명왕성과 그 너머 : 소행성대와 카이퍼벨트 까지!

태양계는 단순히 행성들로만 이루어진 것이 아니라, 다양한 소천체들로 가득 차 있습니다. 왜소행성 명왕성과 세드나, 소행성대, 그리고 카이퍼벨트는 태양계 외곽의 미지의 세계를 대표합니다.

1. 명왕성에 대해서

왜소행성 명왕성(Pluto)은 1930년, 클라이드 톰보(Clyde Tombaugh)에 의해 발견되었습니다. 지름은 약 2,376km(지구의 약 1/6 크기)이며 질량은 지구의 약 0.2%입니다. 공전 거리는 약 39.5 AU(태양으로부터 약 59억 km)입니다. 공전 주기는 약 248년, 자전 주기 약 6.4일입니다. 자전축 기울기는 약 120도(옆으로 누운 상태)입니다. 명왕성의 대기는 주로 질소(N2), 메탄(CH4), 일산화탄소(CO)로 이루어져 있으며, 태양과 가까워지면 일시적으로 얇은 대기를 형성합니다. 표면은 주로 얼음(질소, 메탄)과 암석으로 구성되어 있으며, 표면 온도는 약 –230℃입니다. 하트 모양의 특징적인 지역(스푸트니크 평원)은 젊고 활동적인 지형으로 알려져 있습니다. 주요 위성으로는 카론(Charon), 닉스(Nix), 히드라(Hydra), 케르베로스(Cerberos), 스틱스(Styx) 등이 있습니다. 카론은 명왕성과 쌍둥이 행성처럼 행동하며, 명왕성의 질량 중심이 카론과의 사이에 존재합니다. 세드나(Sedna)는 태양계의 외곽 천체로, 2003년에 마이클 브라운(Michael Brown)과 그의 연구팀에 의해 발견되었습니다. 세드나는 지름이 약 1,000km로 추정되며, 태양을 약 11,400년 주기로 도는 매우 긴 타원형 궤도를 가지고 있습니다. 세드나의 평균 공전 거리는 약 500 AU로, 태양에서 가장 멀리 떨어질 때는 약 937 AU에 달합니다. 세드나의 표면은 메탄, 물, 질소 얼음으로 덮여 있으며 붉은 색조를 띠고 있어 태양으로부터 오는 미약한 빛을 반사합니다. 이 천체는 태양계 형성 초기의 잔재로 간주되며, 오르트 구름이나 그 경계에서 유래한 천체로 여겨져 태양계 외곽의 환경과 역사를 연구하는 데 중요한 단서를 제공합니다. 다음 소행성대(Asteroid Belt)는 화성과 목성 사이, 약 2.1~3.3 AU에 위치하고 있습니다. 암석과 금속으로 이루어진 수십만 개의 소천체로 구성되어 있고, 주요 천체는 세레스(Ceres, 왜소행성으로 분류), 베스타(Vesta), 팔라스(Pallas), 히기에아(Hygiea)등이 있습니다. 목성의 강력한 중력으로 인해 행성으로 형성되지 못한 잔재물입니다. 태양계 형성 초기에 대한 단서를 제공하며, 지구에 소행성이 충돌하는 위험성 연구에 활용되고 있습니다. 카이퍼벨트(Kuiper Belt)는 태양계 외곽, 해왕성 궤도(30~50 AU) 바깥에 위치한 작은 얼음 천체들의 집합체를 말합니다. 얼음, 암석, 메탄, 암모니아 등으로 이루어져 있고, 명왕성은 카이퍼벨트의 가장 큰 구성원 중 하나입니다. 주요 천체로는 명왕성과 비슷한 크기의 왜소행성 에리스(Eris), 고리 구조를 가진 왜소행성 마케마케(Makemake), 타원형의 독특한 형태와 고리를 가진 왜소행성 하우메아(Haumea)등이 있습니다. 카이퍼벨트는 태양계 초기 형성과 진화 과정의 비밀을 간직한 지역으로 외계 행성계의 디스크 구조와 비교 연구에 활용됩니다. 마지막으로, 오르트 구름(Oort Cloud)는 태양계를 둘러싼 얼음 천체의 구름입니다. 혜성의 기원지로 여겨지는 얼음 천체들이고 태양계와 다른 항성들 사이의 경계 역할을 합니다.

 

2. 명왕성이 행성이 아닌 이유

명왕성은 2006년 국제천문연맹(IAU)에 의해 행성에서 왜소행성으로의 분류 변경되었습니다. 명왕성이 왜소행성으로 재분류된 이유는 행성의 정의 기준을 충족하지 못했기 때문입니다. 행성이 되기 위한 기준은 크게 세 가지입니다 태양 주위를 공전할 것, 구형을 유지할 정도로 충분한 중력을 가질 것, 공전 궤도 주변의 다른 천체들을 중력으로 정리할 것 등입니다. 명왕성은 첫 번째와 두 번째 조건은 충족했지만, 세 번째 조건에서 실패했습니다. 명왕성은 해왕성의 궤도와 겹치고, 카이퍼벨트 천체들과 궤도를 공유하며 주변의 천체들을 정리할 충분한 중력을 발휘하지 못합니다. 이러한 이유로 명왕성은 행성 대신 "왜소행성"으로 재분류되었습니다.

3. 명왕성 탐사 

태양계 외곽과 카이퍼벨트를 탐사하기 위해 NASA는 뉴허라이즌스(New Horizons)라는 우주탐사선을 2006년에 발사했습니다. 이 미션의 주요 목표는 명왕성과 그 위성들을 근접 관측하고, 이후 카이퍼벨트 천체를 연구하는 것이었습니다. 뉴허라이즌스는 2007년에 목성을 플라이바이하며 중력을 이용해 가속도를 얻고, 행성 간 우주에 대한 과학 데이터를 수집했습니다. 2015년 7월 14일, 명왕성을 근접 통과하며 고해상도의 이미지와 함께 명왕성의 지형, 대기, 위성 카론(Charon)의 표면 구조 등 중요한 데이터를 지구로 전송했습니다. 이 탐사를 통해 명왕성의 표면에 얼음 평원, 산맥, 그리고 얇은 대기가 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다. 명왕성 이후 뉴허라이즌스는 카이퍼벨트 천체 아로코스(Arrokoth, 이전 명칭: 울티마 툴레)를 2019년 1월 1일에 탐사했습니다. 이는 인류가 가장 먼 천체를 근접 탐사한 첫 사례로 기록되었습니다. 현재 뉴허라이즌스는 태양계를 넘어서는 더 먼 우주를 탐사하고 있으며, 태양계 외곽의 우주 환경을 연구하는 데 기여하고 있습니다. 이 탐사선은 지구와의 통신에 몇 시간이 걸릴 정도로 멀리 떨어져 있지만, 여전히 중요한 데이터를 보내고 있습니다. 명왕성과 그 너머의 세계는 태양계의 형성 과정과 외곽 구조를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 소행성대와 카이퍼벨트는 태양계의 과거를 연구하는 시간의 캡슐로 여겨지며, 세드나와 같은 천체는 태양계 경계의 비밀을 품고 있습니다.