때 차이나는 반응에 따라
명왕성 대기권 존재에 대한 증거를 밝혀내었습니다.
대기가 없는 행성의 경우 다른 행성 앞을 겹쳐 지나갈 때 그 자리에서 가려진 별은 바로 사라지지만,
대기가 있는 행성이 다른 별을 가릴 때에는 서서히 가려집니다.

다시 말해, 명왕성이 대기가 없다면, 가려지는 별은 명왕성이 접근과 동시에 그 부분이 바로 명왕성에 가려져 즉시 사라지지만,
반대로 명왕성은 대기가 있기 때문에, 가려지는 별은 명왕성의 대기와 겹친 부분은 서서히 가리워짐으로,
그만큼 명왕성엔 대기가 존재한다고 알 수 있는 것이죠.

이 때 1988년 대기가 흐려지는 정도로 측정한 명왕성의 대기압력은 0.15파스칼로 측정되어졌으나,
2002년 파리천문대에서 태양과 더 멀어진 명왕성에 대해 다시 같은 방식으로 대기를 측정해보니,
오히려 대기압력이 0.3파스칼로 높아졌음이 밝혀졌습니다.

이는 태양과 멀어지면 표면온도가 더 하강하여,
대기를 구성하는 물질들이 응결하여 표면으로 떨어져 대기가 더 옅어져야 하는 과학 상식적인 것과는 다른 일이라,
이러한 비상식적인 현상에 대해 과학자들이 분석하기를,
태양과 가까이 이동하면서 표면온도가 상승하여 승화된 대량의 질소물질들로 대기 압력이 높아진 채 궤도를 따라 멀어졌다해도,
이 승화된 물질들이 다시 차가워진 온도로 응결하여 극지방부터의 표면으로 내려앉는데엔 수십년이 걸린다고 결론지었습니다.
이러한 연구로 명왕성엔 대기활동이 활발하고, 이는 지구에서의 바람과 같은 대기활동도 있을 수 있다고 추측하게 되었지요.
그 바람은 시속 300km를 상회하는 아주 강려크한 풍속을 지니고 있다고도 하는군요..
(그 겨울, 명왕성에도 바람이 불었다....)




명왕성 표면 예상 이미지

한 발 더 나아가, 2006년 NASA에서는 이러한 특이한 궤도운동으로 태양과 가까운 궤도를 돌 때 태양빛에 의해 광분해 된 메탄으로부터,
에탄이 만들어져 명왕성 대기에 포함되어 있다고 하는 설명과 함께 에탄을 검출해내기도 했습니다.

현재 명왕성의 대기구성은 질소와 메탄, 일산화탄소로 구성된 얇은층으로 되어있습니다. 산소는 없지요.
그런데 잡아늘려진 형태의 공전궤도로 인해 태양과 가까운 궤도를 돌 때와 먼 궤도를 돌 때 명왕성의 온도는 달라지게 되고,
달라진 온도로 인해 위와 같이 대기의 불안정이 계속적으로 나타나게 되지요.

과학자들이 밝혀낸 신기한 현상은 또 있는데, 명왕성은 우리가 일반적으로 알고있는 대기성과는 다르게,
표면과 가까운 곳에 대기가 차갑고 대기권으로 올라갈수록 보다 더 따뜻한 대기가 이루어져 있다고 합니다.
이는 역전층(지구로 보자면 일시적인 스모그 현상)이라는 형태의 대기 구성으로써,
보통 지구에선 1km를 올라가면 약 7도씨 정도 기온이 낮아지는데, 명왕성은 그렇지 않다는 것이죠.

아니, 태양을 지나면서 태양때문에 표면온도가 더워지면 당연히 표면이 뜨거워져 지구와 같은 대기구성이 맞을텐데
왜 이러나 싶어 연구해본 결과, 태양을 지나며 승화하는 질소들의 영향 때문에 오히려 표면 온도가 낮아져서 그렇다고 밝혀냐었습니다.
이는, 땀을 흘렸을 때 땀이 마르면서 주변의 온도를 뺏어가 시원해짐을 느끼는 현상과 같다고 합니다.



명왕성이 만약 태양과 더 가까이 돈다고 하면, 헬리혜성과 같은 얼음꼬리를 가질 수도 있습니다..


명왕성은 평균 영하 200도를 넘나드는, 굉장히 추운 곳입니다.
태양과 가까워진다고 한들, 그 거리는 해왕성과 맞먹는 아주 먼 곳이기도 하지요.
이런 차가운 곳에서의 대기구성에 대한 미묘한 변화는, 역시 가보지 않으면 그 진실을 알 수 없을테고,
적어도 1만km까지 접근해봐야 그나마 알 수 있을 것 같아, 내년이 더욱 기다려지는게 아닐까 싶어요..





7. 명왕성의 위성과 '힐 권(Hill sphere)'

- 과학자들은 명왕성의 크기를 밝혀내곤 생각보다 너무나 작던 그 크기에 한 번 놀라고,
나아가 이 작은 녀석이 무려 5개 이상의 위성을 거느리고 있다는 사실에 또 놀랍니다.



위 그림과 같이, 현재까지 명왕성이 거느리고 있는 위성은 5개입니다.
그 중 가장 큰 위성 카론, 그리고 닉스, 히드라, 스틱스, 케르베로스 이렇게 구성되어 있습니다.

이 5개 위성 중, 카론만 1978년 인간이 직접 밝혀낸 위성이었고,
나머지 4개는 허블망원경을 이용하여 2005년 이후 찾아낸 위성입니다.


카론 발견에 대한 재미있는 에피소드가 있지요.


1978년 당시 찍은 제임스 크리스티(왼쪽)


5개 위성 중 이 카론은 1978년 미국인 천문학자 '제임스 크리스티'가 직접 발견했습니다.
당시 초 냉전시대였던 탓에, 미국의 천문학자들의 임무 중 하나는 소련에서 언제 날아올지 모르는 핵미사일을 대비하여
실시간 대기권 밖 하늘을 보며 그 특이한 움직임을 관찰하는 것이었습니다.

그는 미 해군 관측소에서 그런 임무를 수행하는 도중, 우연히 명왕성 곁에서 희미하지만 특이한 관찰을 하게 됩니다.
명왕성을 찍은 사진 플레이트를 확대해서 분석하는데 명왕성의 한쪽 측면에 별이 부풀어 오른것과 같은 이상한 현상을 감지했으나,
이건 플레이트의 이상으로 인한 잘못된 결과라고 여겨지며 보다 자세한 결과를 도출해내기 위한 작업은 보류되었습니다.

그러나 당시 이러한 천체 사진을 분석하는게 자신의 직업이었고, 자신보다 더 나은 실력자는 없었기도 했기 때문에,
크리스티는 이전 1965년부터의 명왕성 사진을 모두 분석해보니, 이건 확실히 명왕성의 위성이라고 결론내릴 수 있었습니다,.
그러나 그건 자신만의 결론이었고, 당시 사진기술만으로는 추측적인 이미지만으로 확정적인 근거가 될 수 없었습니다.

왜냐하면, 크리스티가 가져온 이 증거로는 이게 확실한 위성이라는 결정보단,
어쩌면 명왕성의 거대한 산이 화산활동을 하고 있다는 가정을 배제할 수 없었기 때문입니다.
그러나 이러한 증거를 아예 배제할 수는 없었던 해군 천문대 과학자들은,
이미지상에 나타난 이 녀석을 위성이라 가정하고 명왕성과의 궤도에 따른 상호 일식작용을 면밀히 분석한 결과,
첫번째로 명왕성의 위성의 존재를 확인할 수 있었지요.

다만, 당시 이러한 일련의 복잡하고 추정을 근거로 한 작업은, 현재 허블망원경이라는 희대의 과학기술과 더불어,
적응광학기술을 적용하여 두 천체사이의 이미지를 아주 확연하게 구분할 수 있는 상태입니다..
요즘의 이러한 과학기술로 나머지 4개의 위성 존재를 확인할 수 있게된 것이구요.

이러한 과정을 거쳐 1986년 국제천문연맹은 공식적으로 이 위성에 카론이라는 이름을 붙이게 됩니다.


위 설명과 같이, 현재까지 밝혀진 나머지 4개의 위성은 모두 허블망원경의 관찰로,
2005년부터 2012년까지 하나씩 찾아낸 것들입니다.





그런데 말입니다..(!!!)


명왕성의 위성들은 태양계 다른 행성들이 가진 위성들과의 위치적으로 아주 큰 차이가 있습니다.

보통 하나의 행성은 그의 중력이 미치는 공간이 존재합니다.
예를 들어, 태양은 태양계 전체에 그 중력이 영향을 미처, 카이퍼벨트에 있는 무수한 소행성들까지 태양을 중심으로 공전하고 있는셈이죠.
이러한 한 행성이 중력을 미치는 공간을 '힐 권'(Hill sphere)라고 하는데,
보통 행성들의 위성은 모두 이 힐 권의 적절한 공간 내에서 각자 모행성을 공전하고 있지요.




여기서 힐 권에 대해 좀 더 알아보고 넘어갑시다.



위 이미지와 같이, 태양의 힐 권은 너무나 강력하고 넓어,
목성의 위성과 같이 목성 자체의 힐 권이 존재하여 목성을 공전함과 동시에,
태양의 힐 권에 영향을 같이 받아 태양을 같이 공전할 수 있기도 합니다.

다시말해, 힐 권이란 어느 한 천체가 가진 중력이 미치는 영역을 말합니다.
지구가 자체 중력에 의해 달을 힐 권에 가둬놓고 공전시키고 있지요, 하지만 달도 동시에 그 만의 힐 권이 존재합니다.
그래서 달을 기준으로 중력이 미치는 힐 권에 궤도를 만들어 아폴로 우주선이 달을 공전하고 지구로 되돌아 올 수 있었지요.

이처럼 힐 권은 우주에 있는 모든 천체라면 모두 가지고 있는 자연적인 힘의 영역입니다.

좀 더 나아가서 얘기하자면,
지구와 달에 서로의 힐권이 존재하고, 그 영역이 겹치는 어떠한 부분에선 지구도 달도 영향을 미치지 않게되는 '라그랑주점'이 존재,
하늘에 있는 인공위성 중 정지궤도 위성이 이러한 라그랑주점(중력 0)에 떠 있는것이죠. 우주정거장도 마찬가지구요.
이 라그랑주점이 위 이미지에서 보이는 L 영역입니다.

근데 보시면 우리 태양계에서 L4와 L5는 그 영역이 아주 넓게 분포되어 있지요.
그 지역이 바로 태양을 포함한 태양계 행성 중 어떠한 중력도 받지 않는 라그랑주점이 분포된 지역인데,
그 영역에 목성 궤도를 같이 따라 돌고있는 트로이 소행성군이 밀집되어 있습니다.
이렇게 소행성군이 목성의 힐권도, 태양의 힐권에도 영향을 받지 않는 목성 궤도에 존재하는 라그랑주점에 위치되어 있는 것입니다.


위 보이는 Trojan행성대와 Greeks 행성대가 라그랑주 점이지요..


이렇게 우주는, 그 주체할수도 없을만큼 거대한 힘들을 너무나 자연스럽게 조화시켜,
인간이 인식하지 못할 정도로 아룸다운 상태로 움직이고 있는 것입니다.

분명 태초에 여러 별들이 그들만의 충돌, 폭발, 결합, 분해 등으로 '혼돈의 카오스'적인 상황을 거쳤을 것이고,
지금처럼 인류가 자신의 안위외에 다른 걱정을 하지 않아도 되는 시점이 되기까지 그 오랜 시간이 흘러 흘러와 거대한 힘은 자리를 잡았지만,
인간은 결국 이런 우주하모니속에서 지구가 지금 이 시간에도 애써 막아주는 태양풍에 감사하지도 못한채 그저 파괴만 일삼고 있네요..

..오늘 제 자신의 행동을 돌이켜 보자니, 씁쓸합니다.. 그저 지구에게 쓰레기만 안겨 주었군요..




자, 다시 명왕성 이야기로 돌아와,


한 천체의 힐 권이 어느 우주공간에 100%까지 영향을 미친다고 가정하면, 보통 50-70%정도에서 적절하게 공전하고 있다는 얘기이나,
명왕성의 이 5개 위성들은 명왕성의 중력이 미칠 수 있는 힐 권의 3-5%이내의 힐 권에서 모두 공전하고 있습니다.
아.. 명왕성, 너란 녀석, 알면 알수록 희한한 녀석임엔 틀림없군요..

그래서 학자들은, 분명 이 5개 외에도 명왕성을 공전하고 있는 위성(소행성), 혹은 나아가 고리가 있을 수 있다고 깊게 추측하고 있는겁니다.



여기서 우리는 카론에 좀 더 집중 해야합니다.

명왕성이 행성의 지위를 박탈당할 때, 이 카론이 적지않은 영향을 끼쳤으니까요.


허블이 찍은 카론의 표면



위 이미지와 같이, 카론은 위성이라 부르기엔 아주 크고 너무 가까이 붙어 공전을 하고 있습니다.
고작 명왕성에서 19,000km 떨어져 있고, 그 지름은 1,200km로 명왕성의 절반에 해당하지요.

그래서 결국 명왕성은 카론의 중력에 영향을 받게 되어,
카론이 자신의 위성임에도 불고하고, 카론 중력의 영향으로 자신의 궤도에 섭동을 발생시켜 버렸죠.



결국엔 카론과 위와 같은 궤도로 서로의 힘에 영향으로 모행성인 명왕성마저 카론과 마주보며 저 조그만 빨간궤도를 그리고 있는 것입니다.

저 빨간궤도가 의미하는 것은, 두 천체의 무게중심이 밖에 있다는 뜻이고,
이는 결정적으로 2006년 이후 정리된 행성지위조건 중 세번째 조건에 부합되지 못하고 있습니다.

지구와 달을 하나의 막대기에 꽂았을 경우, 그 무게중심은 지구 내부에 있습니다.
이는 전적으로 달의 궤도운동에 지구가 아주 결정적인 힘을 작용하고 있다고 해석할 수 있지요.
그러나 명왕성의 무거중심은 밖에 있으므로, 이는 명왕성도 카론의 힘에 영향을 받는 종속적인 천체로 해석되어져,
자신의 위성에 절대적인 힘을 가진 다른 8개의 태양계행성과 같이 묶을 수 없게된 것입니다.
또한 나머지 4개의 위성은, 명왕성과 카론의 주변을 동시에 공전하고 있지요.

마치, 명왕성을 행성으로 인정한다면, 굳이 저 카론도 행성으로 인정하지 않을 이유가 없게된 것입니다.
그렇게 된다고 가정한다면, 현재까지 이미 태양계 행성은 200개가 넘게 인정되어져 있을 것이니까요.

그래서 몇몇 학자들은, 이러한 명왕카론의 관계를 보고 이중행성계라는 새로운 분류를 제정해야 한다고 하나,
국제천문연맹은 아직까지 인정하지 않고 있으며, 이중행성에 대한 정의도 내리지 않고 있습니다.
그들의 입장은, 이러한 형태를 이중행성이라고 일컫는게 아니라,
이중행성에 대한 개념을 정립한 다음 명왕과 카론의 이러한 형태가 이중행성에 부합하느냐의 순서로 접근하는게 맞다고 보는 것일테지요.



지구의 달은,
옛날 옛적 지구에 거대한 소행성 충돌로 인해 떨어져 나간 덩어리가 주변 파편을 흡수하여 지구의 위성이 되었다고 알고는 있고,
목성과 해왕성 등등은 우연히 지나가는 소행성들을 자신의 중력으로 끌어들여 부하로 삼을 수 있다고는 하지만,

이렇게 작은 명왕성에 카론이 붙어 있을 수 있는 이유는 무엇일까요.
대체 저 카론은 어디서 나온 녀석일까요, 궁금하지 않을 수가 없습니다.


아니, 잠깐.. 그렇다면 이 명왕성은 대체 어디에서 왔을까요..


그것부터 알아봅시다.





8. 명왕성의 고향과 거기서 만난 에리스

- 명왕성의 발견 초기 과학자들은, 이 천체의 기원에 대해 굉장히 혼란스러워 했습니다.
해왕성과 궤도가 살짝 겹치는 것 때문에 명왕성은, 크기가 비슷한 트리톤과 같은 해왕성의 위성 중 하나였다가 따로 떨어져 나온 것으로 추측하기도 하였으나, 명왕성과 해왕성의 궤도가 결코 만날 수 없다는 단점 때문에 이 이론은 사장되어갔지요.

그러나 1950년대에 이르러, 미국 천문학자인 카이퍼에 의해 카이퍼벨트라고 불리는 소행성 집단 영역이 발견됨에 따라,
명왕성의 궤도와 겹치는 이 부분에서 명왕성의 기원이 시작되었다고 알려지고 있습니다.
아니, 확실히 이 명왕성은 카이퍼 벨트에서 온 녀석이 틀림없습니다.



위 이미지에서 녹색부분이 분포하는 곳을 카이퍼벨트라고 부르고,
명왕성은 이 카이퍼벨트 천체 중 현재 에리스 다음으로 두번쨰로 큰 천체입니다.

이 카이퍼벨트의 존재 여부가 과학적으로 점점 입증이 되자,
본격적으로 명왕성과 같은 천체가 무수히 많이 존재할거라 여기며 관측을 시작하였고,
실제로 셀수도 없을만큼의 명왕성과 같은 얼음덩어리 소행성들이 이 카이퍼벨트라 불리우는 지역에서 관찰되고 있으며,
지금 이 시간에도 하루에 10개 이상의 소행성들이 망원경에 새로이 잡히고 있는 중입니다.
(이러니 명왕성이 행성에서 탈락되지.... 너 같은 녀석이 대체 몇 개냐...)


해왕성이 가진 위성들 역시 이 카이퍼벨트에 머무르다가 어떠한 힘에 의해 궤도를 이탈하게 되어 해왕성에 접근,
결국 해왕성에 묶인게 아닐까 싶네요.
왜냐하면, 위치적으로 해왕성 바로 넘어부터가 카이퍼벨트의 시작지점이라고 여겨지며,
짧게는 수십AU부터 길게는 수백AU까지 그 끝을 알 수 없을만큼의 카이퍼벨트가 존재한다고 가정하고 있기 때문입니다.

카이퍼벨트의 존재여부는 확인했으나, 그 영역의 크기는 가늠하지 못하고 있는 실정이며,
그 벨트를 넘어 오르트 구름이라는 또 다른 영역이 존재하고 있다고도 합니다.
그 이후 영역에 대해선, 자세한 설명은 생략합니다...(;;;)



참고로 보이저호가 거리상으론 이 카이퍼벨트를 지나 태양의 영향을 받지 않는 성간공간으로 진입완료 ,
300년동안 더 날아가면 오르트구름 영역대로 접근할 수 있다고 NASA가 공식 발표를 하네요..


그렇습니다, 명왕성과 카론, 그 외 위성들 모두 이 카이퍼벨트에서 온게 맞습니다.
아니, 개념을 달리하여, 이 카이퍼 벨트에 모두 존재하고 있는 것이지요.
지구가 나에게 다가온게 아니라, 내가 원래 지구에 존재하고 있는 것과 같은..




그리곤, 마침내 2005년 미국 천문학자 마이클 브라운 교수는 카이퍼벨트에서,
명왕성보다 더 큰 태양계 10번째 행성이 될 수도 있었던 천체를 발견하게 됩니다.

이름하여, 에리스.


좌측에 중간지점, 조그맣게 움직이는 저 별.



이 별입니다.

에리스는 완전히 명왕성과 동일한 성격의 천체입니다.
큰 궤도와 긴 주기로 태양을 공전하고 있으며, 크기 또한 명왕성보다 조금 더 큰 2400km의 직경을 가지고 있고,
더불어 자체 위성도 거느리고 있는, 완벽한 태양계 행성의 모습을 하고 있습니다.

마이클 브라운 교수는 이 10번째 태양계 행성을 발견하고는 너무나 기뻤으나 그 기쁜도 잠시,
아예 명왕성을 행성지위에서 내려가게 할 줄은 꿈에도 몰랐죠.

이 천체는 2005년 7월에 다른 천체인 마케마케와 같이 세상에 알려지게 되었으나, 2003년 사진에 이미 찍혀있었습니다.
2005년 1월 사진을 분석하는 도중, 이 녀석의 존재를 확인한 것이었지요.



2005년 이 녀석의 깜짝 등장으로 10번째 행성으로 인정해야 할 국제천문연맹은 긴급 회의를 거치게됩니다.
왜냐면 2005-6년 그 즈음, 명왕성과 비슷한 행성의 자격을 갖춘 녀석들이 너무나도 많이 발견되고 있었기 때문이지요.



이렇게 나가다간, 태양계 행성이 끝이 없을 것 같고, 좀 더 세부적인 조건에 의한 재정립이 필요한 상황이었습니다.




에리스마저 발견된 이상 더 미룰 수 없게된 국제천문연맹은 2006년 행성의 정의에 관한 중대한 발표를 하게 됩니다...








9. 태양계행성의 조건, 그리고 명왕성의 지위박탈


음.. 만약에 에리스가 발견되지 않았다면.. 과연 명왕성은 행성의 지위를 계속 유지할 수 있었을까요..?

저는 아니라고 봅니다, 에리스는 명왕성만큼 큰 행성이라 주목을 받을지 몰라도,
명왕성은 현재 다른 8개의 행성과 비교해서 그 존재가 지닌 특성이 너무나 다르기도 합니다.
더구나 명왕성의 특성을 지난 행성이 더더욱 많이 발견되고 있다면, 새로운 분류표를 만드는게 더 합리적인 일일테지요.




2006년 국제천문연맹(IAU)은 체코 프라하에서 있었던 3년주기로 개최되는 제 26회 총회에서,
명왕성의 행성지위에 관해서만이 아니라 태양계 행성이 가져야 할 조건에 대해 중대한 발표를 하게 됩니다.

먼저 IAU가 이 총회에서 처음 명왕성의 행성지위격하를 언급한 건 아닙니다.

1999년 총회에서 소행성 발견 10,000번을 기념하여, 명왕성에게 이 번호를 주고 소행성으로 격하할지 논쟁이 있었으나,
발견국인 미국의 강력한 반발로 무산되기도 했습니다.
그러나 그 후 2000년부터 반발하던 그 미국인들로부터 허블망원경의 등장에 힘입어 명왕성과 같은 천체를 무수히 발견하게 이르자,
점점 명왕성의 지위느 위태러워지기 시작했고, 마침내 에리스의 발견으로 IAU가 칼을 빼들지 않을 수 없었던 것이죠.

또한 당시 세계에서(특히 천문학의 1등주자였던 유럽) 미국의 계속적인 전쟁유지에 대한 반미기류가 정점을 찍을 때여서,
이 영향이 분명 유럽내 천문학자들에게도 미쳤을것이라 예상하던 시기였기도 했습니다.



하여 26회 총회에서 태양계 행성지위에 대한 조건이 만들어졌습니다.


그 조건은,


1. The object must be in orbit around the Sun .
(반드시 태양을 공전할 것 _ 태양주변 궤도상에 존재해야 함)

2. The object must be massive enough to be a sphere by its own gravitational force.
More specifically, its own gravity should pull it into a shape of hydrostatic equilibrium .
(그 천체는 충분한 질량을 가지며, 자체 중력으로 유제역학적 평형을 유지하여야 함
또한 자신의 중력으로 찌그러진 타원형이 아닌, 완벽한 구 형태를 유지)

3. It must have cleared the neighborhood around its orbit
(자신의 공전 궤도상에 다른 천체를 압도할만한 존재가 되어야 함 _ 소행성은 위성으로 완벽히 흡수)



이 세가지 조건 중, 명왕성은 카론과 다른 위성과의 관계 때문에 3번 조건에서 탈락하게 됩니다.
공전운동에 궤도적으로 영향을 받으며, 다른 위성들을 압도하지 못한 만큼의 질량이기도 합니다.
반면에 지구는 지구 공전궤도에 있는 다른 천체들에 비해 약 170만배나 질량이 높지요.



이와 같은 발표와 동시에, IAU는 왜소행성이라는 새로운 천체분류를 만들어 정의합니다.


1. A celestial body that is in orbit around the Sun
(태양을 중심으로 공전 궤도를 갖는다)

2. A celestial body that has sufficient mass for it’s self-gravity to overcome rigid body forces
so that it assumes a hydrostatic equilibrium [nearly round] shape
(원형의 형태를 유지하고 자체 중력을 가질 수 있도록 충분한 질량을 갖는다)

3. A celestial body that has not cleared the neighbourhood around its orbit
(궤도 주변의 다른 천체들을 끌어들이지 못한다)

4. A celestial body that is not a satellite
(다른 행성의 위성이 아니어야 한다) - 출처 [네이버 지식백과]


이 새로운 왜행성 분류를 만들어,




위 이미지와 같은 천체들을 왜행성(dwarf planet)으로 분류하게 됩니다.




명왕성 지위박탈~ 찬성은 노란종이 들어요~ 미국인 아닌사람, 모두 들어요~~


저요~ 저요~ 여기도 있어요~



근데 당시 참 웃긴게, 이렇게 정의를 내려놓고는 그 자리에서 명왕성만을 예외로 태양계행성지위박탈에 대한 투표를 열게 되지요.
참석자 대부분이 유럽인들이기도 하거니와, 아예 정의를 내리고 분류를 마련했으면 그냥 과감히 명왕성도 왜행성이다!! 선포를 할 것이지,
왜 굳이 투표를 해서 결정을 했나 모르겠군요. 그러니 뒷말이 더 나올 수 밖에 없었지요..

또한 IAU의 회원은 대부분 천문학 박사로 전세계 약 1만명이상이 있지만,
당시 투포는 그 5%인 500이명정도에 불과하여 그들이 전체 회원들을 대표하지는 못하는 상황이기도 했습니다.

미국은 이러한 투표적인 방식으로 지위를 박탈하니 어쩌니 하는 것이 더더욱 인정할 수 없어,
처음엔 이러한 IAU의 새로운 분류마저 무시하고 그들 나름대로 계속 명왕성의 행성지위박탈에 항거하고 있는 상태로 지냈습니다.
또한 미국인들 역시, 미국인이 처음 발견한 행성인 명왕성을 두고 타국에서 행성지위박탈이라고 정의하는 것에 불만을 품고,
시위를 벌이는 등 한동안 이 명왕성을 두고 천문학계는 말이 많았지요.


플루토를 그냥 내버려 두라고!!






10. 뉴-호라이즌스호의 출발, 그리고 이 글을 마치며..


명왕성이 언젠가는 행성 지위를 박탈당할 것이라는 것은, 아마 미국인들도 알고 있었을 겁니다.
그러나 명왕성은 언제나 미국인의 마음속에 존재하는 가여운 행성임에 분명하고,
그런 미국인은 약 7000억원이라는 예산을 편성하여 본격적으로 명왕성을 탐사하게 이르죠.

명왕성 탐사는 원래 보이저 1호의 목표이기도 했었으나, 긴급 예산 삭감에 따라 어쩔 수 없이 그 때 미션에서 제외된 것이기도 합니다.


행성지위가 박탈되기 수개월 전 2006년 1월초, 마침내 미국은 명왕성 탐사를 첫번째 목적으로 한 조그만 탐사선을 날려 보냅니다.


가자, 우주로.. 떠나자, 명왕성으로..


당시 조금이라도 시간을 아끼기 위해 지구를 떠날 때 그떄까지 기술 중 가장 강력한(빠른) 로켓을 사용했고,
목성을 바로 날아가 향상된 스윙-바이 기술로 그나마 시간을 단축하여 9년 6개월만에 명왕성에 도달할 수 있게 하였습니다.



이 녀석이 전달해 줄 신비에 가까운 사진들이 벌써부터 기대됩니다..


이 미션은 NASA와 존스홉킨스 응용물리연구소에서 주도하여 추진한 계획이며,


바로 내년 7월에 명왕성에 가장 근접하여 지금껏 제가 위에 적었던 저 추청치들에 대한 보다 사실에 가까운 정보를 전달해 줄 것입니다.



올해 8월, 뉴호라이즌스호가 보내 온 지금까지의 가장 최근 사진.
명왕성과 카론이 잘 보이네요..




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이제 글의 가장 마지막 부분이군요..



명왕성, 플루토, PLUTO, 왜행성134340, 冥王星 ........ 지구에서 뭐라 불러도 이 녀석은 저 하늘위에서 변치 않은 자세로 있습니다.

이 녀석은 달 보다 작습니다. 그리고 달보다 훨~~씬 더 멀리 있습니다.
근데 달보다 할 얘기는 더 많은 것 같아요.

그만큼 우리가 그것에 대해 알지 못하는 정보들이 더 많은 이야기를 만들어 내고 있는게 아닌가 싶어요.




정작 명왕성은 우리가 자신의 지위를 가지고, 왈가왈부하는 것에 대해 어떤 생각일까요..?

어쩌면 지구보다 먼저 태어난 녀석일지도,
어쩌면 지구의 기원을 찾을 수 있을지도,
어쩌면 우주의 기원을 풀어줄지도 모를 너무나도 고마운 별이 되면 어쩌려고,

이렇게 무시하는 걸까요..




저는, 사실 이 다음 이야기가 될 명왕성탐사선 뉴-호라이즌스호(New Horizons)에 대해 이야기를 하기 전 간단히 쓸 생각이었습니다.

하지만 이 명왕성에 얽혀있는 지구인의 이야기가 이렇게 많을 줄은 몰랐고,
진짜 가늠하기조차 힘든 거리에 있는, 달보다 작은 천체에 대한 연구가 이렇게나 깊게 진행되고 있는지,
새삼 그들의 기술 및 열정에 놀라움을 금치 못하고 있습니다.


보다 발전된 과학기술, 더 나은 삶, 더 나은 미래, 더 나은 인류를 위해

오늘도 누군가는 밤을 새며 현미경 들여다보고,
오늘도 누군가는 끼니를 잊어버리고 관련서적에 몰두하며,
오늘도 누군가는 더 확실한 결과를 위해 지금까지의 연구를 뒤엎어버리고 있을지도 모릅니다.






명왕성,

고작 하늘 위 수많은 별들 중 사소한 하나의 별이 아니었음을,

이 글로 여러분들에게 알려드립니다.



지금까지 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.




아라타.


<출처 : 거의 대부분 위키를 참조하였고, 네이버, NASA, 구글이미지, 각종 수많은 블로그 등>