태양계의 소행성대

 

화성과 목성의 궤도 사이에 우주의 쓰레기장이 있다. 이것은 감자처럼 생긴 암석과 금속의 덩어리들로 표면에 심한 충돌 자국이 나 있고 지름이 고작 주미터에 불과한 소행성들의 영역이다. 200년 전 최초의 소행성이 발견된 이후 대부분의 시간 동안 천문학자들은 이들 천체를 '하늘의 무법자' 로 생각해 왔다. 종종 소행성 하나가 더 흥미로운 천체 앞으로 지나가 중요한 천체 사진을 망치는 일이 종종 있었다. 그러나 최근에 천문학자들은 과거 어느 때보다도 소행성에 대해 더 많이 알게 되었다. 소행성은 이제 무법자가 아니라 태양계의 과거를 알려 주는 중요한 열쇠로 여겨진다.

 

소행성대 데이터

안쪽 가장자리: 2.0AU
바깥쪽 가장자리: 3.3AU
안쪽 가장자리에서의 궤도 주기: 3.2년
바깥쪽 가장자리에서의 궤도 주기: 6,0년
알려진 개체군: 22000개 이상
어림된 개체군: 지름이 1.6킬로미터 이상인 개체가 50만 개
어림된 총질량: 4.8 × 10kg, 지구 질량의 0.0008배
소행성들의 조성: 암석과 금속
최대 소행성: 세레스, 지름 900km

 

 

소행성대

1801년에 최초의 소행성이 발견된 이후 천문학자들은 10000개 이상의 소행성에대해 궤도를 확정하고 지도를 만들었다. 소행성이 점점 더 많이 발견되면서 소행성의 90~95퍼센트 정도가 화성과 목성의 궤도 사이에 놓여 있다는 사실이 분명해졌다. 이 지역은 소행성대로 알려져 있다. 소행성대에는 총 100만 개의암석과 금속 덩어리들이 모여 있는 것으로 추정된다.

어떤 소행성의 궤도가 계산되면 일련번호가 매겨지며, 이 번호는 그 소행성의 공식 명칭의 일부가 된다. 이렇게 해서 궤도의 지도가 최초로 만들어진 소행성은 세레스이다. 세레스는 지름이 약 900킬로미터인 가장 큰 소행성으로, 크기가 달 지름의 이나 된다. 사실 '소행성' 이라는 용어에 정말로 걸맞은 소행성은 이것 하나뿐이다. 세레스는 두 번째로 큰 소행성 지름의 두 배 이상이며 모든 소행성을 합친 총질량의 글 정도를 차지한다. 지름이 250킬로미터 이상인 소행성은 20개 미만이며 나머지 대부분(적어도 지금까지 발견된 소행성 가운데)은 집 한 채나 자동차 한 대 정도의 크기에 불과하다. 지름이 150킬로미터 보다 큰 대형 소행성들만이 둥글 것으로 생각된다. 나머지는 중력이 너무 작아서 구형이 될 수 없다. 우주 탐사선이 최근에 찍은 일부 소행성의 근접 사진은 이 사실을 확인해 준다. 또한 이 사진들에 보이는 심한 충돌 자국과 부서진 표면으로 미루어, 모든 소행성이 충돌의 산물인 것으로 간주된다. 소행성대에 너무나 많은 소행성이 모여 있으므로 만남과 충돌이 비교적 잦았던 것이 틀림없다. 그러나 소행성대는 공상 과학 영화에서 자주 등장하는 것처럼 미친 듯이회전하는 거대한 돌덩이들이 빽빽하게 흩뿌려져 있는 그런 모습은 전혀 아니다. 평균적으로 각 소행성은 수천만 킬로미터라는 상당한 거리를 두고 서로 떨어져 있으며 자전 주기는 수주일인 경우도 있지만 보통은 10~20시간이다. 소행성은 일반적으로 행성보다 더 늘어진 궤도, 즉 이심률이 더 큰 궤도를 따라 태양 주위를 돈다. 더욱이 소행성의 궤도는 행성들이 태양 주위를 도는 일반적 평면인 황도에서 상당히 기울어져 있다. 평균적으로 볼 때, 소행성의 궤도는 황도와 약 10도 이내의 각을 이루고 있지만 30도만큼 크게 기울어져 있는 것도 있다. 궤도가 이렇듯 크게 기울어져 있기 때문에 소행성들은 사실상 띠라기보다는 도넛에 가까운 3차원 공간에 모여 있는 셈이다.

소행성대는 대략 2~3.3AU까지 뻗어 있다. 화성에 가까운 소행성은 궤도를 도는 데 약 3년이 걸리며 가장 먼 소행성은 이것보다 2배 정도 걸린다. 소행성대는 위치에 따른 공전 시간의 차이 외에도 화학 조성에서 두드러진 경향이 관측된다. 태양에서 약 2.4AU 미만 떨어져 있는 가장 안쪽의 소행성들은 주로 암석이다. 이러한 소행성을 S형이라 한다. 이 소행성들은 일반적으로 입사광을 최고 15퍼센트까지 반사하는 밝은 표면을 가진다. 소행성대의 가장 바깥쪽 지역은 대개 훨씬 더 검은 소행성들로 이루어져 있다. 이들 C형 소행성은 탄소를 많이 함유하고 있어서 숯이나 칠판보다도 더 검다. 화성의 위성인 포보스와 데이모스는 포획된 C형 소행성이다. C형 소행성은 또한 세 번째 주요 유형인 금속성 M형 천체와 함께 2.5AU에서 3AU까지인 소행성대의 중간 지역에서도 발견된다. 거리에 따른 이러한 조성은 의심할 바 없이 태양 성운의 위치에 따라 다른 물질들이 응축했다는 사실을 반영한다.

 

 

다른 소행성들

소행성들이 모두 소행성대에 모여 있는 것은 아니다. 일부는 지구에 훨씬 더 가까이 접근한다. 5킬로미터보다 작은 소행성으로 이루어진 아폴로 소행성들은 사실상 지구의 궤도를 가로지른다. 아텐 소행성들 역시 지구와 경로가 교차한다. 아폴로와 아텐이라는 소행성의 이름을 딴 이 소행성 그룹들을 지구 근접천체라고 한다. 이들은 우리 지구에 끊임없는 위협을 제기한다. 어떤 소행성은 태양에 바짝 붙어 있는 훨씬 더 작은 궤도를 갖고 있어서 수성의 궤도 안쪽으로 들어오기도 한다. 유명한 예는 소행성 1566호 이카루스이다. 태양에 가장 가까이 접근했을 때 이카루스의 표면 온도는 섭씨 500도 이상으로 치솟는다. 다른 소행성들은 태양계의 훨씬 더 바깥쪽에서 발견된다. 트로이는 목성의 궤도를 공유하는 소행성군이다. 이들은 목성과 태양이 주는 중력의 영향 때문에 목성과 같은 궤도에서 목성 진로의 전면 60도와 후면 60도 위치에 모여 있는 상태로 태양 주위를 돈다.