태양계 소행성들 > 행 성

첫번째사진 : 소행성 가스프라(Gaspra)
두번째사진 : 가장 큰 소행성인 세레스(Ceres)
세번째사진 : 소행성 베스타(Vesta)
네번째, 다섯번째사진 : 소행성 아이다(Ida)의 위성 닥틸(Dactyl)의 최대 확대 사진
여섯번째사진 : 소행성 에로스(Eros)
일곱번째사진 : 일본이 발견한 소행성 이토카와(Itokawa)

태양계 내의 모든 행성은 태양을 초점에 둔 타원 궤도를 돌고 있다. 케플러가 1619년 행성의 주기가 태양으로부터 그 행성까지의 거리와 관계가 았다는 사실을 발견한 후, 사람들은 행성의 거리들이 어떤 간단한 관계식으로 나타내어질 수 없을가 하고 고심하게 되었다.

1766년 독일의 천문학자 티티우스(J. D. Titius)가 행성의 거리에 관한 간단한 수학 관계식을 발견하였다. 즉 0, 3, 6, 12, 24, 48 (앞의 숫자를 두 배하면 그 다음의 숫자가 된다)의 숫자 배열로 시작해서 각 숫자에 4를 더한 후 10으로 나누면 0.4, 0.7, 1.0, 1.6, 2.8, 5.2, 10.0, 19.6 등이 나온다.

이 숫자들은 지구에서 태양까지의 거리를 천문단위(AU)로 했을 때 대략 0.4는 수성, 0.7은 금성, 1.0은 지구, 1.6은 화성, 5.2는 목성, 10.0은 토성의 거리에 해당한다. 이 규칙은 수년 후에 같은 독일의 천문학자 보데(Johann Bode)에 의해 세상에 널리 알려지게 되어 티티우스-보데의 법칙이란 이름이 붙여졌다.

가장 큰 소행성 세레스 발견

이 법칙에 따르면 화성과 목성 사이 숫자 2.8에 해당하는 곳에 행성이 있어야 하나 그 때까지 그곳에 어떤 천체도 발견된 것이 없었다. 이 법칙이 나온지 수년 후인 1781년에는 천왕성(Uranus)이 발견되었는데, 그 거리가 티티우스-보데의 법칙대로 19.6AU였다.

이에 고무된 천문학계는 1800년부터 본격적인 탐사 작업을 벌였다. 그 다음해인 1801년 정월 초하룻날 밤 이탈리아 천문학자 피아치(Piazzi)가 우연히 황소자리(Taurus)에서 행성과 같이 밤마다 위치가 변하는 미지의 천체를 발견하였다.
피아치는 이 천체에 로마의 농사 여신의 이름을 따서 세레스(Ceres)라 이름을 붙였다.
이 천체의 원 궤도 수학자 가우스(Gauss)가 계산해 보니 거리가 2.77AU로 티티우스-보데의 거리와 일치하였다.
이것이 처음으로 발견된 소행성이다.

그 다음 해에 팔라스(Pallas), 1804년에 쥬노(Juno), 1807년에는 베스타(Vesta)등이 속속 발견되었다. 현재까지 궤도가 알려진 소행성의 수는 3,300여 개이고 총수는 수십만 개에 이를 것으로 추산되고 있다.

소행성들은 모두 2.8AU근처의 거리에서 다른 행성과 같이 타원궤도를 가지고 태양 주위를 돌고 있다. 소행성 중 여러 개는 긴 타원 궤도를 가지고 있어 어떤 것은 수성(Mercury)보다도 더 태양에 가까이 접근하기도 하고 천왕성(Uranus)의 궤도 가까이까지 멀어지기도 한다.
19세기에 발견되는 소행성의 수가 늘어나고 그들의 궤도가 계산되면서 태양에서 거리가 3.28과 2.50AU인 곳에는 소행성이 거의 없는 사실이 알려지게 되었다.

1866년 커크우드(Daniel Kirkwood)는 이에 대한 설명으로 소행성의 틈은 목성(Jupiter) 중력의 영향으로 생긴 것인데, 이 거리들은 목성 공전 주기의 간단한 분수에 해당한다고 하였다.
그후 이것이 '커크우드의 틈'으로 불리게 된다. 목성 중력의 영향은 이것 뿐이 아니고 소행성들이 무리를 이루기도 한다.
그러한 것으로 트로잔(Trojan), 힐다(Hilda) 등이 있다. 소행성도 자전을 하는데 주기는 크기에 따라 다르지만 대체로 10시간 내외이다.

Asteroid Summary

* Mean distance from the Sun.

소행성에 금속 풍부

최근 미국의 우주선 갈릴레오호에 의한 측정으로 작은 소행성 가스프라(Gaspra)에서 자기장이 발견되어 이 소행성에 금속성의 물질이 풍부하다는 사실이 밝혀졌다.

이것은 아무도 예측하지 못했던 일로서 태양계에서 자기장을 가진 천체로서는 이 소행성이 가장 작은 것이다.
이 발견은 갈릴레오호가 목성으로 가는 도중에 가스프라(Gaspra)에 1,600km까지 접근했을 때 전송한 관측 데이터를 분석하여 얻어낸 것이다.
자기장이 탐지되기 전에 과학자들은 비록 이 소행성에 자기장이 있다 하더라도 우주선의 통과 거리가 멀어서 측정이 불가능할 것으로 생각했었다.
이측정으로부터 과학자들은 이 소행성이 태양계 초기의 구성 성분이 변하지 않아 운석과 같이 주로 바위 덩어리로 이루어져 있거나, 후에 가열되어 바위에서 금속이 분리되고 남은 금속성의 물질로 이루어졌는지를 밝힐 수 있을 것으로 기대하고 있었다. 그러나 이번의 자기측정의 결과는 후자를 암시하고 있다.

가스프라의 자기장은 지구의 1억분의 1 정도로서 아주 약해서 아무 것도 아닌 것 같이 보이지만 지름이 수십km로 작은 가스프라 규모로는 엄청나게 큰 것으로서 금속성의 물질만이 이러한 자기정을 가질 수 있다.

소행성에 풍부한 광물자원

지구의 지하 자원은 종류에 따라 수십년 후부터 고가되기 시작한다.
그대 이러한 자원의 조달은 외계에서만이 가능할 것이다.
그 중에서도 소행성이 가장 큰 관심을 끌고 있다. 그것은 가장 비요을 적게 들이고 조달이 가능하기 때문이다.

현재 과학자들이 세워 놓은 계획에 따르면 우주선이 소행성대에 가서 적당한 크기의 소행성을 골라 지구로 예인한 후 지구 궤도에 진입시키던가 태평양에 띄우고 채광한다는 것이다.
현재는 굼같은 이야기로 들릴지 모르지만 앞으로 수십년 후에는 충분히 실행 가능한 이야기이다.

소행성의 생성 원인에 관해서는 두가지 가설이 제안되고 있다.
즉, 그 곳에 있던 행성이 부서져서 생겼다는 설과 물질이 행성을 형성하지 못하고 흩어졌다는 설이 있으나, 총 질량이 행성이었기에는 너무 적고 목성의 큰 중력 때문에 이 물질들이 뭉치지 못했을 것이라는 이유로 후자가 선호되고 있다.

아직까지 우주선에 의한 소행성 탐사는 이루어지지 못했으나 90년대에는 몇 대의 탐사선을 보낼 계획이었다.
이미 1989년 10월 18일 지구를 떠난 갈릴레오(Galileo)호는 금성(Venus)을 돌아 목성(Jupiter)을 향하였는데 이 우주선은 가는 길에 소행성에 접근 탐사하였다.
머지않아 소행성에 관한 좀 더 자세한 정보가 입수될 것으로 기대한다.

쌍을 이룬 소행성들

소행성들이 대부분 상을 이루고 있지 않느냐 하는 의문이 최근 제기되고 있다.
미국 제트추진연구소(JPL)의 연구팀은 LA 교외 사막에서 레이더 신호를 1988년 프랑스의 천문학자가 발견한 소행성 투타티스(Tutatis)에 보냈다.

이 레이더 신호의 분석으로부터 이들은 이 소행성이 서로의 약한 중력에 묶여 있는 두 개의 천체로 이루어져 있음을 밝혀 냈다.이 소행성의 레이더 영상에는 울퉁불퉁한 모습에 작은 천체에 의해서 두드려 맞은 흔적이 많은 두 개의 천체가 나타나 있었다.

그들의 지름은 각각 4km와 2.5km였다. 이 관측은 소행성이 지구에 360만km에 접근했을 때 이루어졌다.
이번의 관측 이전에도 소행성 카스탈리아가 두 개의 천체로 이루어져 있다는 주장이 나왔었다.
또한 갈릴레오호가 찍어 보낸 영상으로부터 소행성 가스프라가 두 개의 암석 덩어리로 되어 있다는 논쟁이 일고 있다.
지금까지 상세한 관측은 3개의 소행성에 대해서만 이루어졌고, 그 세 개 중에서 두 개 도는 전부가 쌍으로 되어 있는 사실로 미루어 소행성의 대부분이 쌍으로 되어 있지 않느냐는 추측이 나오게 되었다.

소행성이 때려서 생긴 것으로 생각되는 지구, 달, 화성의 추돌 크레이터도 근접한 쌍으로 되어 있는 점을 보아 소행성이 쌍으로 이루어졌다는 주장은 놀라운 일은 아니다.
그러나 아무도 소행성 세계에 쌍을 이룬 것이 많다고는 상상하지 못했었다. 이번에 소행성의 근접 영상이 이들의 생각을 바꿔 놓게 된 것이다.

갈릴레오호가 소행성 아이다의 사진촬영

목성(Jupiter)을 향해서 항진 중에 있는 가릴레오(Galileo)호는 1993년 8월 28일 화성(Mars)과 목성(Jupiter) 사이의 소행성대를 통과하면서 아이다(Ida)의 생생한 모습의 사진을 보내왔다.
이것은 이 우주선이 1991년 소행성 가스프라(Gaspra)의 사진을 보내온 후 두 번재의 것이다.
갈릴레오호 안테나 고장으로 전송 속도가 늦어져서 이 사진의 수신이 1993년 10월에야 이루어져 사진의 공개가 늦어졌다. 과학자들은 '이렇게 상세한 소행성 모습을 보기는 처음으로 이는 마치 금광을 발견한 것과 같다.'라고 말하고 있다.

길이가 52km인 이 소행성은 수억년 동안 소행성대를 이리저리 채이면서 떠돈 것으로 보인다.
아이다가 상당히 크고 도한 예기치 않게 태양에 의해서 조명되는 각도가 좋아 여러 부분의 상세한 모습을 나타내 주고 있다. 이 소행성은 큰 소행성으로부터 약 2억년 전에 떨어져 나온 것으로 보인다.

소행성 아이다(Ida)에도 위성이 있다

태양은 행성을 거느리고 있고, 행성은 위성을 거느리고 있다. 그렇다면 소행성들도 위성을 거느리고 있지 않을까?
1980년대에 천체의 탐사 작업이 이루어졌지만 발견에는 실패했다.
그러나 최근 갈릴레오호가 지름이 52km인 소행성 아이다(Ida)의 위성(Dactyl)을 발견함으로써 이론가들이 믿고 있던 대로 비록 중력이 작아서 위성을 잡아두기가 어렵다 하더라도 소행성에 위성이 있다는 사실을 확인시켜 주었다.

이 위성의 발견은 행운의 결과이다. 1995년에 목성에 도착할 예정으로 항진하던 갈릴레오호는 1993년 8월 아이다를 통과했으나 위성(Dactyl)을 찾아볼 생각은 하지도 않았었다.
그러나, 이 우주선팀은 1993년 9월 우주선이 아이다를 한번 촬영하게 했다.
'아이다(Ida)의 영상에는 아이다(Ida) 이외에도 다른 것이 있었다.'라고 과학자들은 이 우연한 촬영에 의한 발견을 설명하고 있다.
갈릴레오호의 근적외선 영상에도 같은 위치에 천체 하나가 발견되어 소행성 위성의 존재를 확인시켜 주고 있다.

회춘하는 소행성의 위성

우주선 가릴레오호가 찍어 보낸 소행성 아이다(Ida)는 표면이 구덩이와 줄무늬로 덮여 있었다.
이로부터 과학자들은 길이가 58km인 이 소행성의 나이가 10 - 20억년은 될 것으로 추산했다.
그러나 지름이 1.4km로 작은 이다의 위성은 소행성 대에 아직도 대량으로 남아있는 파편더미 물질과의 충돌로 그 수명은 1백년 이상은 될 수가 없다.
만약 아이다와 그 위성이 더 큰 천체의 충돌에 의해서 깨어져 생겼다면 두 천체의 나이가 같아야 함에도 불구하고 이들의 나이가 크게 다른 것은 수수께끼가 아닐 수 없었다.

그러나 갈릴레오호가 보내온 근접 사진이 이 문제에 해답이 될 정보를 제공하고 있다.
아이다의 위성은 여러번의 일생을 살았다는 것이다.
즉, 이 위성은 그동안 여러번 작은 파편으로 깨어졌다가 재결합하는 과정을 거쳤다.
현재도 이 위성은 최근의 분열로부터 재결합으로 새로 태어나는 과정에 있다고 한다.

지금은 이 위성은 아이다 주위에 널려 있는 위성과 이다에서 충돌에 의해서 떨어져 나간 파편 조각들을 끌어 모으고 있는 중이다.
이러한 주장은 이 위성이 의외로 매끈한 모습을 가지고 있어 나온 것이다.
태양계의 천체들은 작으면 작을수록 더 불규칙한 모습을 가지고 있다.

소행성은 작은 암석들의 집합체

그동안 소행성이 하나의 덩어리냐 작은 덩어리의 집합체이냐에 관한 논란이 어어져 왔다. 그런데 최근 소행성들이 지구와 같이 하나의 고체로 이루어진 천체들이 아니라 자체의 중력에 의해서 모여 있는 암석 덩어리들의 집합체라는 주장이 나왔다.

갈릴레오호가 1991년과 1993년에 각각 찍어 보낸 소행성 가스프라(Gaspra)와 아이다(Ida)의 근접 사진으로도 이 문제에 대한 해답은 찾을 수가 없었다.
그러나 미국 캘리포니아주 파사데나에 있는 제트추진연구소(JPL)의 과학자들은 소행성들의 자전 속도가 느리다는데 근거를 두고 이같은 주장을 내어 놓았다.

만약 소행성의 자전 속도가 빠르다면 하나의 덩어리라야만 원심력을 견뎌내어 부서지지 않을 것이다.
그러나 107개의 소행성에 대한 자전 속도를 관측한 결과 그 어느 것도 2.3시간 보다 빠른 자전주기를 가진 것이 없었다고 한다.
만약 이러한 주중이 사실이라면 소행성의 생성과 진화를 밝히는데 크게 기여하게 될 것이다.

신비를 벗기는 니어(NEAR)호

미 항공우주국(NASA)은 1996년 2월 16일 소행성 탐사선 니어(NEAR, Near Earth Asteroid Rendezvous)호를 발사했다.
니어호는 앞으로 3년간 20억km를 날아가 1999년 1월에 에로스(Eros)라는 길이가 40km인 소행성에 30km까지 접근해서 1년 동안 궤도를 돌면서 관측할 예정이다.

니어(NEAR)에 실린 카메라는 2 - 3m 크기의 물체까지 구별할 수 있다.
카메라 외에도 적외선 분광기, X-ray 형광분석기 등의 첨단 분석 장비들과 자기장의 측정을 위한 자력계 등을 싣고 있어 소행성을 구성하고 있는 물질의 종류와 밀도 등에 관한 정확한 분석을 할 수 있다.

니어(NEAR) 그 자체도 일종의 측정기 역할을 해서 에로스와의 최초 접근때 에로스의 중력에 의해서 이 우주선의 속도가 얼마나 감속되느냐를 측정하여 에로스(Eros) 소행성의 질량도 구하게 된다.

니어(NEAR)는 임무를 마친 후에는 에로스의 표면에 충돌해서 최후를 마치는 순간까지 표면의 상태에 관한 데이터를 전송해 줄 예정으로 있다. 니어(NEAR)는 에로스의 역사를 알게 해 줄 것이다.
또한 이 천체가 어떻게 형성되었는가에 대해서도 많은 것을 시사해 줄 것이다.
소행성은 행성 형성의 순간 촬영 사진인 셈으로 이번 실험의 의미는 크다.

지구와 충돌할뻔 한 소행성

1996년 5월의 마지막 주 초 지구에 천재지변이 일어날뻔 한 사실을 천문학자들만 알았을 뿐 대부분의 사람들은 모르고 지나갔다.
그때 지름이 500m 정도의 암석 덩어리인 천체 하나가 지구를 스쳐 지나갔던 것이다.
이 천체는 1996JA1로 명명된 소행성으로서 지구에 45만 620km까지 접근하면서 비켜갔다.

이 거리는 지구와 달의 거리보다 조금 큰 것으로 천문학에서는 털끝만한 거리에 해당한다.
인류의 천체 관측 역사상 지구를 이렇게 가까이 통과한 천체로는 이것이 가장 큰 것이다.

우주에 떠도는 소행성들의 주기를 모두 파악하기 전에는 6,500만년전의 공룡 대 멸종의 소행성 충돌과 같은 일이 다시 벌어지지 않으리라고 누가 장담할 수 있겠는지...
인류가 향후 해야할 가장 시급한 일 중에 하나가 소행성들의 주기와 위치 파악이라고 생각한다.

우리나라도 과학위성 발사 후 향후 달 탐사 계획과 아울러 소행성의 탐사에 대한 국가적인 비젼이 수립되어야 하고, 이러한
계획아래 우리의 후손들이 우주과학을 세계최강대국의 그것처럼 발전시켜야 할 것이라고 생각한다.