지난번 천체의 여러 형태 1탄 잘 읽어보셨을까요? 이번에는 2탄! 두번째 시간으로 천체의 위성, 왜성, 초신성에 대해 자세히 알아보고자 합니다.
지구 주위를 도는 인공 물체 위성
위성은 행성, 왜소행성, 소행성등과 같은 태양계 천체의 주변을 공전하는 천체입니다. 수성과 금성을 제외한 태양계의 6개의 행성은 모두 합쳐서 185개 정도의 위성을 가지고 있다고 합니다. 지구형행성의 경우 지구와 화성이 각각 1개와 2개를 가지고 있고 나머지는 모두 목성형행성의 위성이라고 합니다. 일반적으로 위성은 공 모양이지만 크기가 작은 위성은 불규칙한 모습을 하고 있습니다. 위성 형성 이론에는 원시태양계원반에서 일어난 행성과 함께 만들어졌다는 이론, 원시행성들이 충돌할 때 생긴 파편들이 뭉친 후 행성의 중력 영향권에 들었다는 이론, 행성 형성과 관계 없는 천체가 행성 주변을 지나다가 포획되었다는 이론이 있습니다. 화성의 위성처럼 작고 불규칙하게 생긴 경우나, 공전궤도가 행성의 자전과 반대인 경우, 그리고 목성처럼 모행성의 중력이 큰 경우는 포획으로 형성된 것으로 보입니다.
작은 별, 왜성
왜성이란 말 그대로 작은 별이라는 뜻입니다. 태양계에서는 수성과 금성처럼 지구로부터 멀리 떨어져 있고 크기가 작은 행성들을 왜행성이라고 부릅니다. 이 중에서도 특히 목성형 행성의 특징을 많이 가지고 있는 천체를 소행성이라고 하는데, 대부분 화성과 목성 사이에 위치하며 크기는 지름 100km 이하인 경우가 많습니다. 하지만 최근 연구 결과에 따르면 이러한 소행성들이 처음 발견되었을 때와는 달리 실제로는 훨씬 큰 질량을 가지고 있으며, 궤도 또한 매우 불규칙하다는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 앞으로는 지금까지의 분류 방식과는 다른 새로운 분류 체계가 필요하게 되었습니다. 태양계 내에서의 생성 과정은 아직 정확히 밝혀지지 않았지만, 일부 학자들은 혜성과의 충돌 등 우주 공간으로부터 날아온 물질이 뭉쳐져서 만들어진다고 주장하기도 합니다. 그러나 많은 과학자들은 거대한 운석 구덩이(크레이터)나 얼음 형태의 물이 존재한다는 점을 근거로 하여 원시 대기 상태에서 형성되었다고 추측하고 있습니다. 즉, 초기 단계의 원시 행성 주위를 도는 원시행성체라고 불리는 미행성체가 모여 최초의 거대 행성이 만들어지고, 이후 주변 환경 변화에 의해 가스 성분이 빠져나가면서 남은 암석질 부분이 남아 현재의 소행성이 되었다고 보는 것입니다. 지구 가까이에 접근하는 소행성은 주로 달 표면 같은 지형을 남기는데, 이것을 ‘충돌구’라고 합니다. 그리고 이렇게 생긴 충돌구는 약 2억 년 주기로 반복해서 나타납니다. 만약 1년에 한 번씩 부딪친다면 매년 수십 개의 충돌구가 생기는 셈이지요. 다행히 인류가 살고 있는 지역까지는 오지 않지만, 만일 수백 km 이내로 근접한다면 엄청난 피해를 입을 수 있습니다. 실제로 1930년 미국 애리조나 주 사막에서 직경 10m짜리 소행성이 시속 4만 5,000km의 속도로 지표면에 충돌하면서 발생한 충격파로 인해 반경 500m 안에 있던 건물 유리창이 모두 깨지고 나무가 뽑히는 등 막대한 피해를 입었습니다.현재 관측되는 소행성 가운데 절반 이상은 세레스라는 이름의 소행성군에 속해 있습니다. 세레스는 공전 궤도면이 황도면과 거의 일치하기 때문에 해왕성 바깥궤도를 돌고 있는 유일한 왜행성이기도 합니다. 문제는 세레스뿐만 아니라 명왕성과 카론 역시 비슷한 궤도를 갖고 있다는 것입니다. 두 천체는 각각 2006년과 2007년에 카이퍼 벨트에서 벗어나면서 태양계 외곽 쪽으로 이동했습니다. 그렇다면 이제부터는 어떤 일이 일어날까요? 우선 중력 붕괴 현상이 일어나면서 수많은 파편 조각들이 서로 충돌하거나 흩어질 것입니다. 그러면 다시 여러 개의 위성이 탄생하겠지요. 뿐만 아니라 점점 멀어지는 만큼 언젠가는 소멸될지도 모릅니다. 물론 그렇게 되기까지는 수천 년 혹은 수만 년이 걸릴지 모르지만, 어쨌든 분명한 것은 시간이 지날수록 더욱더 많은 소행성이 나타날 것이라는 사실입니다.
엄청난 에너지를 방출하는 초신성
초신성이란 항성진화의 마지막 단계에 이른 별이 폭발하면서 생기는 엄청난 에너지를 순간적으로 방출하여 그 밝기가 평소의 수억 배에 이르렀다가 서서히 낮아지는 현상입니다. 이 때 발생하는 에너지의 형태는 대부분 중성미자(뉴트리노)이며, 태양 질량의 약 10배 이상인 별에서만 나타난다.별들이 진화하면 할수록 내부에서는 수소핵융합 반응이 활발해지고, 이로 인해 중심부의 온도가 매우 높아집니다. 이렇게 높아진 중심부의 온도 덕분에 철과 니켈 같은 무거운 원소들이 만들어지게 됩니다. 하지만 이러한 과정만으로는 핵융합 반응이 계속해서 일어나기 어렵기 때문에 결국엔 새로운 원소들을 만들기 위해 다시 가벼운 원소들을 만들어야 합니다. 이때 만들어진 원소 중 일부는 안정화되지 못하고 불안정하게 되는데, 이것이 바로 ‘붕괴’라고 하는 과정입니다. 붕괴과정에서도 많은 양의 열에너지가 방출되는데, 이를 주계열성의 광도변화곡선으로부터 예측할 수 있습니다다. 즉, 적색거성이 된 후 팽창 속도가 느려지고 중력수축이 일어나면서 점차 백색왜성이 되고, 이후 수축속도가 더욱 빨라지면 마침내 흑색왜성이 되어 최후를 맞이합니다.중성미자는 전하를 띠지 않는 입자로서 물질과의 상호작용이 거의 없습니다. 따라서 빛의 속도로 이동하며 다른 물질 속을 통과할 때 아무런 흔적을 남기지 않습니다. 그래서 우리는 중성미자를 검출하기 위해서 특별한 장치를 이용해야 합니다. 대표적인 방법으로는 감마선 흡수체라는 특수한 장비를 이용하는 것입니다. 만약 어떤 물체가 중성미자를 방출한다면, 그것은 곧 감마선을 방출한다는 의미이기 때문에 감마선 흡수체 위에 올려놓으면 쉽게 검출할 수 있습니다.일반적으로 태양 질량의 1.4배 이상이면 초신성이 될 확률이 높다고 알려져 있습니다. 그러나 실제로 관측되는 초신성은 비교적 작은 크기의 별에서부터 큰 별에 이르기까지 다양합니다. 또한 최근 연구 결과에 따르면 지구로부터 2억 광년 떨어진 곳에서 발견된 초신성은 태양 질량의 14배나 되는 거대한 별이었다고 합니다.
과학 기술이 발달함에 따라 우주의 신비가 조금씩 벗겨지고 있지만, 여전히 인간으로서는 알 수 없는 미지의 세계가 너무나 많은 것 같습니다. 이번에는 위성, 왜성 그리고 초신성에 대해 알아보았는데요. 다음에는 더 흥미로운 주제 준비하겠습니다.