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소행성
소행성(小行星, Asteroid)은 화성과 목성 사이의 궤도에서 태양의 둘레를 공전하는 작은 행성을 말한다. 무수히 많은 수가 존재하며, 대부분 반지름이 50km 이하이다.
개요
소행성은 태양 주위를 공전하는 태양계 천체 중 목성 궤도 안쪽을 도는 행성보다 작은 천체를 말한다. 목성 궤도 및 그 안쪽에서 태양 주위를 공전하고 있는 행성보다 작은 천체이다. 크기를 분류 기준으로 삼을 경우라면 지름 100µm~10m 의 크기를 가진 천체를 유성체로 구분하나 사실 구분이 흐릿하다고 한다. 태양계 밖에서도 소행성을 정의할 수는 있으나, 당분간 발견될 가능성은 없다. 처음으로 발견된 소행성은 세레스이며, 일부 소행성은 그 자신의 위성을 거느리고 있다. 가스로 된 코마나 꼬리가 없다는 점에서 혜성과 구분되지만, 일부 소행성은 과거에 혜성이었다. 그래서 목성 궤도 밖의 천체를 포함해 소행성체로 구분한다. 10m 이하의 천체는 유성체로 구분한다.
소행성의 발견은 19세기가 되어서야 비로소 이루어졌다. 보데의 법칙(티티우스-보데의 법칙, Titius-Bode law)은각 행성과 태양 사이의 거리를 설명하는 법칙으로, 경험에 의해 얻어진 것이기 때문에발표 당시 신뢰도는 높지 않았다. 그러나 1781년 천왕성이 발견되면서(관측된 천왕성의 궤도는 이 법칙과 일치하였다), 보데의 법칙은 다시 주목받기 시작했다. 문제는 이 이론에 따르면 화성과 목성 사이에 하나의 행성이 존재해야 했는데, 행성이 아직발견되지 않았다는 것이었다. 하지만 꾸준한 노력으로 1801년에 화성과 목성 사이에서 소행성(현재는 왜소행성으로 분류됨) 세레스(Ceres)가 처음 발견되었다. 그 후로 비슷한 궤도 위치에서 소행성들이 지속적으로 발견되었고, 이것들이 주로 발견된 화성과 목성 사이의 지역을 소행성대(Asteroid belt)라 부르게 된다.
전자의 경우 지구 대기권과의 마찰로 타버리거나 잘게 부서져 지구상에 별다른 피해를 주지 않지만, 후자라면 지구 대기권과의 마찰로도 손실되지 않아 충분한 크기를 유지하므로 지표면과의 충돌 시 막대한 피해를 일으킬 수 있다. 비조류 공룡 시대를 끝낸 K-Pg 대멸종의 가장 유력한 원인이기도 하다. 퉁구스카 대폭발이나 첼랴빈스크 운석우 사건에서처럼 인류 문명이 발달한 지금도 소행성 충돌은 거대한 위협이 될 수 있으며, 이런 천체들은 지구접근천체로 분류된다.
몇몇 천체는 소행성으로 분류되었다가 혜성의 성질(핵 주위의 대기층 코마 형성, 태양 접근시 꼬리 발생)을 띄어 혜성으로 분류되기도 하고, 반대로 혜성이 그 성질을 잃어 소행성으로 분류되기도 하는데 3200 파에톤이 대표적이다. 소행성과 혜성의 성질을 동시에 갖는 천체도 있는데 2060 키론이 대표적이며 이런 경우는 소행성과 혜성의 성질을 둘 다 가지고 있다. 소행성의 엄밀한 정의인 목성 궤도 안쪽을 도는 천체 가운데에도 혜성의 성질을 함께 지닌 천체가 있는데 4015 윌슨-해링턴(4015 Wilson–Harrington)이 있다.
2017년 10월 19일에 관측 사상 처음으로 태양계가 아닌 외계에서 온 소행성, 성간 천체가 발견되었다. 이름은 하와이어로 먼 과거에서 찾아온 정찰자라는 의미의 오우무아무아인데 모양도 적당히 울퉁불퉁한 모양의 대다수의 태양계 감자천체들과 달리 담배 내지 손가락에 가까운 몹시 비범한 형상. 덕분에 외계 우주선이라는 착각이 들 정도라는 반응이 대다수. 2019년에도 보리소프가 발견되었다.
2020년에 금성 궤도 안쪽의 첫 아티라 소행성군 중 하위 분류로 바티라 소행성(Vatira)으로 아일로차흐님이 관측되었다. 또, 해왕성 외곽에서 소행성체 136개가 무더기로 발견되었다. 2021년 연구결과에서 지난 5억 년간 지구에 떨어진 운석을 분석한 결과, 소행성 벨트에서 파편군을 만든 70차례의 대형 충돌 중 단 한 차례만 지구에 떨어지는 운석을 늘리고 나머지에서는 안정적 상태를 유지한 것으로 나타났다. 항공우주국(NASA)는 소행성의 지구 충돌을 막기 위한 실험을 진행하고 있다. 그리고 2022년 9월 26일에 NASA에서 소행성 디디모스의 위성 디모르포스에 충돌하는 실험에 성공했다.[1][2][3]
분포
대부분의 발견된 소행성은 화성과 목성 궤도 사이의 소행성대에 존재한다. 소행성대는 태양으로부터 2.2에서 3.3 AU에 있다. 목성 트로이군으로 불리는 소행성 무리는 목성의 라그랑주점 L4와 L5 주변에 위치한다. 이 영역에서 가장 큰 소행성은 624 헥토르이다. 2005년까지 약 2000개의 소행성이 발견되었으며, 소행성대에 분포하는 소행성 수의 절반 정도가 이곳에 있으리라 보인다. 433 에로스와 같은 근지구 소행성도 있다.[2]
분류
소행성대
화성과 목성 공전궤도 사이, 태양과의 거리 2.06 ~ 3.27 AU(천문단위) ≒ 약 3억 3천만 ~ 5억 km 떨어진 공간에 다수의 소행성들이 모여있어 이곳을 소행성대 (小行星帶, Asteroid Belt) 라 한다. 현재까지 번호가 있는 모든 소행성체들 중 97.4%가 소행성대에 있으며, 왜행성(난쟁이 행성)인 세레스가 속해 있다.
창작물에서는 흔히 허공에 떠다니는 크고 작은 바윗돌이 빽빽히 모여있어 그 사이를 우주선이 곡예비행하듯 날아가는 곳으로 소행성대를 묘사하지만, 실제 현장에는 천체들이 수만, 수십만 km 의 간격으로 서로 떨어져 있어 그럴 필요가 없다. 화성 궤도 밖을 벗어난 우주 탐사선들이 아직까지 소행성에 부딪힌 참사 소식이 없다는 점이 이를 방증한다. 게다가 엄연히 중력을 가진 천체인 만큼, 그렇게 가까우면 진즉에 서로 뭉쳐서 하나의 행성이 됐을 것이다.
태초 태양계가 만들어졌을 때 태양을 만들고 남은 가스와 암석들이 행성과 위성을 이루는데 화성과 목성 사이에 있어야 할 행성이 만들어지려다가 목성 중력 때문에 다 으스러졌다는 설이 있었는데, 다 37여 년 전 학설. 행성들이 먼저 대강 형성된 후 소행성들이 화성과 목성 사이에 유입되었다는 것이 최근의 관점이다.
- 커크우드의 간극 : 이 소행성대에는 특이하게도 소행성들이 없는 영역이 있고, 이 지역은 소행성의 공전주기가 목성의 공전주기의 분수로 나온다. 학자들은 바깥쪽 소행성들은 목성의 중력섭동, 안쪽 소행성들은 화성의 중력섭동으로, 소행성들이 그 지역에서 밀려났기 때문이라 추측한다. 이곳은 발견자의 이름을 따서 '커크우드의 간극'이라 부른다.
소행성군
소행성대 만큼은 아니지만 목성궤도 위-태양과 목성과의 등거리 라그랑주점에 해당하는 곳에도 일련의 소행성들이 모여있어 이곳을 소행성군(小行星群, Asteroid Group)이라 한다. 목성의 주기를 기준으로 해서 세가지가 있으며, 그 외에도 있다.
- 트로이군 소행성 : 특정한 행성의 라그랑주점에서 공전하는 소행성을 일컫는다. 지구를 기준으로 한 라그랑주점에서도 2011년에 처음으로 2010 TK7이라는 트로이 소행성이 발견되었다.
- 목성 트로이 소행성군 : 목성의 공전 주기와 거의 같으며, 목성과 평균거리가 거의 같은 궤도를 돌고 있다. 사실 2개의 그룹으로서 하나는 목성 전방의 약 60도가 되는 위치에, 하나는 목성 후방 약 60도 정도 되는 장소에 위치하고 있다. 이곳의 소행성들은 헥토르나 아킬레우스 등 트로이 전쟁의 영웅들 이름을 땄으며, 트로이 소행성군이라는 명칭은 여기에서 유래했다. 다른 행성들의 트로이 소행성군과 비교했을 때 가장 압도적으로 그 수가 많다.
- 트로이군은 토성(엄밀히 토성 트로이군은 asteroid가 아니라 minor planet이지만)하고 수성만 없다. 토성의 경우 목성의 중력 때문에, 수성의 경우 이심률이 큰 타원궤도 및 태양의 복사압과 야르콥스키 효과, 상대적으로 약한 수성의 중력 등의 복합적인 이유 때문이다.
- 툴레 소행성군 : 목성의 공전주기의 3/4되는 위치에 있는 소행성군. 2021년 기준으로 7개의 소행성이 발견되었다.
- 힐다 소행성군 : 목성의 공전주기의 2/3되는 위치에 있는 소행성군. 목성의 소행성군 그림에서 삼각형처럼 도는 소행성들이 이것이다.
- 아폴로 소행성군 : 평균 거리가 지구보다 멀고, 근일점이 1.017 천문단위 안쪽에 있는 소행성군이다. 그 특성 때문에 트로이 소행성군과 함께 포함될 수 있다.
- 벌칸족 소행성군 : 정확히 말하면 가설상의 소행성군이다. 이름의 모티브는 로마 신화에서의 화산과 대장장이의 신인 불칸.(그리스 신화의 헤파이스토스) 수성 궤도 안쪽을 돌고 있는 소행성들은 전부 이 소행성군에 속하는 것으로 취급되지만, 아직까지 뚜렷한 증거가 없어서 가설상으로만 남아있다. 덧붙여서 이름인 벌칸(Vulcan)이라는건, 수성궤도 안쪽에서 돌고 있는 미지의 행성 불칸에 의해서 수성의 근일점이 편이된다는 역사적 가정에서 왔다.(물론 일반상대성이론으로 인하여 43각초의 오차까지 계산이 완료되어서 행성 불칸의 존재는 부정되었다.) 현재 태양에 가장 가까운 소행성은 2021 PH27으로 태양과의 평균 거리가 0.4614 천문단위다.
- 그 외 : 상술한 소행성군 외에도 불규칙한 소행성군이 존재하며, 그중 대표적인건 화성의 공전 궤도를 가로지르는 아모르 소행성군과, 지구 안쪽에 존재하는 아텐 소행성군이다. 그외에도 아티라 소행성군, 고립 천체 등이 존재한다. 외계에서 온 소행성 항성간 천체도 추가 발견되었다.[3]
회전
대부분의 소행성은 관성주축 가운데 최단축을 중심으로 자전한다. 이는 최단축을 중심으로 도는 것이 가장 에너지가 낮은 상태이며, 이 상태로 떨어지는 시간이 대체로 짧기 때문이다. 자전 주기는 소행성의 크기에 따라 특징적인 분포를 보여준다. 지름이 200미터보다 큰 것들의 자전 주기는 대부분 2.2 시간보다 짧지 않은데, 이는 이러한 소행성의 내부가 중력으로만 느슨하게 결합되어 있기 때문으로 보인다. 현재까지 단 하나의 예외(2001 OE84)만이 발견되었다. 지름이 200미터보다 작은 것들은 대체로 이러한 한계를 넘어 빠른 속도로 회전하는데, 이는 이들이 약간이나마 인장강도를 갖고 있기 때문이다.[2]
발견과 탐사
1801년 주세페 피아치에 의해 세레스가 처음 발견된 이래로, 팔라스, 유노, 베스타가 차례로 발견되었다. 그러나 한동안 소행성의 발견은 중단되었고, 1845년 아스트라이아의 발견 이후 많은 소행성들이 지속적으로 발견되었다. 1923년에는 1000번째, 1990년에는 5000번째 소행성이 발견되었으며, 2013년 1월 30일 기준 35만3926개의 소행성에 공식적으로 숫자가 부여되었다. 탐사선이 직접 다가가서 관찰한 소행성도 다수 존재한다. 처음으로 소행성에 접근한 탐사선은 갈릴레오 호로 1991년과 1993년에 각각 951 가스프라와 243 이다를 지나가며 많은 사진을 지구로 전송했다. 이때 소행성의 첫 위성인 다크틸이 발견된다. 니어 슈메이커는 253 마틸다에 접근하는가 하면, 2001년 433 에로스에 착륙하는 데 성공했다. 2005년에는 하야부사 우주선이 25143 이토카와에 착륙하여 표본을 수집했다.[2]
소행성의 발견
소행성은 중력이 작아서 위성이 없을 것이라고 여겨져 왔다. 하지만 갈릴레오 우주선이 소행성 아이다(Ida)의 위성을 발견함으로써 소행성 연구의 새로운 장을 열었다. 아이다는 태양으로부터 평균 4억 3천만km 정도 떨어진 거리에서 공전을 하고, 직경이 약 56km이다. 미 항공우주국(NASA)의 소행성 관측 우주선인 니어-슈메이커(NEAR-Shoemaker : Near Earth Asteroid Rendezvous)호도 소행성 에로스(Eros)에 근접 비행을 하며 많은 자료를 지구로 보내왔다. 니어-슈메이커호는 착륙선으로 설계되지는 않았지만 에로스를 선회한 후 표면에 경착륙을 성공하였고, 더욱 많은 자료들을 보내왔다.[1]
소행성의 구성 물질
소행성은 탄소가 풍부한 소행성과 금속 물질들을 포함하고 있는 규산염물질의 소행성으로 크게 나누어진다. 탄소가 풍부한 소행성은 전체 소행성 중 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 이들이 태양빛을 반사한 스펙트럼을 조사한 결과 반사도가 매우 낮아 검은 소행성이라고도 불린다. 구성 물질은 탄소 운석층이라 불리는 물질과 비슷한데, 이는 태양계 생성 초기에 나타난 것으로 보이는 원시 물질들이다.
금속 물질을 포함하고 있는 소행성들은 소행성대의 안쪽에 존재하며 높은 반사도를 가지고 있고, 규산염 물질인 휘석과 감람석으로 되어 있다. 현재까지 알려진 바로는 엄청난 소행성들의 양만큼 그 구성 물질 또한 상당한 차이를 보이지만 이들은 태양에서 떨어진 거리에 따라 일반적인 경향을 나타내고 있다. 이는 태양계 생성 초기에 원시 가스 구름이 응축되는 과정에서 생기는 현상이라 추측된다.[1]
동영상
각주
참고자료
같이 보기
