태양계의 난쟁이 행성들...왜행성

 

2006년 8월 24일 국제천문연맹(IAU, International Astronomical Union)은 체코의 프라하에서 열린 제26차 총회에서 최초의 소행성으로 알려진 온 세레스, 행성으로 알려져 온 명왕성, 명왕성 바깥에 제나(Xena)로 불려 온 에리스(Eris) 이 세 개의 천체들을 왜행성(왜소행성, dwarf planet)이라고 새롭게 분류하였다. 왜행성에 대한 정의는 다음과 같다.

A celestial body that is in orbit around the Sun
: 태양을 중심으로 하는 궤도를 갖는다.
A celestial body that has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium [nearly round] shape
: 원형의 형태를 유지할 수 있는 중력을 가질 수 있도록 충분한 질량을 갖는다.
A celestial body that has not cleared the neighbourhood around its orbit
: 그 궤도 주변에서 다른 천체를 흡수하지 못한다.
A celestial body that is not a satellite
: 다른 행성의 위성이 아니어야 한다.

이러한 정의로 2008년에 (136472) 2005 FY9로 불리던 하우메아(Haumea)와 (136108) 2003 EL61이라 불렸던 마케마케(MakeMake) 또한 왜행성으로 분류되었다.

 

행성으로 알려져 온 명왕성은 2006년 8월 왜행성으로 분류되었다.

 

 

왜행성을 구분하는 명확한 기준은 무엇일까? IAU의 결의안에는 왜행성의 크기와 질량에 대해서도 나와 있다. 하지만, 거대하고 무거운 것에 대한 명확한 정의는 없었다. 따라서 수성보다 질량이 큰 천체가 발견된다 해도 그 궤도 주변에서 다른 천체를 흡수하지 못한다면 행성으로 분류되지 않고 왜행성으로 분류된다. 작고 가벼운 것에 대한 기준은 '자체 중력에 의해 거의 구형이다'는 정의가 있다. 구체적인 수치는 해당 천체의 천체물리학적 성질에 의해 달라지기 때문에 IAU 결의안에는 반경과 질량을 수치로 정의할 생각은 없다는 의지가 명확하게 제시되었다. 국제천문연합결의에 해당하는 의원회 원안에는 물리학적 정의를 이해할 수 없는 사람들을 위해 '이 정의에 의하면 보통의 암석으로 된 천체라면 5×1020kg의 질량, 혹은 800km이상의 직경을 가진 천체가 여기에 해당한다.'는 언급은 있으나 이것 자체는 정의가 아니다.

 

왜행성 중 가장 큰 에리스의 모습.

 

 

행성 X 행성 X란 해왕성보다 멀리 떨어져 있고 태양을 중심으로 공전하며, 보통 행성의 크기인 가상의 천체이다. 행성 X가 존재한다는 설은, 천왕성과 해왕성의 궤도운동이 이론과 잘 맞지 않는다는 사실에서 나오게 되었고, 9번째 행성으로 알려져 왔다. 그리고 1930년 명왕성의 발견 이후엔 열 번째 행성으로 주장되어 왔다. 이 궤도운동의 문제점은 대부분이 관측을 통해 많이 해결되었으나, 20세기 말 이후에 태양계 외곽에서 다수의 천체들이 발견되어 그 분포를 설명할 근거로 또다시 행성 X의 존재를 가정하는 설이 나오고 있다. 명왕성은 행성 X의 탐색 과정에서 발견된 천체였으나, 연구자들이 찾던 행성 X는 아니었다. 2006년 8월 24일, 국제천문연맹 IAU 총회에서 태양계 행성의 정의가 결정되면서 태양계의 행성은 해왕성까지 8개로 줄었고, 명왕성은 왜행성으로 분류되었다. 앞으로 행성 크기의 천체가 발견되더라도 IAU의 결의에 맞추어 행성으로 인정될지는 불분명하며, 왜행성으로 분류될 가능성이 높다.

 

1930년에 클라이드 톰보(Clyde William Tombaugh)에 의해 명왕성이 발견되었다. 발견 당시에 천문학자들은 명왕성이 행성 X라고 생각하였으나, 명왕성의 질량은 해왕성의 궤도를 설명하기엔 너무 작아 행성 X에 대한 탐색은 그 후에도 계속되었다.   명왕성 발견 후에도 톰보는 행성 X를 찾아 황도면 위주로 탐색했다. 명왕성의 발견 이후, 긴 시간 동안 태양계 외곽 부근의 천체들은 발견되지 않았으나 1992년에 카이퍼 벨트(Kuiper belt)에 속해있는 천체인 (15760) 1992QB1가 발견되었다. 여기서 카이퍼 벨트란 해왕성의 궤도를 넘어 태양으로부터 약 30~50AU 떨어진 디스크 형태의 영역을 말한다. 이후로 태양계 외곽 부근에서 수많은 천체들이 발견된다. 이 천체들은 대부분이 카이퍼 벨트에 속해있으며, 해왕성의 바깥 궤도에서 황도면상을 공전하는 천체로, 대부분이 얼음으로 덮여 있고, 태양계 형성 시에 남겨진 천체라고 생각된다. 현재는 명왕성도 카이퍼 벨트 천체 중 하나로 되어있다.

태양계의 왜행성들.

 

우주탐사선 파이오니어 10, 11호, 보이저 1, 2호에 의해 행성 X의 존재는 두 가지 면에서 부정되고 있다. 첫째로 이들 탐사선이 태양계 외곽행성의 근처를 통과할 때 행성으로부터 받는 중력에 의한 가속도를 보아, 이들 행성의 정확한 질량이 산출되었는데, 이것은 지상관측에 의해 계산된 값과는 약간의 차이가 있었다. 이 수정된 질량을 대입하면 외곽행성의 부자연스러운 궤도운동은 해결되었다. 둘째로 이들 우주탐사선의 궤도를 보면 아직 발견되지 않은 거대한 천체의 영향은 검출되지 않았다. 이 사실로 미루어 많은 천문학자들은 행성 X의 존재는 없다고 생각하고 있다. 하지만 천체의 질량이 작은 경우에는 이 방법으로는 검출되지 않고, 외곽 행성의 궤도에도 눈에 띄는 영향을 주진 않기 때문에 지구와 비슷한 질량을 가진 천체가 존재할 가능성은 아직 남아 있다.

 

 

왜행성의 위성

명왕성과 명왕성의 위성, 카론.

카론(Charon) 1978년 6월 미국 해군천문대(The U.S. Naval Observatory)의 크리스티(James Christy)가 명왕성의 위성 카론을 발견하였다. 카론은 지구에서 볼 때 명왕성과 거의 나란히 붙어 있는데 명왕성의 중심에서 카론의 중심부까지의 거리는 약 19,600km이다. 이 거리는 지구에서 간신히 관측할 수 있는 한계 거리이다. 카론이 주기적으로 명왕성을 한 바퀴 도는 데(공전주기)는 약 6.4일 걸리는데 이는 명왕성의 자전주기와 똑같다. 따라서 명왕성과 카론은 서로 같은 면만을 바라보며 공전을 하고 있다. 그리고 질량도 모행성과의 상대질량이 가장 큰 위성으로 명왕성의 1/8이다. 그래서 일부 천문학자들은 명왕성과 카론을 왜행성과 위성의 관계가 아니라 쌍둥이 천체라고 보기도 한다.   히이아카(Hi`iaka), 나마카(Namaka) 왜행성인 하우메아에는 2개의 위성이 있다. 이들은 2005년도에 발견이 되었으며, 충돌로 인해 하우메아에서 떨어져 나간 것으로 추측되고 있다. 히이아카는 크기가 약 310km(지름), 질량은 대략 4x1020kg이다. 나마카는 크기가 약 170km(지름)이다.

 

디스노미아(Dysnomia) 디스노미아는 왜행성 중에 가장 큰 에리스(Eris)의 위성이다. 크기는 약 300~400km(지름)로 추정된다. 이 디스노미아는 소규모 천체가 에리스의 충돌로 인해 떨어져 나가 위성이 된 것으로 추정하고 있다.

 

 

1. 왜행성

   '왜행성'은 소리가 비슷한 '외행성'과 쉽게 구분하기 위해 '왜소행성'으로 불리기도 하나, 표준어는 왜행성이다.