이곳의 자료들은 대부분 곽영직, 김충섭님의「CD-ROM"과 함께가는 별자리 여행」에 들어있는 내용임을 밝혀둡니다.

 

1. 소행성 군단
 

  화성궤도에서 약 1억 km 정도 더 멀어진 곳에 소행성 군단이 있다. 소행성의 총 수효는 수십만 개가 넘을 것으로 추정되고 있으며 소행성들이 돌고 있는 소행성 벨트의 너비도 1억 6,500 만 km 에 달하는 것으로 알려져 있다. 따라서 소행성들 사이에는 넓은 공간이 있다.
소행성의 크기는 조그만 운석에서부터 직경이 1,000 km 나 되는 세레스(Ceres)에 이르기까지 아주 다양하다. 소행성들의 생김새도 크기만큼이나 다양해서 구형을 이루고 있는 것이 있는가 하면 불규칙한 모양을 이루고 있는 것도 있다. 또한 <그림 1>의 Ida처럼 위성을 거느리고 있는 소행성도 있다.
  소행성은 티티우스-보데의 법칙에 의해 발견되었다. 태양에서부터 행성에 이르는 거리가 일정한 수열을 이루고 있다고 믿고 있던 티티우스-보데의 법칙은 이 법칙이 예언한


<그림 1>  소행성 Ida와 그의 위성

거리에서 허셀이 천왕성을 발견한 후 많은 천문학자들에 의하여 믿을 수 있는 법칙으로 받아 들여졌다. 티티우스-보데의 법칙에 의하면 태양으로부터 행성까지의 거리의 비 R은
       R = 0.4 + 0.3 × 2n
 
의 식의 n 에 행성 번호를 대입하면 구할 수 있다. 이 법칙을 이용하여 수성의 궤도 반경을 구하기 위해서는 n 에 마이너스 무한대를 대입하고, 금성의 궤도는 n 에 0 을 대입하면 된다고 하였다. 지구에서부터는 n 에 1에서부터 차례로 대입하면 되는데 화성에는 2를 대입하면 되지만 다음 행성인 목성에는 4를 대입하여야 되었다.

  따라서 천문학자들은 n 값이 3 이 되는 화성과 목성사이의 지구궤도 반지름의 2.8배 되는 곳에 또 하나의 행성이 존재할 것이라고 생각했다. 1700년대 말부터 많은 천문학자들이 이 사라진 행성을 찾기 위해 행성 파수대라는 집단을 조직해서 개인과 국가의 명예를 걸고 조직적으로 새로운 행성 수색작업을 벌이기 시작하였다. 그러나 정작 새로운 행성을 발견한 것은 이 집단과는 아무런 관계없이 독자적으로 활동한 시칠리섬의 천문학자 피아지 (G.P.Piazzi)였다.

  피아지는 1801년 1월 1일에 새로운 행성이라고 생각되는 천체를 티티우스-보데의 법칙이 예언한 거리에서 발견하였다. 이것이 달 크기의 3분의 1이나 되는 세레스였다. 그 후 1802년에 세레스 크기의 반정도 되는 다른 소행성 팔라스(Pallas)가 발견되었고, 1804년에 세 번째 소행성 주노(Juno)가 발견되었다. 가장 밝아서 맨눈으로도 관찰할 수 있는 유일한 소행성인 베스타(Vesta)가 발견된 것은 1807년의 일이었다.
  이렇게 해서 1890년까지 300여 개가 발견되었고, 현재 2,000 여 개의 소행성이 발견자의 이름으로 명명되어 있다. 최근에는 일본 사람 와타나베 카즈오(渡邊和郞)씨가 98년 4월에 새로운 소행성을 발견하고 세종이라고 명명하였으며, 98년 11월에는 이태형씨가 우리나라 최초로 소행성(1998 SG5)을 발견했다는 보도로 화재가 되기도 했다.

  <그림 2>의 사진에 나타난 감자 모양의 소행성들은 모두 소행성대에서 태양 주위를 돌고 있는 것들이다. 이들은 모두 같은 축적으로 나타나 있어 크기를 서로 비교해 볼 수 있다. 마틸데를 예로 들면 길이가 37 km이고 폭이 29 km 정도이다.

<그림 2> 소행성의 크기 비교

 2. 소행성의 분포

  1801년에 피아치(Piazzi)에 의해 최초의 소행성이 발견된 이래 새로운 소행성들이 잇달아 발견되기 시작하여 그 수가 계속 늘어났다. 1986년 초에는 3000개의 소행성이 집계되었다. 매년 수십 개 이상의 소행성이 새로 발견되고 있으며, 소행성대 내에는 크기가 500m 이상되는 소행성 수도 50만개 이상이 될 것으로 추산되고 있다. 하지만 소행성은 그 수에 비해 질량은 작아서 모든 소행성의 질량을 합해도 지구 질량의 1/1000에 불과할 것으로 생각된다. 이런 소행성들은 대부분 화성과 목성 사이에 있는 흔히 소행성대라고 불리는 지역에 분포하고 있다.

<그림 3> 소행성의 분포
 

직       경

소  행  성  의      수

             > 100km

              ~ 200

             > 10km

              ~ 2,000

             > 1km

              ~ 500,000

             > 1m

              ~ 100,000,000,000


<표 1> 소행성의 크기와 갯수

3. 소행성의 궤도

  소행성은 그 대부분이 화성과 목성 궤도 사이에 존재한다. 하지만 소행성의 5% 정도는 이심률이 큰 타원궤도를 돌고 있어서 지구,화성,목성,토성의 궤도를 가로 질러가기도 한다. '아폴로군 소행성'이라 불리는 소행성 무리는 화성보다 안쪽 궤도로 들어온다. 이를테면 아폴로나 이카루스(Icarus)등은 궤도가 지구와 교차하여 지구보다도 태양에 가까이 다가간다.
  이런 소행성들은 대부분이 지름 1km 정도의 작은 것들이지만 그 중에는 지름이 30km가 넘는 것도 있으며, 이 소행성들은 확률이 아주 낮기는 하지만 지구형 행성과 충돌할 가능성이 존재하고 있다. 또 이와 반대로 히달고(Hidalgo)와 같은 소행성은 토성궤도에까지 도달하며, 키론(Chiron)과 같이 거의 토성과 천왕성 사이의 궤도를 돌고 있는 소행성도 있다. 또 '트로이 군(the Trojans)'이라 불리는 소행성 무리는 목성의 궤도 위에서 목성에 앞서서 또는 목성의 뒤를 따라 태양을 돌고 있다. 트로이군 소행성들은 목성과 태양을 두 꼭지점으로 하는 정삼각형의 나머지 한 꼭지점에 해당하는 라그랑지점(목성 앞과 뒤에 두 개 존재함)에 위치해 있다. 이 트로이군 소행성들은 목성의 공전주기의 6분의 1에 해당되는 약 2년을 목성보다 앞서거나 뒤처지면서 12년의 공전 주기로 공전한다.

 

<그림 4> 소행성의 궤도
 

번호

이름

반경
(km)

거리*
(106km)

Albedo

발견자

발견일

 Ceres

457

413.9

0.10

G. Piazzi

1801

511 

 Davida

168

475.4

0.05

R. Dugan

1903

15 

 Eunomia

136

395.5

0.19

De Gasparis

1851

52 

 Europa

156

463.3

0.06

Goldschmidt

1858

951 

 Gaspra

17x10

205.0

0.20

Neujmin

1916

10 

 Hygiea

215

470.3

0.08

De Gasparis

1849

243 

 Ida

58x23

270.0

?

J. Palisa

29 Sep 1884

704 

 Interamnia

167

458.1

0.06

V. Cerulli

1910

 Pallas

261

414.5

0.14

H. Olbers

1802

16 

 Psyche

132

437.1

0.10

De Gasparis

1852

87 

 Sylvia

136

521.5

0.04

N. Pogson

1866

 Vesta

262.5

353.4

0.38

H. Olbers

1807

              * 거리는 태양으로부터의 평균 거리


<표 2> 대표적인 소행성 비교

4. 커크우드 간극 (Kirkwood gaps)

  소행성대 내의 소행성들의 공간분포는 균일하지 않다. 소행성들은 특히 커크우드 간극(Daniel Kirkwood에 의해 발견됨)이라고 알려진 영역 내에는 존재하지 않는 것으로 알려져 있다. 그 위치는 목성의 공전주기에 대한 소행성의 공전주기의 비가 1:3, 2:5, 3:7, 1:2가 되는 영역이다. 이러한 틈 사이를 지나는 소행성의 운동은 목성의 공전주기와 공명상태에 있다. 비록 그 섭동이 지극히 작다고 하더라도 섭동은 시간에 따라 누적되어 커지게 되고 다른 궤도로 옮겨가게 된다. 때로는 소행성의 궤도가 공명으로 묶여 있기도 하는데, 그 예로 트로이 소행성군(Trojans)을 들 수 있는데, 이들은 목성과 같은 주기로 공전하는 소행성의 무리이다. 한편 힐다(Hilda) 소행성들은 바로 3:2의 공명상태에 묶여 있는 것들이다.

 

<그림 5> 커크우드 간극

5. 소행성과 지구의 충돌?

  소행성들의 공전주기는 약 5년 정도이지만 어떤 소행성은 이심율이 큰 타원궤도를 돌고 있어서 그 공전 주기가 훨씬 길다. 이런 소행성 중에는 지구궤도 안쪽에까지 들어오는 것도 있다. 지금까지 20여 개의 소행성이 지구궤도 안쪽까지 들어 오는 것으로 관측되었다. 그러나 천문학자들은 이러한 소행성이 지구에 충돌할 염려는 거의 없다고 생각하고 있다. 소행성과 지구가 충돌할 확율은 250,000 년에서 100만년에 한번 일어날 정도로 작기 때문이다. 주택 복권을 한 장 사 들고 일등에 당첨될 것을 꿈꾸는 사람들에게는 이 정도의 확률이 작은 것이 아닐지도 모른다. 만약에 소행성이 지구에 정면 충돌한다면 소행성의 크기에 따라 다르겠지만 20,000 메가톤 급의 수소폭탄이 터진 것과 같은 결과를 나타낼 것이다.
  1970년 8월 10일에 북아메리카 상공 60 km 지점을 직경이 10 m 이고 질량이 약 1,000 톤으로 추정되는 운석이 지나간 적이 있다. 이 운석은 지구 표면에 직접 충돌하지는 않았지만 대기와 마찰로 대낮에도 볼 수 있을 정도로 밝은 빛과 굉음을 내면서 지나갔다. 이 운석도 틀림없이 소행성 중의 하나이거나 소행성의 부스러기였을 것이다.

  최근 국제천문연맹(IAU; International Astronomical Union)이 천문대에 알려온 바에 따르면 지구와 상당히 가까운 거리를 두고 통과하는 소행성이 새로 확인되었다고 한다. 이 천체는 미국 아리조나 대학에서 '스페이스 워치 프로그램'(Space Watch Program) 수행 중 1997년 12월 6일 J. V. Scotti가 처음 발견했으며, 곧 "잠정적으로 위협을 줄 수 있는 소행성" (PHAs; potentially hazardous asteroids)으로 분류되었다. 천문학자들은 이것을 '1997 XF11'로 명명하고 발견 이후 88일에 걸친 관측 데이터를 종합, 1997 XF11의 궤도를 계산했다. 분석 결과 1997 XF11이 2028년 10월 27일 03시 (한국표준시) 무렵 지구 중심으로부터 약 46,000km(지구 지름의 약 3.6배)의 거리를 두고 통과한다는 결론을 얻었다. 이것은 정지궤도상 통신위성의 고도(약 36,000km)에 근접하는 거리로서 현재까지 알려진 'PHAs'의 지구 접근 거리 중 가장 작은 값이지만, 계산에 오차는 있을 수 있다.
  앞으로 관측 자료가 축적되면 천문학자들은 소행성 '1997 XF11'에 관하여 더욱 정밀한 궤도를 얻을 수 있을 것으로 보인다. 현재 이 소행성의 밝기는 약 21등급을 유지하고 있으며, 올해 상반기에는 큰 변화가 없을 것으로 보인다. 공전주기는 1.73년으로 1998년 3월 현재 이 소행성까지의 거리는 약 3억km이다.(천문대 천문 정보연구실 자료)

<그림 6> 소행성 1997 XF11의 궤도

6. 참고 자료

곽영직, 임충섭,  CD-ROM과 함께 가는 별자리 여행, 사이언스북스(1999)
나일성, 새天文學, 정음사
천문대 천문 정보연구실 자료(1998년)

 

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