명왕성 - 태양계 행성에서 퇴출된 이유

<명왕성 이미지(출처 : 위키피디아)>

명왕성은 미국의 클라우드 톰보에 의해 1930년에 발견된 태양계의 왜소행성입니다. 발견 당시에만해도 어엿한 행성이었지만, 2006년 IAU는 태양계 행성을 새롭게 정의하면서 명왕성의 행성 지위를 박탈해 버렸습니다. 오늘은 바로 이 명왕성에 대한 이야기를 해 볼까 합니다. 궂이 인터넷을 뒤지면 수도없이 많이 나오는 정보임에도 포스팅하려는 이유는, 명왕성의 태양계 퇴출 이유가 대부분 다소 어렵게 설명된 측면이 없지않아 있어, 이를 최대한 쉽게 풀어서 이야기 해 보려 함입니다. 또한, 너무 많은 내용보다는 꼭 알아두면 좋을 법한 내용만 추려서 이야기 해 보고자 하니 더 자세한 내용을 원하는 분들은 위키피디아나 관련 서적, NASA 홈페이지를 참고하는것이 좋을 것 같다는 생각이 드네요.

  1. 발견의 역사

<클라우두 톰보(출처 : 위키피디아)>

서두에서 이야기했든 1930년 미국의 클라우드 톰보에 의해 최초로 발견되었습니다. 명왕성의 존재 가능성은 해왕성의 공전 궤도에서 나타나는 미세한 섭동으로 부터 9번째 행성이 존재할 것이라는 의심에서 시작되었고, 당시 이 미지의 행성을 행성 X라고 부르며, 행성 X를 찾아내기 위한 관측이 시작되었습니다. 이를 주도한 사람은 퍼시벌 로웰이라는 사람인데, 로웰은 행성 X를 찾기위한 프로젝트를 진행하기 위해 천문대를 건설하고 관측을 시작했다 합니다. 하지만 로웰은 명왕성을 찾아내는데 실패하고 사망해 버립니다. 로웰 사후에 로웰의 미망인 콘스턴스 로웰은 천문대의 지분과 상속문제를 재기하여 행성 X 프로젝트는 더이상 진행되지 못했다 합니다. 이후 23세의 젊은 과학자 클라우드 톰보가 프로젝트를 이어받으며 탐사가 다시 시작되었는데, 당시로는 최신의 기술인 천체사진 촬영을 이용하였고, 톰보는 2주 간격의 사진을 촬영한 뒤 위치가 바뀌는 천체를 찾아내는 형태로 명왕성을 찾기 시작하였고 마침내 찾아내는데 성공했다 합니다.

 

하지만 명왕성을 찾아낸 뒤에도 명왕성에 대해서는 알려진것이 많지 않았습니다. 해왕성까지는 보이저호에 의해 직접탐사가 되어 비교적 많은 것을 알아낸 반면에 명왕성까지는 워낙 거리가 먼 탓에 탐사선이 가질 못했고, 그마저도 명왕성은 너무 작고 어두워서 지상 망원경 관측만으로는 알아낼 수 있는게 많지 않았습니다.

  2. 뉴 호라이즌스호의 직접관측

하지만 나사는 또 한번 일을 냅니다. 2006년 플로리다에서 명왕성 탐사를 위한 위성인 뉴 호라이즌스호(New Horizons)를 발사하는데 성공하였고, 뉴호라이즌스호는 약 9년을 날아가 2015년 7월 14일 명왕성에 도착합니다. 그리고, 뉴호라이즌스호는 명왕성의 선명한 이미지를 촬영하여 지구로 전송하였고, 명왕성의 수수께끼가 하나씩 풀리기 시작하였습니다.

<명왕성의 내부(출처 : NASA)>

명왕성의 내부구조는 중심에 암석으로 되어있는 핵, 그리고 액체상태의 물, 겉 표면에는 고체상태의 질소로 구성되어 있을 것으로 추정한다고 합니다. 표면온도가 엄청나게 낮다보니 질소가 고체상태로 존재하는 엽기적인 상황이 가능한 것 같습니다. 직접 파보지 못해 정확한건 아니겠지만, 그나마도 뉴 호라이즌스호가 직접 관측을 하였기에 알아낼 수 있지 않았나 생각해 봅니다.

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  3. 명왕성의 달

명왕성의 퇴출 이유이기도 했던 명왕성의 달은 대표적으로 카론이라는 아이가 있습니다. 명왕성에 비해 크기가 그리 작지 않은데, 그 결과 명왕성과 카론의 공통질량 중심이 명왕성 내부에 있지 않고 바깥에 있습니다. 그러다보니 보통의 다른 중심 천체와는 달리 명왕성은 심하게 흔들리는 모습이 보입니다. 탐사선이 직접 촬영했다고 하는 아래 그림을 보시면 알 수 있습니다.

<4억 2200만km에서 촬영한 명왕성과 카론>

<명왕성과 카론의 공전궤도(출처 : 위키피디아)>

명왕성의 주변에는 카론 뿐 아니라 히드라, 닉스, 켈베로스, 스틱스라고 이름지어진 4개의 위성이 더 있는데, 이 아이들은 명왕성 주변을 공전한다기 보다 명왕성과 카론 주변을 공전하고 있습니다. 그러다보니 중심천체가 누구인지 참 모호합니다. 아래 그림은 바로 이들 위성들의 공전궤도입니다. 얼핏보면 모두 명왕성을 중심으로 공전하는 것 같지만, 자세히 보면 명왕성(Pluto)도 작지 않은 궤도를 공전하고 있으며, 결국 스틱스 이하 나머지 3개 위성들은 명왕성과 카론 주변을 공전하는 형태를 보입니다.

  4. 명왕성의 주요 스펙

명왕성의 주요 스펙을 논하며 빼먹을 수 없는것이 저 공전궤도입니다. 심하게 찌그러진 타원궤도인것이 눈에 띄는데, 그러다 보니 종종 해왕성의 공전궤도를 침범합니다.(하지만 둘이 충돌할 가능성은 없다고 하네요) 이심률이 0.2가 넘으니 정말 어마어맘 한 것 같습니다. 질량 이야기도 안할 수 없습니다. 질량이 고작 지구의 0.002배 밖에 안되는 매우 작은 아이입니다. 부피또한 엄청나게 작습니다. 지구의 0.006배 수준입니다. 이정도로 질량과 부피가 작으니 지구의 달 보다도 명왕성이 훨씬 작습니다. 

  5. 행성에서 쫓겨난 명왕성 - 행성으로서의 지위 상실

명왕성을 이야기 하며 절대 빼 먹을 수 없는것이 행성으로의 지위를 상실했다는 내용입니다. 어쩌다 행성에서 쫓겨나 찬밥신세가 된 것인지를 알려면 IAU에서 정의한 태양계 행성의 조건 3가지를 곱씹어 봐야하는데요,

 

• 태양 주변을 공전해야 한다.
• 충분히 커서 자체 중력으로 구형 상태를 유지할 수 있어야 한다.
• 공전궤도상에서 지배적인 역할을 할 수 있어야 한다.

 

사실 태양계 행성의 조건 이 3가지는 부연설명을 듣지 않는 이상 완벽히 이해하기 어렵습니다. 첫 번째와 두 번째 조건은 충분히 이해가 갑니다. 태양계 행성이라면 당연히 태양계 주변을 돌아야 할 것이고, 너무 작은 위성들이나 소행성같은 아이들을 보면 모양이 구형이 아니라 지 멋대로 돌덩어리 들입니다. 명왕성은 첫 번째와 두 번째 조건은 만족하였으나 세 번째 조건을 만족하지 못했습니다. 세 번째 조건을 좀 더 쉽게 풀어 이야기 해 보면

 

• 자신의 공전궤도에서 자기가 중력이 가장 압도적으로 강해서 다른 천체에 휘둘리면 안된다.
• 중력이 충분히 크기 때문에 궤도에 남은 부스러기들을 모두 중력으로 흡수하였거나, 비교적 덩어리가 큰 부스러기들은 중력으로 잡아당겨놓아 위성을 만들어 버려서 궤도 주변이 부스러기 없이 깨끗하애 한다. 

명왕성은 이 세번째 조건을 충족하기 다소 무리가 있었습니다.

 

사실 IAU에서 행성의 조건을 새로 정의하고자 한 것이, 명왕성 궤도 밖에 명왕성보다 덩어리가 큰 에리스라는 행성을 발견한 것이 시발점이 되었습니다. 에리스라는 명왕성보다 더 큰 행성이 발견되었고, 이후에도 계속 발견되자 도대체 어디까지를 행성으로 봐야 하냐는 논란이 일어나기 시작한거죠. 그래서 이참에 아예 그동안 모호했던 행성의 정의를 새롭게 하게 된 것이고, 그 결과로 저렇게 3가지 행성의 조건이 자리잡게 된 것입니다. 

 

명왕성이 3번째 조건을 충족하지 못한 사유를 보면, 

첫째, 명왕성의 위성 카론에 의해 엄청나게 휘둘린다. 카론이 명왕성보다 질량이 압도적으로 작지 않아 둘은 서로간의 공전궤도 중심을 도는 형국이다. 

둘째, 이후에도 새로운 위성이 속속 발견되고 있다. 

샛쩨, 카이퍼 벨트를 포함, 명왕성 궤도 주변에 아직도 작은 돌부스레기 들이 많다.

 

 

반론의 여지도 많습니다. 목성이나 지구 궤도 주변에도 아직 부스레기들이 많다는 것이 주된 반론 사유 중 하나인데, 쉽게 받아들여지지 않네요. 사실 명왕성이 퇴출될 때만해도 미국의 반대가 굉장히 거셌다고 합니다. 이유는 간단합니다. 명왕성이 미국에서 발견한 유일한 행성이었으니, 미국 입장에서는 명왕성이 행성에서 빠지는게 그렇게 달갑지는 않았을 것입니다.

 

명왕성은 아직 너무 많은것이 베일에 가려져 있습니다. 그런만큼 차후의 관측 활동이 굉장히 기대되는 아이 중 하나라는 생각이 듭니다.