명왕성은 왜 행성에서 빠졌을까?

태양의 둘레를 도는 행성(行星)의 수는 명왕성까지 모두 9개라고 76년 동안 알려져 왔었다. 그러나 2006년 국제천문연맹(IAU)에서는 많은 논란 끝에 가장 멀리 있는 조그마한 명왕성을 소행성(小行星)으로 강등(降等)시키기로 의결했다. 명왕성은 왜 행성의 반열(班列)에서 제외되었나? 그러나 상당 수의 천문학자는 지금도 명왕성을 행성이라고 생각하는가?

행성이 되는 천문학적 조건

과거에는 태양 주변을 선회하는 천체는 모두 행성이라고 생각했다. 목성은 갈릴레오가 1600년대에 처음 관찰한 이후에 행성임을 알게 되었다. 당시에는 달조차 행성의 하나라고 했다. 또한 1800년대에 바윗덩이 같은 소행성을 발견했을 때도 그것을 행성이라고 했다. 그러나 계속 더 멀리 있는 행성들이 발견되자 그들에 대한 정의를 다시 하게 되었다.

1846년에 8번째 행성인 해왕성(neptune)이 발견된 이후, 미국의 천문학자 로웰(Percival Lowell 1855-1916)은 천왕성보다 더 바깥 궤도에 9번째의 행성이 존재할 것이라면서, 그 미지의 행성을 ‘행성X’라고 불렀다. 로웰이 세상을 떠나고 15년 뒤인 1930년에 미국의 천문학자 토보(Clyde William Tombaugh 1906-1997)는 ‘카이퍼 벨트'(Kuiper belt)라 불리는 위치에서 명왕성을 드디어 발견했다.

명왕성이 공전하고 있는 궤도 주변에는 헤아릴 수 없이 많은 수의 얼음덩이(바위, 물, 메탄, 암모니아가 주성분)가 흩어져 있어(흰점), 이 일대를 카이퍼벨트라 한다. 태양으로부터 50AU, 천왕성으로부터 30AU 정도 떨어진 카이퍼벨트는 태양계의 바깥 부분이고, 이곳의 온도는 –190∼-240℃에 가깝다. AU는 태양과 지구 사이의 거리를 나타낸다. 카이퍼벨트는 너무 멀리 있기 때문에 그곳 천체들의 크기, 모양, 성분 등은 자세히 알기 어렵다.

카이퍼벨트에 대해 자세히 알게 되자, 다수의 천문학자들은 명왕성은 행성 가족이 아니라는 주장을 했다. 그리하여 2006년에 개최된 국제천문연맹 총회에서는 명왕성을 행성으로 둘 것인가, 아니면 소행성으로 취급해야 할 것인가를 참가회원 다수결로 결정했다. 이때 참석자의 약 60%에 해당하는 학자들이 제외에 동의했다. 이 의결 때, 행성이란 다음 3가지 조건을 갖추어야 한다고 했다.

1. 태양의 주변을 돌아야 한다.

2. 형이 구형(球形)이 될 수 있을 정도의 중력을 가져야 한다.(중력이 강해야 물방울처럼 부피가 최소 형태인 구형이 될 수 있다.)

3. 궤도 주변의 다른 천체들을 자기 중력으로 깨끗하게 청소해야 한다.

명왕성을 강등시킨 이유는 3번째 조건 때문이었다. 즉 명왕성은 수많은 얼음덩이가 흩어져 있는 카이퍼벨트에 있기 때문이었다.

나사가 보낸 명왕성 탐사위성 뉴호라이즌(New Horizon)은 명왕성에 12,500km까지 접근했다. 사진은 2015년 7월 14일에 35,445km 거리에서 촬영한 모습이다. 명왕성의 직경은 지구의 0.035배, 질량은 지구의 0.00218배, 달의 0.177배이다.

명왕성은 248년 주기로 태양 둘레를 공전한다. 명왕성의 궤도는 다른 행성과 달리 17° 각도로 기울어 있다. 중앙이 태양(Sun), Saturn:토성, Uranus:천왕성, Neptune:해왕성, Pluto:명왕성

명왕성도 행성이라는 주장

명왕성이 깨끗하지 않은 카이퍼벨트에 있다고 해서 행성에서 제외하는 것에 반대하는 학자들은 지금도 같은 주장을 한다. 특히 나사가 보낸 명왕성 탐사선 <뉴호라이즌>의 사진을 통해 명왕성의 모습을 자세히 볼 수 있게 되자, 애리조나 주립대학의 천문학자 벨(Jim Bell)은 “명왕성의 표면 모습은 다른 행성들과 다르지 않다.”고 주장한다.

지구와 달과 명왕성의 크기를 비교하는 영상이다.

얼음 상태의 메탄이 모래밭처럼 명왕성 표면을 덮고 있다(오른쪽 아래). 사진의 윗부분은 메탄 얼음이 산악지대를 이룬 모습이다. 명왕성에는 희박한 대기가 있으며, 산악지대에서는 모래알 크기의 메탄 얼음 알맹이가 초속 1-10m 속도로 날려가고 있다는 보고도 나왔다.

명왕성에서 가장 높은 곳의 고도는 3-6km이다. 이런 산정은 질소와 메탄의 얼음으로 덮여 있다. 고산 아래 평지(Sputnik Planitia)는 메탄 얼음이다.

명왕성이 명성을 잃게 된 동기

캘리포니아 대학의 천문학자 브라운(Mile Brown)은 2005년에 카이퍼벨트에서 명왕성보다 조금 더 큰 얼음덩이 천체를 발견하고 이것을 제나(Xena)라 불렀다(훗날 에리스 Eris로 변경). 그러자 행성이 10개로 증가할 상황이 되었다. 그러나 제나(에리스)는 행성 타이틀을 얻지 못했고, 그 여파로 2006년 체코공화국 수도 프라하에서 열린 IAU 총회에서 오히려 명왕성까지 소행성으로 끌려 내려가고 만 것이다.

명왕성에 대한 지질학적 연구가 이루어지면서, 센터럴플로리다 대학의 행성천문학자 메쯔거(Philip T. Metzger)는 국제천문연맹의 결정이 잘못이라고 주장하고 있다(천문학 논문집 Icarus 2019년 2월호)

대표적인 소행성인 세레스(Ceres)는 화성과 목성 사이에 존재하는 소행성대(Asteroid belt)에 있다. 직경이 950km 정도인 세레스는 형체가 불규칙한 바윗덩이이므로 소행성, 또는 왜소행성이라 불린다. 소행성대에는 대형에서부터 모래알 크기까지 수많은 소행성들이 떠돌고 있다.

소행성대에서 발견된 큰 소행성으로는 세레스 외에 베스타, 팔라스, 하이지이아 등이 있다. 소행성대에 있는 것들을 전부 모으면 달 질량의 4분의 1 정도가 된다.

명왕성을 행성으로 인정해야 한다고 주장하는 메쯔거는 “공룡의 수는 수백 종으로 늘려가고 있는데, 외 행성의 수는 많으면 안 되는가? 행성 수가 증가하면 천문학에 대한 일반 사람들의 관심도 더 높아질 것이 아닌가?” 하고 불평한다. – YS

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