2006년 과학계에서 가장 뜨거웠던 사건을 꼽는다면 단연 태양계의 막내 행성 ‘명왕성’의 행성 지위 박탈이다. 1930년 2월 18일 미국 천문학자 클라이드 톰보가 발견한 명왕성은 태양계의 9번째 행성으로 인정받아왔지만, 1990년대 이후 해왕성 바깥쪽 카이퍼 벨트에서 명왕성과 비슷한 크기의 천체들이 잇따라 발견되면서 행성의 지위가 흔들리기 시작했다. 그러던 중 2005년 미국 천문학자 마이클 브라운 교수팀은 명왕성보다 질량이 약 27% 더 큰 에리스를 발견했다. 명왕성이 행성이라면 에리스도 행성이 돼야 하는 상황이 됐다. 결국 국제천문연맹(IAU)은 2006년 8월 체코 프라하에서 제26차 총회를 열고 행성의 정의를 공식적으로 정립하기 위한 투표를 했다. 당시 정의된 행성의 요건 3가지는 △태양 중심 공전 △충분한 질량을 가져 정역학적 평형을 유지할 수 있는 구형 △자신의 공전 궤도상에서 주변 천체에 대한 지배적 위치다. 명왕성은 첫 번째와 두 번째 조건은 충족했지만 세 번째 조건에서 결격 사유가 발생해 행성에서 제외되고 왜소행성으로 분류됐다. 그로부터 20년이 지난 최근 미국 항공우주국(NASA)에서 명왕성을 다시 행성으로 승격시켜야 한다는 의견을 공식적으로 지지하면서 다시 국제적 논쟁의 대상으로 주목받고 있다. 이런 상황에서 일본 국립 천문대, 이시가키지마 천문대, 교토대 하쿠비 천문대, 기타큐슈 산업의과대, 지바 공업대 행성탐사 연구센터, 사가 호시조라 천문센터, 도쿄대 천문학 연구소, 아마추어 천문 연구집단인 일본 성식 정보네트워크(JOIN), 교토 산업대 우주과학 연구소 공동 연구팀은 명왕성 너머에 위치한 심우주의 천체를 관측한 결과 해당 천체에서 희박한 대기 흔적을 발견했다. 이 대기는 얼음 화산에 의해 공급되거나 혜성 등의 천체 충돌로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 알려졌다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 5월 5일 자에 실렸다. 태양계 최외곽 행성인 해왕성 궤도 너머를 공전하는 행성체들은 ‘해왕성 바깥 천체’(TNO)라고 부르는데 이들은 태양계 형성 과정에서 남겨진 잔해물이다. 이 중 명확하게 대기가 감지된 것은 왜소행성인 명왕성이 유일했다. 이에 연구팀은 천체가 별의 앞을 지나가며 별빛을 가리는 현상인 성식(星飾·stellar occultation·항성 엄폐)을 관측해 ‘(612533)2002XV93’으로 알려진 천체를 조사했다. 연구팀은 2024년 1월 교토와 나가노현에 있는 전문 천문대와 후쿠시마에 있는 시민 천문학자의 망원경으로 이 현상을 동시에 관측했다. 그 결과, 일부 관측에서 별빛은 천체가 앞을 지날 때 갑자기 사라지는 대신 몇 초에 걸쳐 점진적으로 어두워졌다. 이는 천체 주위의 얇은 가스층, 즉 대기가 존재할 때 나타나는 전형적 현상이다. 연구팀은 이 대기가 지구보다 약 500만~1000만 배 더 희박한 것으로 계산했고 얼음 화산에서 방출되는 가스에 의해 유지되거나 최근 혜성 같은 천체의 충돌 이후 방출된 물질로 형성된 단기적 대기층일 것이라고 추정했다. 연구를 이끈 고 아리마츠 교토대 교수는 “이 발견은 밀도 높은 대기가 거대 행성 주위에만 형성된다는 기존의 가설에 도전하는 것으로 태양계 가장자리에 위치한 상대적으로 작은 천체들도 일시적으로 대기를 가질 수 있음을 보여준다”며 “추가적인 성식 관측이나 우주 망원경을 이용한 정밀 측정으로 이렇게 형성된 대기가 시간 변화에 따라 어떻게 변하고 형성되는지에 대해 연구할 것”이라고 밝혔다.

무려 2억 9000만㎞ 떨어진 곳에서 바라본 지구는 어떤 모습일까? 최근 미 항공우주국(NASA)의 소행성 탐사선 프시케(Psyche)가 오래전 보이저 1호가 촬영한 ‘창백한 푸른 점’을 연상시키는 지구와 달의 모습을 촬영해 관심을 끌고 있다. 프시케가 과학 장비를 점검하던 중 촬영한 이 사진에는 우주에서는 보잘것없는 ‘인류의 고향’이 작은 점으로 담겨있다. 공개된 사진을 보면 우주라는 광막한 공간 속에 흰색의 동그란 점이 확인되는데, 이것이 바로 지구다. 또한 바로 그 옆에는 더 작은 점으로 보이는 달이 놓여 있으며 주위 배경으로 양자리의 별들이 자리하고 있다. 프시케는 지난달 20일과 30일 이틀 동안 두 대의 카메라를 10초씩 노출해 이 사진을 완성했다. 특히 이 사진은 인류 역사상 ‘가장 철학적인 천체사진’이라 불리는 1990년 2월 14일 보이저 1호가 촬영한 ‘창백한 푸른 점’(Pale Blue Dot)을 연상시킨다. 35년의 세월이 지났지만 여전히 커다란 경외감을 자아내는 이 사진은 유명 과학 서적 ‘코스모스’의 저자이자 미국의 유명 천문학자인 칼 세이건(1934~1996)의 제안으로 시작됐다. 당시 그는 명왕성 부근을 지나고 있던 보이저 1호의 망원 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구의 모습을 찍어보자는 다소 황당한 아이디어를 냈다. 그리고 1990년 2월 14일 실제로 보이저 1호는 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구-태양 간 거리의 40배인 60억㎞ 거리에서 지구의 모습을 잡아냈다. 이 사진 속에 담긴 우리가 사는 세상은 그저 ‘창백한 푸른 점’에 불과했다. 당시 칼 세이건 박사는 “지구는 우주에 떠 있는 보잘것없는 존재에 불과함을 사람들에게 가르쳐주고 싶었다”는 명언을 남겼다. 한편 프시케 탐사선은 금속 성분으로 이뤄진 소행성 ‘프시케’를 탐사하기 위해 2023년 10월 발사됐다. 프시케 탐사선은 2029년 8월 소행성 프시케 궤도에 도달한 뒤 최소 26개월 동안 궤도를 돌며 탐사 임무를 수행할 예정이다. 소행성 프시케는 279㎞ 정도의 크기로 암석이나 얼음 성분이 많은 다른 소행성들과 달리 철과 니켈 등 금속 성분으로 대부분 구성돼 있어 주목받아왔다. 화성과 목성 궤도 사이의 ‘소행성 벨트’에 자리 잡고 있으며, 지구로부터의 거리는 약 36억㎞다.

무려 2억 9000만㎞ 떨어진 곳에서 바라본 지구는 어떤 모습일까? 최근 미 항공우주국(NASA)의 소행성 탐사선 프시케(Psyche)가 오래전 보이저 1호가 촬영한 ‘창백한 푸른 점’을 연상시키는 지구와 달의 모습을 촬영해 관심을 끌고 있다. 프시케가 과학 장비를 점검하던 중 촬영한 이 사진에는 우주에서는 보잘것없는 ‘인류의 고향’이 작은 점으로 담겨있다. 공개된 사진을 보면 우주라는 광막한 공간 속에 흰색의 동그란 점이 확인되는데, 이것이 바로 지구다. 또한 바로 그 옆에는 더 작은 점으로 보이는 달이 놓여 있으며 주위 배경으로 양자리의 별들이 자리하고 있다. 프시케는 지난달 20일과 30일 이틀 동안 두 대의 카메라를 10초씩 노출해 이 사진을 완성했다. 특히 이 사진은 인류 역사상 ‘가장 철학적인 천체사진’이라 불리는 1990년 2월 14일 보이저 1호가 촬영한 ‘창백한 푸른 점’(Pale Blue Dot)을 연상시킨다. 35년의 세월이 지났지만 여전히 커다란 경외감을 자아내는 이 사진은 유명 과학 서적 ‘코스모스’의 저자이자 미국의 유명 천문학자인 칼 세이건(1934~1996)의 제안으로 시작됐다. 당시 그는 명왕성 부근을 지나고 있던 보이저 1호의 망원 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구의 모습을 찍어보자는 다소 황당한 아이디어를 냈다. 그리고 1990년 2월 14일 실제로 보이저 1호는 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구-태양 간 거리의 40배인 60억㎞ 거리에서 지구의 모습을 잡아냈다. 이 사진 속에 담긴 우리가 사는 세상은 그저 ‘창백한 푸른 점’에 불과했다. 당시 칼 세이건 박사는 “지구는 우주에 떠 있는 보잘것없는 존재에 불과함을 사람들에게 가르쳐주고 싶었다”는 명언을 남겼다. 한편 프시케 탐사선은 금속 성분으로 이뤄진 소행성 ‘프시케’를 탐사하기 위해 2023년 10월 발사됐다. 프시케 탐사선은 2029년 8월 소행성 프시케 궤도에 도달한 뒤 최소 26개월 동안 궤도를 돌며 탐사 임무를 수행할 예정이다. 소행성 프시케는 279㎞ 정도의 크기로 암석이나 얼음 성분이 많은 다른 소행성들과 달리 철과 니켈 등 금속 성분으로 대부분 구성돼 있어 주목받아왔다. 화성과 목성 궤도 사이의 ‘소행성 벨트’에 자리 잡고 있으며, 지구로부터의 거리는 약 36억㎞다.

4월은 봄이 본격적으로 시작하는 때다. 천문학적으로는 어느 때보다 청명한 하늘이 연출된다. 아무 준비 없이 하늘을 보면 아름다운 천문 현상을 보기는 쉽지 않다. 봄 밤하늘을 보면서 우주의 신비를 느끼는 데 도움을 줄 수 있는 책들이 잇따라 나왔다. ●고흐의 밤하늘이 간직한 수수께끼 빈센트 반 고흐는 다른 어떤 화가들보다 별과 행성, 달과 태양을 많이 그렸다. 그 때문에 미술사학자뿐만 아니라 천문학자, 천체물리학자들까지도 고흐의 그림을 연구하고 사랑한다. ‘천문학이 발견한 반 고흐의 시간’(위즈덤하우스)은 반 고흐의 그림 속 밤하늘이 간직한 수수께끼를 하나씩 풀어 가며 그림을 읽는 새로운 관점을 제시할 뿐만 아니라 천문학의 새로운 재미를 느끼게 해 준다. 1888년 작품 ‘밤의 카페 테라스’에서 여름철 대삼각형 별자리를 설명하고, 같은 해 그려진 ‘론강의 별이 빛나는 밤에’서는 북극성의 위치와 과학적 의미를 알려 주며 일상에서 가볍게 할 수 있는 천체 관측 요령까지 친절하게 설명한다. 눈길을 끄는 것은 ‘별이 빛나는 밤’이 1889년 6월 19일 밤하늘을 그린 것이라는 정설에 도전해 새로운 날짜를 제안했다는 것이다. 저자는 천문 시뮬레이션, 하늘 각도 측정, 시간 변환 등 과학적 방법과 반 고흐가 남긴 자료를 새로 분석해 그림 속 별자리는 양자리일 수 없으며 이 때문에 6월 19일이 아닌 7월 하순쯤이라고 주장한다. 과학에 관심 있는 독자는 증명 방식의 신선함을, 반 고흐를 좋아하는 사람들은 독특한 시각으로 그림을 읽는 즐거움을 느낄 수 있다. ●‘거리 측정’을 통해 더 친숙해진 우주 ‘갈 수 없지만 알 수 있는’(더숲)에서는 ‘우주먼지’라는 별명으로 잘 알려진 과학 커뮤니케이터 지웅배 박사가 천문학의 탐구 여정을 ‘거리 측정’이라는 독창적 시선으로 풀어낸다. 우리에게 가장 친숙한 천체인 달로 시작해 샛별이나 개밥바라기로 불리는 금성, 그리고 수성 궤도의 비틀어짐으로 등장한 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론, 행성의 지위를 박탈당한 명왕성과 지구의 공통점, 우주 지도의 기준점이 되는 플레이아데스 성단, 별똥별이 떨어지는 이유, 그리고 영화 ‘히든 피겨스’로 유명해진 여성 천문학자들의 숨겨진 이야기까지 재미있게 설명한다. 저자가 공개한 80여장의 사진과 자료는 책 제목처럼 갈 수 없지만 알 수 있는 천문학의 본질을 더욱 선명하게 보여 준다. 또 천문학이 단순한 숫자와 데이터를 넘어 우리와 우주의 관계를 탐구하고 사유하는 특별한 여정이라는 것을 알려 준다.

지금으로부터 정확히 35년 전인 1990년 2월 14일, 인류 역사상 ‘가장 철학적인 천체사진‘이 촬영됐다. 바로 ‘창백한 푸른 점’(Pale Blue Dot)이다. 지난 14일(현지시간) 과학매체 라이브사이언스 등 외신은 미 항공우주국(NASA)의 보이저 1호가 촬영한 ‘창백한 푸른 점’의 35주년을 기념하는 기사를 일제히 보도했다. 우주라는 광막한 공간 속에 지구가 담긴 이 사진은 오랜 시간이 지났지만 여전히 커다란 경외감을 자아낸다. 인류의 모든 것이 담겨있는 지구가 먼 우주에서 보면 그저 한 점 티끌에 불과하기 때문이다. 이 사진은 유명 과학서적 ‘코스모스’의 저자이자 미국의 유명 천문학자인 칼 세이건(1934~1996)의 제안으로 시작됐다. 당시 그는 명왕성 부근을 지나고 있던 보이저 1호의 망원 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구의 모습을 찍어보자는 다소 황당한 아이디어를 냈다. 그리고 1990년 2월 14일 실제로 보이저 1호는 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구-태양 간 거리의 40배인 60억㎞ 거리에서 지구의 모습을 잡아냈다. 이 사진 속에 담긴 우리가 사는 세상은 그저 ‘창백한 푸른 점’에 불과했다. 또한 보이저 1호는 지구 뿐 아니라 해왕성과 천왕성, 토성, 목성, 금성도 같이 찍어 가족사진을 완성했지만 이 모든 태양계 행성들은 우주 속에서는 역시 먼지 한 톨에 불과했다. 칼 세이건 박사는 “지구는 우주에 떠있는 보잘 것 없는 존재에 불과함을 사람들에게 가르쳐주고 싶었다”는 명언을 남겼다. 칼 세이건 박사 역시 1996년 우주의 별이 됐지만 사진을 촬영한 보이저 1호는 놀랍게도 지금도 항해 중이다. 보이저 1호는 1977년 8월 20일, 인류의 원대한 꿈을 안고 머나먼 우주로 발사됐다. 보이저 1호는 쌍둥이 탐사선 보이저 2호와 함께 목성과 토성까지는 비슷한 경로로 날아갔지만 이후 곧장 지름길을 이용해 태양계 밖으로 향했다. 현재 보이저 1호는 지구에서 약 250억㎞ 떨어진 성간 우주를 비행 중으로 지구와 통신이 두절되는 등 우여곡절을 겪었지만 여전히 데이터를 전송 중이다. 곧 ‘창백한 푸른 점’을 촬영할 당시보다 4배나 더 멀리 날아간 것이다. 특히 보이저호에는 60개의 언어로 된 인사말과 이미지, 음악 등 지구의 정보가 담긴 황금 레코드판을 싣고있는데 이를 외계인에게 전달하는 것이 마지막 임무다.

지금으로부터 정확히 35년 전인 1990년 2월 14일, 인류 역사상 ‘가장 철학적인 천체사진‘이 촬영됐다. 바로 ‘창백한 푸른 점’(Pale Blue Dot)이다. 지난 14일(현지시간) 과학매체 라이브사이언스 등 외신은 미 항공우주국(NASA)의 보이저 1호가 촬영한 ‘창백한 푸른 점’의 35주년을 기념하는 기사를 일제히 보도했다. 우주라는 광막한 공간 속에 지구가 담긴 이 사진은 오랜 시간이 지났지만 여전히 커다란 경외감을 자아낸다. 인류의 모든 것이 담겨있는 지구가 먼 우주에서 보면 그저 한 점 티끌에 불과하기 때문이다. 이 사진은 유명 과학서적 ‘코스모스’의 저자이자 미국의 유명 천문학자인 칼 세이건(1934~1996)의 제안으로 시작됐다. 당시 그는 명왕성 부근을 지나고 있던 보이저 1호의 망원 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구의 모습을 찍어보자는 다소 황당한 아이디어를 냈다. 그리고 1990년 2월 14일 실제로 보이저 1호는 카메라를 지구 쪽으로 돌려 지구-태양 간 거리의 40배인 60억㎞ 거리에서 지구의 모습을 잡아냈다. 이 사진 속에 담긴 우리가 사는 세상은 그저 ‘창백한 푸른 점’에 불과했다. 또한 보이저 1호는 지구 뿐 아니라 해왕성과 천왕성, 토성, 목성, 금성도 같이 찍어 가족사진을 완성했지만 이 모든 태양계 행성들은 우주 속에서는 역시 먼지 한 톨에 불과했다. 칼 세이건 박사는 “지구는 우주에 떠있는 보잘 것 없는 존재에 불과함을 사람들에게 가르쳐주고 싶었다”는 명언을 남겼다. 칼 세이건 박사 역시 1996년 우주의 별이 됐지만 사진을 촬영한 보이저 1호는 놀랍게도 지금도 항해 중이다. 보이저 1호는 1977년 8월 20일, 인류의 원대한 꿈을 안고 머나먼 우주로 발사됐다. 보이저 1호는 쌍둥이 탐사선 보이저 2호와 함께 목성과 토성까지는 비슷한 경로로 날아갔지만 이후 곧장 지름길을 이용해 태양계 밖으로 향했다. 현재 보이저 1호는 지구에서 약 250억㎞ 떨어진 성간 우주를 비행 중으로 지구와 통신이 두절되는 등 우여곡절을 겪었지만 여전히 데이터를 전송 중이다. 곧 ‘창백한 푸른 점’을 촬영할 당시보다 4배나 더 멀리 날아간 것이다. 특히 보이저호에는 60개의 언어로 된 인사말과 이미지, 음악 등 지구의 정보가 담긴 황금 레코드판을 싣고있는데 이를 외계인에게 전달하는 것이 마지막 임무다.

태양계 행성에서 쫓겨난 명왕성과 명왕성의 가장 큰 위성인 카론의 생성 비밀이 밝혀졌다. 미국 애리조나대 달·행성 연구실, 콜로라도 볼더 사우스웨스트 연구소, 스위스 베른대 우주 및 행성 과학 연구소 공동 연구팀은 태양계의 막내 행성이었다가 2006년 국제천문연맹에서 왜소행성으로 퇴출당한 명왕성은 아주 짧은 순간의 충돌로 위성 중 하나인 카론을 포획했다고 10일 밝혔다. 이 연구 결과는 지구 과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 지구과학’ 1월 7일 자에 실렸다. ‘134340 명왕성’이라고 이름 붙여진 명왕성은 카이퍼 벨트에 있는 왜소행성으로, 암석과 얼음으로 이뤄져 있으며, 지구의 위성인 달과 비교하면 질량은 6분의1, 부피는 3분의1 수준이다. 공전 주기는 약 248년, 자전 주기는 6일 9시간 43분이다. 이심률이 큰 타원형 궤도로 돌고 있기 때문에 해왕성 공전 궤도보다 안쪽으로 들어올 때도 잦다. 명왕성은 5개의 위성을 갖고 있는데, 그중 가장 큰 카론은 명왕성의 절반 정도 크기다. 명왕성과 카론은 서로 같은 면만 바라보며 아령처럼 공전하고 있기 때문에, 다른 천체와 위성의 관계처럼 주종이 아닌 공존하는 관계로 보는 이들도 있다. 실제로 명왕성-카론을 이중행성이라고 주장하는 이들도 있다. 실제로 궤도를 보면 충돌 기원을 공유하고 있는 것으로 추정된다. 지구와 달처럼 카론이 명왕성과 충돌해 만들어졌다면, 명왕성 반지름의 약 16배 정도의 넓은 원형 궤도를 가진 카론 크기의 천체가 형성되기 힘들다. 이에 연구팀은 암석과 얼음으로 이뤄진 행성의 지질학적 수치 모델을 사용해 충돌이 어떻게 카론의 포획으로 이어질 수 있는지 분석했다. 그 결과, 연구팀은 명왕성과 카론의 물리적 강도를 고려해 모델링하면, 두 천체가 충돌하고 처음에 함께 회전한 뒤에도 두 천체는 뚜렷하게 구분되고 대부분 온전한 상태를 유지한다는 사실을 발견했다. 이후 명왕성과 카론은 회전하면서 외력이 작용해 분리됐고, 카론의 궤도는 바깥쪽으로 확장돼 현재 위치로 이동했다고 연구팀은 설명했다. 연구자들은 이 충돌 시나리오를 ‘키스앤캡처’라고 이름 붙였다. 연구를 이끈 에릭 에스퍼그 애리조나대 교수는 “이번 연구에 활용한 모델링과 비교할 수 있는 관측 자료가 제한적이기는 하지만 키스앤캡처는 명왕성과 카론의 지질학적 진화를 잘 설명해준다”라며 “이 연구 결과는 카론이 명왕성만큼이나 오래됐을 수 있으며, 해왕성 궤도 너머에 있는 다른 얼음 천체들의 기원도 설명할 수 있을 것”이라고 말했다.

2006년까지 과학 시간에 태양계 행성이라고 하면 ‘수금지화목토천해명’으로 배웠다. 그렇지만, 2006년 8월 24일 국제천문연맹(IAU)은 태양계 막내 행성인 명왕성에서 행성 자격을 박탈하고, 왜소행성으로 구분했다. 명왕성은 5개의 위성을 갖고 있으며, 그중 가장 큰 위성은 ‘카론’이다. 명왕성이 행성 자격은 잃었지만, 태양계 생성의 다양한 비밀을 품고 있는 천체이기 때문에 과학자들에게 여전히 관심의 대상이 되고 있다. 이런 가운데, 미국과 프랑스 15개 대학과 연구기관 소속 천문학자, 물리학자 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 관측 데이터를 바탕으로 명왕성의 가장 큰 위성인 카론 표면에서 이산화탄소(CO2)와 과산화수소(H2O2)를 검출했다고 6일 밝혔다. 이 연구에는 미국 콜로라도 볼더 사우스웨스트 연구소, 텍사스 샌안토니오 사우스웨스트 연구소, 샌안토니오 텍사스대, 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행 센터, 아메리칸대, 우주망원경 과학연구소(STSI), 애리조나 로웰 천문대, 노던 애리조나대, 존스홉킨스대 응용물리학 연구소, 핀헤드 연구소, SETI 연구소, 센트럴 플로리다대 우주연구소, 천문학 연구 연합대학, 프랑스 우주천체물리 연구소, 리옹 1대 과학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 10월 2일 자에 실렸다. 카론은 1978년 미국 워싱턴DC에 있는 미 해군 천문대의 천문학자 제임스 크리스티에 의해 발견됐다. 발견 이후 과학자들이 광범위하게 연구했지만, 이전 스펙트럼 데이터는 2.5㎛(마이크로미터) 이하 파장으로 제한돼 있어서 표면 구성에 대한 이해에 한계가 있었다. 물이 언 얼음, 암모니아 포함 화합물, 유기 화합물의 존재는 이전에도 알려졌지만, 그 외의 화합물을 검출하기는 스펙트럼 범위가 좁았다. 연구팀은 JWST 근적외선 분광기를 사용해서 1.0~5.2㎛ 파장에서 카론 표면을 관측했다. 연구팀은 서로 다른 경도에서 네 번 더 관측하고, 실험실 실험 및 스펙트럼 모델링을 실시했다. 그 결과, 결정형 물 얼음과 암모니아 존재를 재확인했고, 이산화탄소와 과산화수소의 존재를 확인했다. 연구팀에 따르면 과산화수소는 카론 표면에서 방사선과 강한 햇빛으로 물 얼음이 활성적으로 처리되면서 만들어지고, 이산화탄소는 카론 형성 이후 지하에 포집돼 있던 것이 혜성이나 소행성 같은 천체와 충돌하면서 표면으로 노출된 것이다. 연구를 이끈 콜로라도 볼더 사우스웨스트 연구소의 실비아 프로토파파 박사(천문학)는 “이번 연구는 카론의 표면 구성과 화학적 조성에 대한 새로운 통찰을 제공한다”라며 “외측 태양계(outer solar system)의 천체 역학과 표면 구성, 태양 복사의 영향을 탐구하는 데도 도움을 줄 것”이라고 말했다. 프로토파파 박사는 “카론의 표면 조성 화합물을 이해하는 것은 명왕성과 다른 왜소 행성이 위치한 카이퍼 벨트에서 얼음 천체의 기원을 연구하는 데 매우 중요하다”라고 이번 연구 의미를 설명했다.

제임스 웹 우주 망원경의 관측을 통해 과학자들은 태양계 왜소 행성 명왕성의 가장 큰 위성 ‘카론’(Charon)의 구성과 진화에 대해 더 자세히 이해할 수 있게 됐다. 로이터통신에 따르면 제임스 웹 우주망원경을 통해 직경 약 1200㎞의 구형 천체인 카론의 표면에서 고체로 얼어붙은 이산화탄소와 과산화수소를 처음으로 발견했다고 1일(현지시간) 연구자들이 밝혔다. 이는 이전에 카론의 표면에서 발견된 물 얼음, 암모니아 함유 화합물, 유기 물질에 이어 추가로 발견된 물질이다. 1978년에 발견된 카론은 태양계에서 가장 큰 위성이라는 특징이 있다. 가장 먼 행성인 해왕성 너머 카이퍼 벨트라고 불리는 태양계 외곽의 혹독한 지역에 있는 왜소 행성인 명왕성의 지름 절반, 질량의 약 8분의 1에 불과하다. 카론과 명왕성 사이의 거리는 약 1만 9640㎞로, 지구와 달 사이가 평균 거리(38만 4400㎞)와 비교하면 매우 짧다. 카론 표면의 대부분은 회색이며, 극 주위의 적갈색 영역은 유기 물질로 구성돼 있다. 웹의 관측은 2015년 명왕성 시스템을 방문한 미국 항공우주국(NASA)의 뉴호라이즌스 우주선이 카론을 지날 때 얻은 데이터를 기반으로 한다. 이 새로운 연구는 2021년에 발사돼 이듬해부터 데이터 수집을 시작한 웹의 능력을 활용해 이전보다 더 넓은 범위를 관측할 수 있게 됐음을 시사한다. 연구진은 “과산화수소의 존재는 카론이 시간이 지남에 따라 경험한 방사선 조사 과정을 보여준다”면서 “이산화탄소는 약 45억 년 전에 카론이 형성됐을 때 원래 성분으로 추정된다”고 말했다. 연구진은 “과산화수소는 카론 표면의 물 얼음이 태양의 자외선과 태양풍의 에너지 입자, 우주를 가로지르는 은하 우주선의 끊임없는 공격으로 화학적으로 변화하면서 형성됐다”고 말했다.

태양계의 9번째 행성이었던 명왕성이 왜소행성으로 강등되기 전부터 과학자들은 명왕성 궤도 밖 먼 곳의 다른 행성이 존재하는지 연구해 왔다. 그동안 최신 망원경으로 자세히 관측했기 때문에 이제 목성이나 토성 크기 행성이 태양계 외곽에 숨어 있을 가능성은 희박하다. 그래도 일부 과학자들은 여전히 태양계 아주 먼 곳에 작은 행성 크기 천체가 숨어 있을 것으로 보고 있다. 해왕성 밖 궤도를 도는 얼음 소행성의 궤도가 이상하게 한쪽으로 쏠려 있거나 기울어져 있기 때문이다. 하지만 꾸준한 관측에도 불구하고 행성급 천체를 찾아내지 못하자 일부 과학자들은 다른 가설을 내놓기 시작했다. 이 가운데는 9번째 행성이 현재 관측 기술로 찾아내기 힘든 미니 블랙홀이라는 가설도 있었다. 독일 율리히 연구소 수잔 팔츠너와 동료들은 이보다 덜 급진적인 가설을 내놓았다. 그것은 오래전 태양 근처를 스쳐 지나간 다른 별이다. 연구팀은 태양계 외곽 소행성의 궤도를 조사해 일부는 너무 기울어진 궤도로 돌고 있고 심지어 반대 방향으로 공전하는 천체도 있는 점을 들어 미지의 행성이 아닌 오래전 태양계 근처를 지나간 별에 무게를 뒀다. 연구팀은 3000회에 걸친 컴퓨터 시뮬레이션을 통해(사진) 태양 질량의 0.8배 정도 되는 행성이 지구 태양 간 거리의 110배인 165억㎞ 정도 거리에서 지나갈 경우 태양계 먼 소행성의 궤도가 지금처럼 나올 수 있다는 점을 입증했다. 은하계에 수천억 개의 별이 있고, 태양의 수명이 46억년 정도라는 점을 생각할 때 이 정도 거리에서 다른 별이 한 번 이상 스쳐 지나 갔다는 주장은 나름 설득력을 지닌다. 이 가설이 옳다면 아직 발견하지 못한 태양계의 멀고 희미한 천체들의 궤도에 그 증거가 남아 있을 수 있다. 연구팀은 베라 C 루빈(Vera C. Rubin) 같은 차세대 망원경에 큰 기대를 걸고 있다. 대형 천체 망원경에 32억 화소 이미지 센서를 장착한 베라 C 루빈 망원경은 지금까지 관측이 어려웠던 태양계의 희미한 천체도 관측할 수 있다. 9번째 행성이나 미니 블랙홀 같은 더 멋진 가설이 옳을지 아니면 그냥 다른 별이 스쳐 지나간 흔적이라는 평범한 설명이 옳은지, 아니면 누구도 생각 못했던 새로운 가설이 맞는지 알아내기 위해 과학자들은 연구를 계속해 나갈 것이다.

태양계의 9번째 행성이었던 명왕성이 왜소행성으로 강등되기 전부터 과학자들은 명왕성 궤도 밖 먼 곳의 다른 행성이 존재하는지 연구해 왔다. 그동안 최신 망원경으로 자세히 관측했기 때문에 이제 목성이나 토성 크기 행성이 태양계 외곽에 숨어 있을 가능성은 희박하다. 그래도 일부 과학자들은 여전히 태양계 아주 먼 곳에 작은 행성 크기 천체가 숨어 있을 것으로 보고 있다. 해왕성 밖 궤도를 도는 얼음 소행성의 궤도가 이상하게 한쪽으로 쏠려 있거나 기울어져 있기 때문이다. 하지만 꾸준한 관측에도 불구하고 행성급 천체를 찾아내지 못하자 일부 과학자들은 다른 가설을 내놓기 시작했다. 이 가운데는 9번째 행성이 현재 관측 기술로 찾아내기 힘든 미니 블랙홀이라는 가설도 있었다. 독일 율리히 연구소 수잔 팔츠너와 동료들은 이보다 덜 급진적인 가설을 내놓았다. 그것은 오래전 태양 근처를 스쳐 지나간 다른 별이다. 연구팀은 태양계 외곽 소행성의 궤도를 조사해 일부는 너무 기울어진 궤도로 돌고 있고 심지어 반대 방향으로 공전하는 천체도 있는 점을 들어 미지의 행성이 아닌 오래전 태양계 근처를 지나간 별에 무게를 뒀다. 연구팀은 3000회에 걸친 컴퓨터 시뮬레이션을 통해(사진) 태양 질량의 0.8배 정도 되는 행성이 지구 태양 간 거리의 110배인 165억㎞ 정도 거리에서 지나갈 경우 태양계 먼 소행성의 궤도가 지금처럼 나올 수 있다는 점을 입증했다. 은하계에 수천억 개의 별이 있고, 태양의 수명이 46억년 정도라는 점을 생각할 때 이 정도 거리에서 다른 별이 한 번 이상 스쳐 지나 갔다는 주장은 나름 설득력을 지닌다. 이 가설이 옳다면 아직 발견하지 못한 태양계의 멀고 희미한 천체들의 궤도에 그 증거가 남아 있을 수 있다. 연구팀은 베라 C 루빈(Vera C. Rubin) 같은 차세대 망원경에 큰 기대를 걸고 있다. 대형 천체 망원경에 32억 화소 이미지 센서를 장착한 베라 C 루빈 망원경은 지금까지 관측이 어려웠던 태양계의 희미한 천체도 관측할 수 있다. 9번째 행성이나 미니 블랙홀 같은 더 멋진 가설이 옳을지 아니면 그냥 다른 별이 스쳐 지나간 흔적이라는 평범한 설명이 옳은지, 아니면 누구도 생각 못했던 새로운 가설이 맞는지 알아내기 위해 과학자들은 연구를 계속해 나갈 것이다.

얼마 전 지구를 근접해 지나간 소행성의 흥미로운 모습이 사진으로 공개됐다. 최근 미 항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)는 골드스톤의 태양계 시스템 레이더로 관측한 소행성 ‘2024 ON’의 상세한 모습이 담긴 사진을 공개했다. 소행성 2024 ON은 지름이 290m 정도로, 지난 17일 지구로부터 약 100만㎞ 거리를 두고 시속 3만1933㎞ 속도로 순식간에 지나갔다. 이정도 거리면 지구와 달 사이의 약 2.6배 거리지만 우주적인 관점에서 보면 스쳐 지나갔다고 표현해도 될 정도로 매우 가깝다. 특히 전문가들의 눈길을 끈 것은 2024 ON의 특별한 모양이다. 전체적인 모습이 마치 눈사람 혹은 땅콩을 연상시키기 때문. 2024 ON은 사실 각기 다른 2개의 천체가 중력의 영향으로 서로 부드럽게 충돌하는 과정을 거치며 지금의 모습이 된 것으로 추정된다. 이와 비슷한 소행성으로는 대표적으로 과거 명왕성 탐사를 마친 뉴허라이즌스호가 촬영한 ‘아로코스’(Arrokoth)가 있다. 지구에서 약 66억㎞ 떨어진 미지의 세계인 ‘카이퍼 벨트’(Kuiper Belt·태양계 끝자락에 수많은 천체가 도넛 모양으로 밀집해 있는 지역)에 위치한 아로코스 역시 2024 ON과 비슷한 눈사람 모양이다. NASA 측은 “2024 ON은 지구를 위협하는 잠재적 위협 소행성으로 분류되지만 가까운 미래에 위험을 초래할 가능성은 없다”고 밝혔다. 한편 NASA는 지구 궤도에서 약 4800만㎞ 이내를 지나가는 지구근접천체(NEO)를 추적하고 있는데 그 수는 무려 2만 9000개에 달한다. 이중 지구에 약 750만㎞ 이내로 접근하는 지름 140m 이상의 소행성을 ‘잠재적 위협 소행성’(PHA)으로 분류한다. 지름이 140m 정도 크기의 소행성이라도 지구에 추락할 경우, 국가 하나를 초토화할 수 있다고 보고있기 때문이지만 문제는 아직도 찾아내지 못한 천체가 많다는 점이다.

얼마 전 지구를 근접해 지나간 소행성의 흥미로운 모습이 사진으로 공개됐다. 최근 미 항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)는 골드스톤의 태양계 시스템 레이더로 관측한 소행성 ‘2024 ON’의 상세한 모습이 담긴 사진을 공개했다. 소행성 2024 ON은 지름이 290m 정도로, 지난 17일 지구로부터 약 100만㎞ 거리를 두고 시속 3만1933㎞ 속도로 순식간에 지나갔다. 이정도 거리면 지구와 달 사이의 약 2.6배 거리지만 우주적인 관점에서 보면 스쳐 지나갔다고 표현해도 될 정도로 매우 가깝다. 특히 전문가들의 눈길을 끈 것은 2024 ON의 특별한 모양이다. 전체적인 모습이 마치 눈사람 혹은 땅콩을 연상시키기 때문. 2024 ON은 사실 각기 다른 2개의 천체가 중력의 영향으로 서로 부드럽게 충돌하는 과정을 거치며 지금의 모습이 된 것으로 추정된다. 이와 비슷한 소행성으로는 대표적으로 과거 명왕성 탐사를 마친 뉴허라이즌스호가 촬영한 ‘아로코스’(Arrokoth)가 있다. 지구에서 약 66억㎞ 떨어진 미지의 세계인 ‘카이퍼 벨트’(Kuiper Belt·태양계 끝자락에 수많은 천체가 도넛 모양으로 밀집해 있는 지역)에 위치한 아로코스 역시 2024 ON과 비슷한 눈사람 모양이다. NASA 측은 “2024 ON은 지구를 위협하는 잠재적 위협 소행성으로 분류되지만 가까운 미래에 위험을 초래할 가능성은 없다”고 밝혔다. 한편 NASA는 지구 궤도에서 약 4800만㎞ 이내를 지나가는 지구근접천체(NEO)를 추적하고 있는데 그 수는 무려 2만 9000개에 달한다. 이중 지구에 약 750만㎞ 이내로 접근하는 지름 140m 이상의 소행성을 ‘잠재적 위협 소행성’(PHA)으로 분류한다. 지름이 140m 정도 크기의 소행성이라도 지구에 추락할 경우, 국가 하나를 초토화할 수 있다고 보고있기 때문이지만 문제는 아직도 찾아내지 못한 천체가 많다는 점이다.

미 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 뉴허라이즌스호는 2006년 발사 후 9년 만인 2015년에 명왕성에 도달했다. 뉴허라이즌스호의 탐사 시간은 짧았지만, 명왕성의 모습을 생생하게 파악해 인류에게 오랜 세월 수수께끼였던 태양계 외곽 얼음 천체의 실체를 아는 데 큰 도움이 됐다. 하지만 뉴허라이즌스호의 탐사는 여기서 끝난 것이 아니었다. 뉴허라이즌스호의 에너지원인 원자력 전지(RTG)는 수십 년간 작동이 가능하기 때문에 NASA는 이 탐사선에 연장 임무를 부여했다. 그리고 2019년에는 사상 최초로 카이퍼 벨트 소행성인 아로코트(Arrokoth)를 관측해 지구로 정보를 전송했다. 이후 뉴허라이즌스호는 새로운 천체와 만나지는 못했지만, 선배인 보이저 1, 2호처럼 태양계 외곽 환경 탐사 임무를 맡으면서 발사 후 18년이 지난 지금까지 현역으로 활동하고 있다. 그리고 계속해서 새로운 과학적 발견을 이뤄내고 있다. 최근 우주망원경 과학연구소 마크 포스트만이 이끄는 과학자들은 뉴허라이즌스를 통해 우주가 얼마나 어두운지 밝혀냈다. 엉뚱한 이야기 같지만, 사실 우주가 얼마나 어두운지는 과학자들 사이에서 오랜 논쟁거리였다. 우주가 얼마나 어두운지라는 질문은 바꿔 말하면 우주에 빛이 얼마나 있는가 하는 질문과 같다. 우주에 있는 모든 가시광 영역의 빛을 합친 값을 우주 광학 배경복사(cosmic optical background, COB)라고 하는데, 과학자들은 이를 정확히 측정하는 데 애를 먹어왔다. 지구와 우주에 있는 망원경 모두 태양에 가까운 위치에 있어 태양의 강력한 빛을 차단하기 어렵고 태양계에 있는 먼지와 가스 때문에 빛이 산란하는 현상이 일어나 우주의 밝기를 정확히 측정하기 힘들기 때문이다. 이 문제는 허블우주망원경이나 제임스웹우주망원경 같은 강력한 망원경이 등장해도 위치상 극복하기 힘든 문제였다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 메인 카메라인 로리(Long Range Reconnaissance Imager, LORRI)가 이 문제에 대한 해답을 제시할 수 있다고 보고 연구를 진행했다. 로리는 매우 희미한 햇빛을 받는 명왕성과 그 위성을 관측하기 위해 태양광 다른 빛을 차단하는 차단막을 지니고 있다. 그리고 연구 당시 태양에서 73억km 이상 떨어져 있어 태양광과 먼지, 가스에 의한 간섭을 피할 수 있다. 관측 결과 연구팀은 우주에 있는 빛이 대부분 은하에서 나온다는 사실을 확인했다. 바꿔 말하면 은하에서 나오는 빛 이외에 우리가 모르는 빛을 내는 천체가 없다는 의미로 현재의 우주론을 수정할 필요가 없다는 이야기가 된다. 당연한 결과처럼 들릴지 모르지만, 이렇게 당연해 보이는 것도 실제 관측을 통해 검증하기 전까지는 과학적 사실이 될 수 있다는 점을 생각하면 매우 중요한 결과다. 뉴허라이즌스호는 이미 목표 이상의 과학적 성과를 거뒀다. 그리고 이번 연구처럼 계속해서 새로운 과학적 성과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성을 지난 지 이미 9년의 세월이 흘렀지만, 뉴허라이즌스호는 지금도 새로운 과학의 지평선을 향해 항해하고 있다.

미 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 뉴허라이즌스호는 2006년 발사 후 9년 만인 2015년에 명왕성에 도달했다. 뉴허라이즌스호의 탐사 시간은 짧았지만, 명왕성의 모습을 생생하게 파악해 인류에게 오랜 세월 수수께끼였던 태양계 외곽 얼음 천체의 실체를 아는 데 큰 도움이 됐다. 하지만 뉴허라이즌스호의 탐사는 여기서 끝난 것이 아니었다. 뉴허라이즌스호의 에너지원인 원자력 전지(RTG)는 수십 년간 작동이 가능하기 때문에 NASA는 이 탐사선에 연장 임무를 부여했다. 그리고 2019년에는 사상 최초로 카이퍼 벨트 소행성인 아로코트(Arrokoth)를 관측해 지구로 정보를 전송했다. 이후 뉴허라이즌스호는 새로운 천체와 만나지는 못했지만, 선배인 보이저 1, 2호처럼 태양계 외곽 환경 탐사 임무를 맡으면서 발사 후 18년이 지난 지금까지 현역으로 활동하고 있다. 그리고 계속해서 새로운 과학적 발견을 이뤄내고 있다. 최근 우주망원경 과학연구소 마크 포스트만이 이끄는 과학자들은 뉴허라이즌스를 통해 우주가 얼마나 어두운지 밝혀냈다. 엉뚱한 이야기 같지만, 사실 우주가 얼마나 어두운지는 과학자들 사이에서 오랜 논쟁거리였다. 우주가 얼마나 어두운지라는 질문은 바꿔 말하면 우주에 빛이 얼마나 있는가 하는 질문과 같다. 우주에 있는 모든 가시광 영역의 빛을 합친 값을 우주 광학 배경복사(cosmic optical background, COB)라고 하는데, 과학자들은 이를 정확히 측정하는 데 애를 먹어왔다. 지구와 우주에 있는 망원경 모두 태양에 가까운 위치에 있어 태양의 강력한 빛을 차단하기 어렵고 태양계에 있는 먼지와 가스 때문에 빛이 산란하는 현상이 일어나 우주의 밝기를 정확히 측정하기 힘들기 때문이다. 이 문제는 허블우주망원경이나 제임스웹우주망원경 같은 강력한 망원경이 등장해도 위치상 극복하기 힘든 문제였다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 메인 카메라인 로리(Long Range Reconnaissance Imager, LORRI)가 이 문제에 대한 해답을 제시할 수 있다고 보고 연구를 진행했다. 로리는 매우 희미한 햇빛을 받는 명왕성과 그 위성을 관측하기 위해 태양광 다른 빛을 차단하는 차단막을 지니고 있다. 그리고 연구 당시 태양에서 73억km 이상 떨어져 있어 태양광과 먼지, 가스에 의한 간섭을 피할 수 있다. 관측 결과 연구팀은 우주에 있는 빛이 대부분 은하에서 나온다는 사실을 확인했다. 바꿔 말하면 은하에서 나오는 빛 이외에 우리가 모르는 빛을 내는 천체가 없다는 의미로 현재의 우주론을 수정할 필요가 없다는 이야기가 된다. 당연한 결과처럼 들릴지 모르지만, 이렇게 당연해 보이는 것도 실제 관측을 통해 검증하기 전까지는 과학적 사실이 될 수 있다는 점을 생각하면 매우 중요한 결과다. 뉴허라이즌스호는 이미 목표 이상의 과학적 성과를 거뒀다. 그리고 이번 연구처럼 계속해서 새로운 과학적 성과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성을 지난 지 이미 9년의 세월이 흘렀지만, 뉴허라이즌스호는 지금도 새로운 과학의 지평선을 향해 항해하고 있다.

9년 전 미 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 뉴허라이즌스호는 지금까지 누구도 본 적이 없었던 얼음 왜소 행성 명왕성의 근접 촬영 사진을 지구로 전송했다. 얼음과 크레이터가 널려 있는 특징 없는 모습을 생각했던 과학자들은 크레이터는 거의 없고 생각보다 복잡한 표면 지형에 놀라지 않을 수 없었다. 이 가운데 과학자와 일반 대중의 눈길을 확 끌었던 것은 가운데 있는 거대한 하트 모양의 지형이었다. 하트의 중앙과 서쪽 부분의 차지하는 스푸트니크 평야(Sputnik Planitia)는 사실 주변보다 3~4㎞나 낮은 분지 지형으로 2000 x 1200㎞의 넓은 지역을 차지하고 있다. 흰색으로 보이는 이유는 질소의 얼음 때문이다. 스푸트니크 평야의 발견 이후 과학자들은 이 미스터리한 지형을 설명하기 위해 여러 가지 가설을 내놓았다. 내부에 액체 상태의 물이 있고 얼음 지각이 순환한다는 가설이 대표적이다. 하지만 태양계 다른 천체에서는 보기 어려운 독특한 지형이기 때문에 이를 두고 학계에서는 갑론을박이 이어졌다.스위스 베른 대학과 스위스 국립 연구소인 NCCR PlanetS 과학자들은 새로운 가설을 주장했다. 연구팀은 수많은 시뮬레이션 실험을 통해 지름 700㎞ 정도의 천체가 비스듬한 각도로 서서히 충돌했을 때 현재의 스푸트니크 평야와 비슷한 지형이 만들어지는 것을 확인했다. 명왕성의 지름이 2400㎞가 좀 안 되는 점을 생각하면 명왕성 지름의 1/3 정도 되는 소행성이 충돌한 셈이다. 다만 연구팀의 충돌 모델에 따르면 명왕성 내부에는 얼음이 녹아 형성된 바다가 존재하지 않는 것으로 나타났다. 연구팀은 충돌한 천체의 핵 부분이 아직도 명왕성의 내부에 남아 있어 단단한 형태를 유지하고 있다고 주장했다. 이 연구는 저널 네이처 천문학(Nature Astronomy) 최신호에 발표됐다. 물론 연구팀의 가설이 학계에서 일반적인 정설로 받아들여질지는 아직 미지수다. 정확한 내부 구조를 파악할 수 있는 지진계 데이터처럼 결정적인 정보가 없기 때문이다. 미래에 명왕성 표면에 탐사선을 착륙시켜 더 많은 정보를 수집할 수 있다면 태양계에서 유일무이한 거대 하트 지형의 미스터리를 확실하게 풀어낼 수 있을 것이다.

과학자들은 지구에서 멀리 떨어진 천체를 관측해 초기 우주의 모습을 연구한다. 멀리 떨어진 천체일수록 더 오래전의 모습이기 때문이다. 예를 들어 110억 광년 떨어진 은하를 관측하면 빛이 지구에 도달하는 데 걸린 시간인 110억 전의 모습을 볼 수 있다. 당연히 더 강력하고 비싼 망원경일수록 더 멀리 있는 천체를 포착할 수 있다. 따라서 인류 역사상 가장 비싸고 강력한 망원경인 제임스 웹 우주 망원경의 주요 목표는 가장 멀리 떨어진 희미한 은하와 블랙홀을 관측하는 것이었다. 하지만 그렇다고 해서 제임스 웹 우주 망원경이 가까운 천체를 관측하지 않는 것은 아니다. 태양계에 있지만, 너무 어두워서 관측이 어려운 희미한 소행성과 태양계의 행성, 위성도 관측 대상이다. 사실 제임스 웹 우주 망원경에 첫 1년 관측 프로젝트의 7%가 태양계 관측에 사용됐다. 센트럴 플로리다 대학(UCF) 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경이 관측한 것 가운데 가장 작은 형태의 천체를 연구했다. 바로 소행성이다. 태양계 외곽에 있는 소행성은 너무 어두워 지구에서 관측하면 대부분 희미하고 작은 점처럼 보인다. 따라서 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능 덕분에 연구팀은 해왕성과 3:2 궤도 공명을 하는 소행성 쌍성계 341520 모르스-소무스(Mors–Somnus)을 분석할 수 있었다. 모르스-소무스는 지름 60km 정도의 소행성 두 개가 2만 1000km 거리에서 서로를 공전하는 쌍성계 소행성으로 해왕성 궤도와 그 밖을 타원형으로 공전하는 얼음 소행성이다. 이 소행성은 과학자들이 차가운 클래식 TNO(trans-Neptunian objects)로 분류한 소행성 중 하나로 태양계 초기의 물질을 많이 갖고 있는 얼음 천체로 생각된다. 하지만 너무 먼 거리에 있어 정확한 구성 물질을 파악하기 어려웠다.연구팀은 제임스 웹 우주 망원경의 분광 데이터를 이용해서 질소, 산소, 수소, 탄소 등 여러 가지 원소의 비율을 확인할 수 있었다. 그리고 이 소행성의 밀도가 물의 절반 정도인 0.5 g/㎤ 정도에 불과하다는 것도 확인했다. 해왕성 궤도에 있는 태양계 외곽 소행성인 TNO와 이보다 좀 더 먼 거리에 있는 카이퍼 벨트 소행성들은 이렇게 대부분 낮은 온도에서 얼은 물질들이 엉성하게 모인 얼음 천체로 보인다. 사실 정확한 크기와 밀도, 구성 물질을 확인하기 위해서는 뉴허라이즌스호가 확인한 소행성 486958 아로코트(Arrokoth)처럼 직접 탐사선을 보내 확인하는 것이 가장 정확하다. 하지만 현실적으로 해왕성이나 명왕성보다 더 멀리 떨어진 작은 소행성에 일일이 탐사선을 보내는 것은 가능하지 않은 일이다. 제임스 웹 우주 망원경은 직접 가서 확인할 수 없는 차가운 얼음 소행성을 관측해 아직도 많은 미스터리를 간직한 태양계 외곽의 비밀을 풀고 있다.

미국 항공우주국인 나사(NASA)는 2006년 1월 인류 최초로 명왕성을 탐사하기 위해 탐사선 뉴 허라이즌스(New Horizons)호를 발사했다. 뉴허라이즌스는 9년 반에 걸친 긴 여행 끝에 2015년 7월 명왕성과 그 위성을 관측해 지구로 전송했다. 덕분에 과학자들은 태양계 끝에 있는 작은 얼음 천체인 명왕성이 생각보다 복잡한 지형을 지닌 미스터리 얼음 천체라는 사실을 확인했다. 하지만 뉴 허라이즌스의 임무는 여기서 끝나지 않았다. 뉴허라이즌스는 2019년 태양계 외곽의 얼음 소행성인 ‘486958 아로코트’를 관측했다. 이 소행성은 본래 임무에 없던 목표였으나 우연히 뉴 허라이즌스호의 비행경로에 가까이 있는 것이 발견되어 임무에 추가됐다. 덕분에 과학자들은 지금까지 인류가 탐사선을 보낸 천체 중 가장 멀리 떨어진 천체이자 ‘카이퍼 벨트’(Kuiper Belt) 천체를 직접 탐사할 수 있는 기회를 얻었다. 카이퍼 벨트는 태양계에서 해왕성 궤도 밖에 있는 얼음 천체들의 모임으로 대략 30~50AU(1AU는 지구~태양 거리인 1.5억㎞) 정도에 분포하는 것으로 추정된다. 단주기 혜성(2~200년의 공전 주기를 갖는 혜성)은 주로 이곳에서 기원하는 것으로 알려져 있다. 하지만 태양에서 멀리 떨어진 작은 천체들의 모임이다 보니 아직 밝혀내지 못한 부분이 더 많다. 콜로라도 대학의 알렉스 도너가 이끄는 연구팀은 뉴 허라이즌스호가 보낸 데이터를 분석해서 카이퍼 벨트의 실제 크기가 예상보다 훨씬 크다는 증거를 발견했다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 탑재된 ‘베네타 버니 스튜던트 먼지 측정기’(Venetia Burney Student Dust Counter·VBSDC)를 이용해 카이퍼 벨트의 크기를 짐작할 수 있는 단서를 발견했다. 이 장치는 우주에 있는 매우 미세한 먼지의 밀도를 측정한다. 물론 이것만으로 카이퍼 벨트 천체의 존재를 직접 증명할 순 없지만, 중요한 단서를 얻을 순 있다. 카이퍼 벨트의 얼음 소행성들이 서로 충돌할 경우 주변으로 먼지를 날릴 수밖에 없기 때문이다. 일정 농도 이상의 우주 먼지는 카이퍼 벨트가 여전히 끝나지 않았다는 것을 의미한다. 따라서 태양에서 점점 멀어지는 뉴 허라이즌스호가 지나간 비행경로의 먼지 밀도를 측정하면 카이퍼 벨트의 크기를 간접적으로 측정할 수 있다. 연구 결과 카이퍼 벨트의 크기는 예상보다 더 커서 80AU 거리까지 펼쳐진 것으로 나타났다. 대부분의 소행성이 서로 수백만㎞ 이상 떨어져 있고 대개 지름 수십㎞ 이하의 작은 소행이라 지구에서 직접 관측은 어렵지만, 작은 얼음 천체들이 태양계 외곽에 예상보다 더 많이 존재하는 셈이다. 뉴허라이즌스호의 원자력 전지는 2040년까지는 작동할 것으로 예상되기 때문에 앞으로 데이터를 분석하면 카이퍼 벨트의 정확한 크기를 알 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성 탐사와 실질적으로 마지막 소행성인 아로코트 탐사 이후에도 탐사 임무를 계속하는 뉴허라이즌스호가 어떤 새로운 사실을 밝혀낼지 궁금하다.

미 항공우주국(NASA)는 태양계 먼 외곽까지 탐사선을 보내 이제껏 미지의 세계였던 태양계의 주요 행성과 위성, 소행성의 비밀을 밝혀냈습니다. 하지만 이런 과학적 성과를 지구에서 받아보기 위해서는 지구와 우주선 간에 데이터를 주고받을 수 있는 무선 네트워크가 필요합니다. 따라서 NASA는 지구 밖 우주에서 임무를 수행 중인 탐사선과 데이터를 주고받기 위해 1958년부터 심우주 통신망(DSN, Deep Space, Network)을 운영해 왔습니다. 미국 캘리포니아, 스페인 마드리드, 호주 캔버라에 있는 거대한 안테나가 우주 곳곳에 있는 탐사선과 365일 24시간 통신을 주고받는 역할을 담당합니다. NASA의 심우주 통신망은 인류 역사상 최초로 화성과 소행성대를 넘어 목성과 다른 외행성을 탐사한 보이저 1,2호의 데이터를 수신해 행성과 위성의 생생한 모습을 우리에게 전해줬습니다. 몇 년 전 명왕성의 모습을 인류에게 최초로 보여준 뉴허라이즌스호 역시 심우주 통신망으로 데이터를 전송했습니다. 하지만 먼 우주에서 날아오는 신호가 너무나 미약하기 때문에 34m와 70m 지름의 거대한 안테나로도 전송 속도는 느릴 수밖에 없습니다. 최적의 상태에서는 데이터 전송 속도가 10Mbit/s에 달하지만, 명왕성 부근에서 뉴허라이즌스호가 보내는 신호의 데이터 전송 속도는 1Kbit/s 정도에 지나지 않습니다.우주선에 탑재되는 원자력 전지의 출력이 낮기 때문에 우주선이 안테나에 할당할 수 있는 전력은 20W 이내에 불과합니다. 더 큰 문제는 우주선에서 보내는 무선 신호가 지구에 도착할 때쯤 되면 전파 신호의 범위가 지구 지름의 1000배 정도로 커진다는 것입니다. 결국 심우주 통신망의 대형 안테나들은 손목시계 전력의 200억 분의 1에 해당하는 세기를 지닌 전파를 수신해야 합니다. 이렇게 약한 신호로 한 번에 손실 없이 완벽하게 데이터를 전송하기 어렵기 때문에 뉴허라이즌스호 같은 장거리 탐사선은 같은 데이터를 여러 번 반복해서 보냅니다. 따라서 속도는 더 느려집니다. NASA는 이 문제를 극복하기 위해 레이저 기반 우주 통신 시스템을 개발하고 있습니다. 작년 말 성공적으로 테스트를 마친 심우주 광학 통신(Deep Space Optical Communications·DSOC) 시스템이 대표적 사례입니다. 탐사선 프시케에 탑재된 심우주 광학 통신 시스템은 1600만km 거리에서 레이저로 지구에 데이터를 전송했습니다. 사실 레이저는 직진성이 강하기 때문에 장애물을 통과하기 힘들고 심우주 통신에 사용하는 S 밴드 (2.29 - 2.30 GHz), X 밴드 (8.40 - 8.50 GHz), Ku 밴드 (31.8 - 32.3 GHz) 무선 전파보다 통신할 수 있는 거리가 짧습니다. 대신 3개의 무선 주파수를 합친 것보다 더 높은 200Mbit/s의 대역폭을 지니고 있어 고속 통신이 가능한 장점이 있습니다. 그러나 이 장점을 제대로 활용하기 위해서는 현재 심우주 통신망처럼 레이저 신호를 수신할 수 있는 안테나가 필요합니다. 이를 위해 NASA는 심우주 통신 안테나가 설치된 캘리포니아 골드스톤에 전파/레이저 하이브리드 통신 시스템을 설치했습니다. 34m 지름의 안테나로 무선 전파 신호를 받고 7개의 육각형 망원경과 센서로 구성된 1m 지름의 레이저 수신기로 레이저 신호를 수신하는 것입니다. 앞서 이야기한 것처럼 레이저는 무선 전파보다 수신 범위가 짧고 장애물에 취약한 단점이 있어 완전히 무선 전파를 대체하기보다는 상호 보완해 사용할 계획입니다. 하지만 아무리 직진성이 좋은 레이저라도 수천만km 이상의 거리를 날아오면 신호가 퍼지기 마련입니다. 따라서 이 하이브리드 안테나는 광자 하나도 놓치지 않기 위해 초전도 냉각 나노와이어 단광자 검출기(cryogenically-cooled semiconducting nanowire single photon detector)를 사용하고 있습니다.이 전파/레이저 하이브리드 안테나는 기술적 타당성을 검증하기 위한 테스트용 프로토타입입니다. 만족할 만한 성능이 나온다면 궁극적으로 지름 8m의 대형 망원경을 이용한 레이저 수신기를 탑재해 심우주 광통신 시대를 열 계획입니다. 1차 목표는 현재 유인 탐사의 주요 목표인 화성까지 레이저 광통신 범위를 넓히는 것입니다. 화성은 공전 주기에 따라 지구에서 3억 7400만km까지 멀어집니다. 여기까지 레이저 광통신을 연장할 수 있다면 화성 유인 탐사에 큰 보탬이 될 것입니다. 물론 레이저나 전파나 빛의 속도를 넘을 순 없기 때문에 시간은 걸리지만, 한 번에 대용량의 데이터를 보낼 수 있어 화성 우주인의 사진이나 영상을 기다리지 않고 받을 수 있습니다. 만약 이 계획이 성공한다면 인류 최초로 행성간 우주 광통신 시대를 열 수 있습니다. NASA의 도전이 성공할 수 있을지 주목됩니다.

지구-달 사이 거리인 약 40만㎞ 떨어진 심우주에서 지구와 달을 본다면 과연 어떤 모습일까? 1998년 1월 초, 미국 항공우주국(NASA)의 니어 슈메이커 우주선이 지구-달 시스템을 보여주는 한 사진을 촬영했다. 니어는 ‘근지구 소행성 랑데뷰’(Near Earth Asteroid Rendezvous)의 약자이며, 슈메이커는 천체 물리학자인 유진 M. 슈메이커를 추모하는 의미로 붙여졌다. 지구로부터 약 40만km 떨어진 심우주에서 촬영한 이 사진은 지구와 달의 상대적인 크기 4 대 1을 그대로 재현한 것이다. 다만, 해상도를 위해 달의 겉보기 밝기를 약 5배 증가시켰다. 40만㎞ 거리의 심우주에서 본 달은 어두운 갈색빛을 띠고 있는 반면, 지구는 다채로운 색으로 어두운 우주를 배경으로 빛나고 있다. 푸른 바다, 소용돌이치는 구름, 그리고 밝고 얼음처럼 하얀 남극 대륙 등이 강렬한 느낌을 준다. 지구의 하나뿐인 위성인 대기와 바다가 없어 상대적으로 밋밋한 느낌을 주지만, 태양계에서 가장 큰 위성 중 하나다. 심지어 왜행성 명왕성보다 더 크다. 근지구 소행성 433 에로스를 가까이 돌면서 탐사하기 위해 설계된 무인우주선 니어 슈메이커는 지구의 중력을 사용하여 최종 목적지인 소행성 433 에로스를 향해 방향을 바꾸었다.1996년 2월 17일 발사된 니어 슈메이커 우주선은 지구 궤도를 빠져나온 후 1997년 6월 27일 소행성 253 마틸다를 1200㎞의 거리까지 근접 통과했다. 이후 이 우주선은 1999년 1월 433 에로스에 도착해 그 주위를 돌면서 정보를 수집한 후, 2001년 2월 12일 이 소행성의 안장점(2차원 면에서 극점이 아닌 점) 지역에 착륙했으며, 그해 2월 28일 전체 임무를 종료했다.