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현재까지 관측된 명왕성의 모습 중 최고로 화질이 좋은 사진


  명왕성 (Pluto) 는 현재까지 알려진 태양계 내의 왜소행성 (Dwarf planet) 중 2 번째로 큰 것이다. 원래 명왕성은 행성으로 분류되어 있었으나 이제는 카이퍼 벨트 (Kuiper belt) 의 소행성 중 하나로 분류된다. 카이퍼 벨트에 속해있는 여러 소행성들 처럼 명왕성은 기본적으로 암석과 얼음으로 구성되어 있으며 다른 행성들에 비해 굉장히 작다. 대략 달의 질량에 5 분의 1 정도 밖에 되지 않는다.


명왕성과 해왕성의 공전궤도


  명왕성의 이심률(eccentricity)은 0.248 정도로 다른 행성들에 비해 굉장히 많이 찌그러진 타원 궤도를 돌기 때문에 때로는 명왕성이 해왕성 보다 태양에더 가깝게 접근할때도 있다. 명왕성에는 3개의 위성이 있으며 그 중 가장 큰 위성인 카론(Charon) 의 경우 명왕성과 연성계 (binary system, 어느 두 천체가 매우 가까워서 그 두 천체의 중력에 의해 두 천체가 그들의 중력이 평형을 이루는 지점에서 돌게되는 것이다. 보통은 별들의 경우에서 많이 나타나지만 때때로 행성의 경우에서도 이 처럼 나타나게 된다.) 원래 한동안 명왕성의 위성은 1개로 알려져 있었지만 2005년이 2개의 위성인 Nix 와 Hydra 가 추가적으로 발견되었다.

  1930년에 발견된 이후로 2006년 까지, 명왕성은 태양계의 9번째 행성으로 일컫어졌다. 하지만 21세기에 들어서자, 명왕성과 비슷한 많은 천체들이 발견되었다. 한가지 예를 들자면 산란분포대 (Scattered disc) 에 있는 천체인 Eris 의 경우 명왕성 보다 27%나 더 무겁다. 따라서 이렇게 새롭게 발견되는 수많은 천체들을 모두 행성이라는 범주 내에 포함시킬 수 가 없게 되어 2006년 8월 24일 국제천문연맹 (International Astronomy Union, IAU) 에서는 최초로 '행성' 이라는 단어의 뜻을 정의하였다. 이 정의에 따르면 명왕성은 행성에서 제외된다. 명왕성은 결국 위에서 말한 Eris 나 Ceres 와 같은 '왜소행성' 에 포함되게 되었다. 또한 명왕성은 여러 작은 천체에게 부여되는 일련번호인 134340 을 얻게되어 '왜소행성 134340' 이라 불리게 되었다. 하지만 몇몇의 천문학자들은 명왕성이 다시 '행성' 의 지위를 얻게 해야 한다고 주장하고 있다.

퍼시벨 로엘


  명왕성의 발견은 1840년대로 거슬러 올라간다. 위르엥 르베리에(Urbain Le Verrier) 는 뉴턴 역학에 따라 계산한 결과 천왕성의 궤도가 다른 행성이 없을 시에 상당히 불안정해진다는 사실을 알아내어 해왕성의 존재를 예측하였다. 결국 19세기 후반에 몇몇의 관측을 통해 해왕성을 발견하게 된다. 1906년에는 보스턴의 재력가 퍼시벌 로엘(Percival Lowell) 이 미국 애리조나의 플래그스태프(Flagstaff) 에 1894년에 세웠던 로엘 천문대에서 9번째 행성를 찾기 위한 거대한 프로젝트가 진행되었고 그 행성은 '행성 X' 라는 이름을 얻었다. 1909년에는 로엘과 윌리엄 피커링 (William H. Pickering) 은 행성 X 가 존재가능한 천구좌표 (Celestial coordinates) 를 계산해냈고 결국 로엘과 그의 천문대는 로엘이 1916년에 사망하기 전 까지 관측을 계속해냈다. 한가지 안타까운 사실은 1915년 3월 19일에 그의 천문대에서는 명왕성의 희미한 사진 2 장을 찍을 수 있었지만 이 것이 명왕성인지 모른 채, 로엘에게 알려지지 않았다.

클라이드 톰보


  1929년에 로엘 천문대의 책임자인 베스토 멜빈 슬라이퍼(Vesto Melvin Slipher) 는 행성 X 의 위치를 구하는 일을 클라이드 톰보 (Clyde tombaugh) 에게 맡겼다. 톰보는 당시 23살의 캔자스 사람으로 슬라이퍼가 톰보의 천문 그림을 보고 감탄해 로엘 천문대로 불러들인 직후였다. 톰보가 한 일은 2주 간격으로 똑같은 위치에서 찍은 두 사진을 보고 위치에 변동이 있는 천체들을 찾아내는 것이다. Blink Comparator 라는 기기를 통해 톰보는 빠르게 위치가 바뀐 천체들을 찾아낼 수 있었다. 1930년 2월 18일, 거의 1년간의 작업 끝에 톰보는 그 해 1월 23일과 29일에 찍힌 사진들로 부터 움직이는 물체를 발견할 수 있었고 천문대는 몇몇의 확인 작업을 거친 후 새 행성의 발견을 1930년 3월 13일에 하버드 대학교 천문대에 전했다. 행성 X, 명왕성이 발견되는 순간이였다.

명왕성의 발견


   명왕성의 실시등급은 평균적으로 15.1 이며 근일점에서는 13.65 까지 밝아진다. 이 때문에 명왕성을 보기 위해서는 적어도 직경 30 cm 인 망원경이 필요하다. 하지만 명왕성의 각지름은 겨우 0.11" 밖에 되지 않고또 노르스름한 빛을 내기 때문에 별 처럼 보이기도 한다. 명왕성의 스펙트럼 분석에 따르면 명왕성의 표면은 98% 이상 질소 얼음으로 뒤덮여 있다. 또한 약간의 메탄과 일산화탄소도 포함되어 있다. 명왕성의 위성 카론의 경우 한 쪽에는 메탄 얼음이 좀더 많이 뒤덮고 있고 반대 쪽에는 질소와 이산화탄소 얼음이 많이 뒤덮고 있다. 현재의 천문학 기술로는 명왕성 표면의 정확한 모습을 관측할 수 있다. 허블 우주 망원경을 통해서도 겨우 아주 약간 표면에 대한 정보만을 얻을 수 있을 뿐이다.

층으로 나뉜 내부구조


  명왕성의 밀도는 대략 1.8 ~ 2.1 g/㎤ 정도 된다. 이를 통해 명왕성의 내부는 50~70% 의 암석과 30~50 % 의 암석으로 이루어졌다는 것을 알 수 있다. 방사성 물질이 붕괴함에 따라 열을 방출하는데 이 열을 통해 암석이 얼음과 떨어져 있을 수 있게 되므로 과학자들은 명왕성의 내부구조는 중심에 밀도가 높은 암석과 그 주위의 얼음 맨틀로 분리되어 있을 것이라고 생각한다. 또한 방사성 물질의 붕괴에서 나오는 열을 통해 녹여진 얼음에게서 물을 찾을 수 있을 것이라고 예상하고 있다.

  로엘이 처음에 행성 X 의 존재를 예측하고 해왕성과 천왕성의 궤도에 가해진 변화를 통해 계산해낸 행성 X 의 질량은 대략 지구의 질량과 비슷했다. 하지만 1971년에 수행되었던 계산에 따르면 행성 X 의 질량은 지구의 질량 보다 작은 대략 화성 정도의 질량으로 예상되었다. 그러나 1976년에 하와이 대학교의 데일 크룩생크 (Dale Cruickshank) , 칼 필쳐 (Carl Pilcher) , 데이비드 모리슨 (David Morrison) 는 명왕성의 알베도 (albedo, 물체가 빛을 받았을 때 반사하는 정도 ) 를 최초로 측정해 그 것이 메탄 얼음과 일치함을 알아냈다. 이 뜻은 명왕성이 그 자체의 크기에 비해 훨씬 빛난다는 뜻으로 명왕성의 질량이 지구의 질량의 100 분의 1 도 안된다는 사실을 알아냈다.

명왕성과 그 위성 카론


  1978년에 명왕성의 위성인 카론의 발견을 통해 명왕성의 질량 측정이 케플러의 제 3 법칙의 뉴턴 방정식 (Newton's formulation of Kepler's third law) 을 통해 명왕성의 질량을 측정할 수 있었다. 카론의 중력이 명왕성에 미치는 영향을 계산하여 명왕성의 질량이 1.31×1022 kg 로 지구의 0.24% 에 미치지 못한 사실을 알아냈다. 또한 성식(occultation, 어떠한 행성을 통해 항성이 가려지는 현상) 을 통해 명왕성의 지름 2390km 를 계산해 낼 수 있었다. 또한 적응 제어 광학 (adaptive optics) 를 통해 천문학자들은 명왕성의 모양을 정확히 알아낼 수 있었다.

명왕성과 3개의 위성


  명왕성의 대기는 매우 얕은 질소, 메탄, 이산화탄소로 이루어져있다. 명왕성이 태양으로부터 멀어짐에 따라 대기는 얼어버려 지면으로 가라앉는다. 명왕성이 다시 태양에 가까워지면 지면의 온도가 상승해 지면의 얼음이 승화해 대기를 생성한다. 이는 비-온실효과를 생성시켜 (예를들자면 우리가 운동을 하고 난 후 땀을 흘리면 땀이 증발함에 따라 체온을 빼았는 것) 승화열에 의해 명왕성의 온도를 더욱 낮추게 된다. 과학자들은 전파망원경을 이용해 명왕성의 표면온도가 43K 라는 사실을 밝혀냈고 이는 예상보다 10K 나 더 낮은 수치였다.

   명왕성의 대기는 1985년에 있었던 명왕성 성식에서 발견되었고 이 발견은 1988년 있었던 또다른 성식에서 검증되었다. 만약 어떠한 항성이 대기를 갖지 않는 다면 성식 때 그 별은 갑자기 보이지 않게 된다. 하지만 명왕성의 경우, 천천히 희미해졌다. 희미해져가는 정도를 측정해 명왕성의 대기압은 대략 0.15 파스칼로 지구 표준 대기압인 101325 파스칼에 비해 70만 분의 1 이다.

  2002년에는 파리 천문대의 브루노 시카르디 (Bruno Sicardy), MIT 의 제임스 엘리엇 (James L. Elliot),  윌리엄 대학의 제이 파사코프 (Jay Pasachoff) 는 명왕성의 성식을 자세히 관측하였다. 이를 통해 명왕성의 대기압이 0.3 파스칼 로 나타났다. 비록 명왕성이 1988년 관측했을 때 보다 태양으로 부터 더 멀리 떨어져 있었음에도 불구하고 명왕성의 대기압에 높게 측정되었다. 원래 명왕성이 태양으로 부터 멀리 떨어지게 되면 대기가 얼어서 얼음 형태로 지면으로 떨어지기 때문에 대기압이 낮아지는 것이 정상인데 말이다. 이 이상한 변화의 이유 중 하나로 제시되는 것은 1987년 명왕성의 북극점에서 120년 만에 처음으로 관측된 이상한 그림자이다. 이 그림자는 북극의 질소가 더 많이 승화되게 해서 10 년간의 축척 끝에 대기압을 상승시켰다는 것이다.

  명왕성 大 논쟁 … 명왕성은 행성인가?

  이제 본격적으로 이 글에 제목에 맞는 내용을 생각해 보기로 한다.

  명왕성에 대한 논쟁은 1992년 카이퍼 벨트에 위치한 천체 (15760) 1992 QB1 의 발견 부터 시작되었다. 카이퍼 벨트와 명왕성과의 관계는 '명왕성이 카이퍼 벨트에 위치한 많은 천체들에 포함되어 있지 않다고 말할 수 있을지?' 많은 의문점을 남겼다. 2002 년에 반지름이 대략 1280m 로 명왕성의 절반 정도 되는 KBO 50000 콰오아 (Quaoar) 가 발견되었다. 또한 2004년에는 최대 지름이 1800km 정도 되는 90377 세드나 (Sedna) 가 발견되었다. 세레스 (Ceres)가 다른 소행성들이 발견 된 이후 행성의 지위를 상실했던 것 처럼 명왕성도 세레스 처럼 단지 카이퍼 벨트에 위치한 한 천체가 아닌가 라는 의문이 제기되었다.

에리스와 왼쪽의 위성 디소노미아


  2005년 7월 29일에는 'Eris' 라 이름 붙여진 새로운 해왕성바깥천체 (Trans-Neptunian object) 가 발견되었다. 이는 명왕성 보다도 크기가 약간 더 컸다. 이는 1846년 트리톤(Triton) 이 발견되 이후로 발견된 가장 큰 천체였다. 처음에 에리스가 발견되었을 때 언론은 10번째 행성이라고 떠들어 댔으나 실제로 행성이라고 부를 만한 증거들이 발견되지 않았는 데도 불구하고 말이다. 천문학계의 몇몇 사람들은 이런식으로 계속 많은 천체들을 '행성' 이라는 범주내에 포함시킬 수 없다며 명왕성을 '행성' 의 범주에서 빼자는 이야기가 나오기 시작하였다.

  하지만 명왕성을 행성에 범주에 넣자고 지지하는 사람들은 명왕성에는 위성 카론이 있고 대기가 있기때문에 행성이라고 해야 한다고 주장했다. 하지만 이러한 특징은 해왕성바깥첱체들 에게서도 발견할 수 있었다. 에리스의 스펙트럼 분석에 따르면 에리스의 표면은 명왕성과 비슷하며 에리스에게도 2005년 9월에 발견된 디소노미아(Dysnomia) 라는 위성이 있기 때문이였다.

  박물관과 플레네타리움 관계자들은 종종 명왕성을 태양계 모델에서 빼야 한다는 사실에 대해 종종 논쟁을 벌였다. 심지어 2000년에는 하이덴 플레네타리움에서는 태양계 모델에 행성에 8개 밖에 있지 않았다.

IAU 회의


  결국 이러한 명왕성에 대한 논쟁 끝에 국제천문연맹 IAU 는 회의를 소집하여 '행성' 이라는 단어에 대한 공식적인 정의를 만들게 되었다. 이 정의에 따르면 다음과 같은 3가지 조건을 모두 만족해야만 '행성' 이라는 명칭을 가질 수 있게 되었다.
  1. 천체는 반드시 태양 주위를 공전해야 한다.
  2. 천체는 반드시 자신의 중력으로 인해 구 모양을 이룰 수 있을 정도의 질량을 가져야 한다. 좀 더 엄밀히 말하면 천체 자체의 중력을 통해 천체를 정역학평형(Hydrostatic equilibrium) 의 모양이 되어야 한다.
  3. 주변 궤도의 천체를 깨끗히 흡수 할 수 있는 천체 ( 즉, 궤도 주변에서 지배적인 천체)
  하지만 명왕성의 경우, 명왕성의 질량은 명왕성의 궤도 내의 질량에 비해 0.07 배 밖에 되지 않아 (한편 지구의 경우 1.7백만 배나 된다) 3번 조건을 만족할 수 없게 되어 '행성' 의 지위를 상실하였다. 그렇다면 명왕성은 도대체 뭐가 되는 것일까? 따라서 IAU 는 명왕성 같은 천체들을 위해 왜소행성 이라는 분류를 만들어 주어 속하게 하였다.

  2006년 9월 13일에 국제천문연맹은 명왕성, 에리스, 에리스의 위성인 디소노미아를 소행성에 포함시키며 번호를 부여하였다. 따라서 명왕성은 134340, 에리스는 136199 와 같은 번호를 얻게 되었다.

  하지만 천문학계에서 이를 인정하지 않아 명왕성을 재분류 하려는 요구가 있었다. 나사(NASA) 의 명왕성을 탐사하려는 New Horizion 임무의 담당자 앨런 스턴(Alan Stern) 은 공개적으로 국제천문연맹의 새 분류를 "새 정의는 썩었어" 라며 조롱하였다. 스턴의 주장은 새로운 '행성' 의 정의에 따르면 소행성들과 궤도를 공유하는 모든 행성들 (지구, 화성, 목성, 해왕성) 들이 모두 행성에서 박탈된다는 것이였다. 또한 로엘 천문대의 마크 부이(MArc W. Buie) 는 그의 웹사이트에 그가 새롭게 정의한 '행성' 의 정의를 올렸고 그 역시 국제천문연맹의 정의에 반대하는 글을 올렸다. 반면 소행성 에리스를 발견했던 천문학자 마이크 브라운(Mike Brown) 은 "미친 서커스 같은 방법을 통해 결국 우리는 올바른 답을 얻은 것 같다. ' 며 국제천문연맥을 지지하였다.

  대중들은 경우 반응은 엇갈렸다. 몇몇의 사람들은 새로운 정의를 받아들였지만 몇몇의 사람들은 새로운 정의를 인정하지 않고 인터넷을 통해 국제천문연맹에게 행성의 정의를 다시 만들라는 요구를 하고 있다. 미국 캘리포니아의 한 단체는 국제천문연맹을 가리켜 '과학계의 이단' 이라며 폄하했다. 미국 뉴멕시코의 하원의원은 톰보의 업적을 기려 적어도 뉴멕시코의 하늘에서는 명왕성은 행성에 포함된다는 결의를 통과시켰고 매년 3월 13일에는 '명왕성의 날' 까지 제정하였다. 뿐만 아니라 아직도 많은 이들은 국제천문연맹의 결정을 따르지 않고 명왕성을 계속해서 행성에 포함시키고 있다.
 
  미국이 이렇게 명왕성을 행성에 포함시키는데 집착하는 이유는 바로 명왕성이 미국이 발견한 유일한 행성이기 때문이다. 따라서 행성에 대한 정의가 명확히 확립되기 전 까지 명왕성에 대한 논쟁은 계속될 것이라고 본다.

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  1. ciico 2009.01.15 23:43

    이심율이 뭐죠?
    ㅎㅎ

  2. Favicon of http://야후 그러라럴 BlogIcon 김병조 2009.06.24 11:45

    ㅋㅋ 명왕성의 3개의 행성중 히드라 있어 스타크래프트의 히드라를 말하는건가 큭큭

  3. ㅎㅎ 2011.08.14 14:37

    감사해요 좋은정보네요! 가져갑니다 !!!!!