카이퍼 벨트와 명왕성

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명왕성(Pluto)이라는 소행성은 해왕성(Neptune)보다 더 멀리 떨어진 ‘카이퍼 벨트’(Kuiper belt)라 부르는 공간을 운행하는 9번째로 큰 태양계의 가족이다. 카이퍼 벨트란 어디를 말하며, 명왕성은 왜 행성의 지위를 잃고 소행성으로 밀려나게 되었는가?

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카이퍼벨트는 태양에서 약 30-50AU 떨어진 공간

태양과 지구 사이의 평균 거리는 약 1억 5,000만km이고, 이 거리를 천문학에서는 1AU(astronomical unit 천문단위)라 한다. AU는 태양계에 속하는 천체들 사이의 거리를 나타낼 때 주로 사용되며, ‘광년’이라는 용어와 함께 사용되는 천문단위이다.

 

 

 

태양에서 수성(Mercury)까지의 거리는 0.39AU, 금성(Venus)까지는 0.72AU, 지구는 1AU, 화성은 1.52AU, 목성은 5.2AU, 토성은 9.5AU, 천왕성은 19.2AU, 행왕성은 30.1AU이다. 태양계 전체의 직경은 약 200,000AU(1.5광년)라고 추정되고 있다.

참고로 <보이저 1> 우주탐사선이 2025년 2월 현재 가고 있는 거리는 167.34AU이고, 지구와 가장 가까운 항성인 켄타우루스자리의 '프록시마 켄타우리'까지의 거리는 268,000AU(4,25광년)이다.

 

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태양계는 3차원의 입체 공간인데, 8개의 행성들은 마치 회전하는 팽이의 표면에 표시된 점들처럼 수평면(황도면) 상태로, 각기 태양과 거의 같은 거리를 유지하며 운행하고 있다. 하지만 행성 가족에서 밀려난 명왕성은 해왕성 바깥 궤도를 회전하다가 일시적으로 해왕성 안쪽 궤도(카이퍼 벨트)를 도는 특이한 운행을 하고 있다.

 

 

 

중앙의 황색 점은 태양, 노란 선은 토성의 궤도이다. 이 컴퓨터 에니메이션 영상에서 붉은 선으로 나타낸 명왕성(Pluto)은 해왕성(청색 선) 바깥 궤도를 돌다가 일시적으로 천왕성(녹색 선)과 해왕성 사이를 지나간다. 천왕성과 해왕성 사이의 공간이 카이퍼 벨트이다. 이 영상의 궤도에서 사선이 그려진 공간은 명왕성이 황도면 궤도로부터 약간 기울어져 1850년부터 2097년까지 지나가는 궤도의 범위를 나타낸다.

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카이퍼벨트에서 운행하는 소행성들

카이퍼 벨트는 천왕성과 해왕성 사이 30AU - 50AU 공간을 말한다. 카이퍼 벨트에는 마치 화성과 목성 사이의 소행성 벨트처럼 수많은 작은 천체들이 흩어져 있다. 이곳을 떠도는 천체들은 메탄, 암모니아, 물의 얼음덩이거나 금속 또는 암석들이다.

 

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카이퍼벨트를 떠또는 유명한 소행성 중에는 명왕성 외에 오르쿠스, 하우메아, 콰오아르, 마케마케 등이 있다. 카이퍼 벨트라는 용어는 1951년에 이 공간을 발견한 네덜란드의 천문학자 카이퍼(Gerard Kuiper 1905-1973)의 이름을 딴 것이다.

 

 

명왕성의 첫 발견

태양계의 행성 8개는 1800년대 초까지 모두 발견되어 있었으며, 천문학자들은 해왕성보다 먼 곳에 제9의 행성이 존재할지 모른다는 이론을 펼치고 있었다. 1840년대가 되자 다수의 천문학자들이 제9의 행성을 ‘행성-X’라 부르며 그것의 위치를 추정하면서 찾고 있었다. 그때로부터 거의 1세기가 지난 1930년에 미국의 천문학자 톰보(Clyde Tombough 1906-1997)가 카이퍼 벨트의 한 곳에서 명왕성을 발견하는데 성공했다. 톰보는 소년시절부터 직접 망원경을 만들어 천체를 관측해오던 천문학도였다.

 

 

 

명왕성의 질량은 달 질량의 6분의 1에 불과하다. 태양으로부터 그의 궤도까지 거리는 30 - 49AU이며, 명왕성이 태양을 일주하는 데는 247.94년이 걸린다. 그러므로 앞으로 153년 후인 2178년이 되면, 톰보가 명왕성을 처음 발견했던 위치에 다시 오게 된다.

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명왕성의 달별들

명왕성에는 5개의 달별이 있다. 그중에 제일 큰 샤론(Charon)은 직경이 명왕성의 절반 정도(직경 1,212km)이며, 샤론과 명왕성은 공동의 중심(barycenter 중심점)을 두고 서로 회전하면서 태양 주위를 공전하고 있다.

 

 

 

명왕성과 샤론은 45억 년 전 탄생할 당시, 서로 접근하게 되자 하나의 중심점을 두고 영상처럼 돌게 되었다. 명왕성이 훨씬 크기 때문에 샤론은 그의 달별의 하나이다. 명왕성의 다른 달별인 스틱스(Styx)는 2012년에 허블우주망원경에 의해, 닉스(Nyx)와 히드라(Hydra) 또한 2005년에 허블우주망원경에 의해 발견되었다. 그리고 직경이 19km인 케베로스(Keberos)는 2011년에 존재가 확인되었다가 2015년에 나사의 행성탐사선 <뉴호라이즌>호가 처음으로 희미한 영상을 촬영했다.

 

 

 

명왕성과 샤론만 아니라 이중성이라 불리는 별들도 공동의 중심점(바리센터) 주위를 돌고 있다.

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천문학자들은 2,000년대가 되면서 소행성에 대한 많은 지식을 갖게 되었다. 그리고 2005년에는 96.3AU 거리에서 명왕성보다 큰 소행성 에리스(직경 2,326km)가 발견되었다. 결국 천문학자들은 2006년에 개최된 국제천문연맹 회의에서 그동안 제9의 행성으로 생각해오던 명왕성을 행성의 지위에서 제외하기로 결정했다. -YS

 

 

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