과학자들이 태양 표면인 ‘광구’를 역대 최고 해상도로 관측하는 데 성공했다. 데이비드 쿠리제 미국 국립태양관측소(NSO) 연구원 연구팀은 하와이 마우이섬 할레아칼라 화산 정상에 있는 ‘대니얼 K. 이노우에 태양망원경’으로 태양 광구를 최고 해상도로 관측했다. 광구는 눈으로 관찰할 수 있는 태양의 얇은 표면층이다. 연구팀은 광구에 존재하는 흑점 근처 플라스마층의 자성 활성 구역을 관측했다. 자성 활성 구역은 강력한 자기장이 집중 형성되는 구역이다. 관측 결과 ‘켈빈-헬름홀츠 불안정성’(KHI)이라는 유체역학적 현상이 관측됐다. KHI는 서로 다른 속도나 방향으로 맞닿아 흐르는 두 유체층(플라스마층)의 경계면에서 물결이나 소용돌이가 발생하는 현상이다. 구름, 목성 대기, 태양 코로나 대기에서 관측된 적이 있으나 자기장이 지배하는 광구에서 KHI가 관측된 것은 이번이 처음이다. 연구팀은 고속 연사 촬영 기법으로 고해상도 프레임을 매우 짧은 시간 간격으로 연속 촬영했다. 그 결과 기존에 광구에서 관측되지 않았던 띠 모양과 소용돌이 모양의 구조가 반복해 나타나는 것을 발견했다. 연구팀은 “자성 활성 구역의 자기장선 사이를 흐르는 플라스마층의 속도 차이가 KHI를 유발하고 KHI로 발생한 소용돌이가 자기장선을 강하게 뒤튼다”며 “물과 기름처럼 섞이지 않는 자기화 플라스마와 비자기화 플라스마를 섞어 자기장이 빠르게 확산되도록 만든다“고 설명했다. 스마트폰 먹통 만드는 태양 폭발 현상과 연관연구팀이 촬영한 KHI는 스마트폰 등 지구의 필수 전자 기기의 작동에 이상을 일으키는 태양 폭발 현상과도 관련이 있다. 일반적으로 KHI로 인해 발생한 소용돌이가 플라스마를 섞고 뒤틀면 자기장에 축적돼 있던 에너지가 열과 파동 에너지로 터져 나온다. 에너지가 솟구치면서 태양 상층 코로나 대기의 온도를 높이고 태양 플레어, 코로나 질량 방출 등의 태양 폭발 현상을 일으키는 것으로 알려졌다. 이번 연구는 태양의 표면층에서 자기장과 유체가 어떻게 상호 작용하며 태양 표면의 에너지와 질량을 코로나와 같은 상층 대기로 어떻게 수송하는지 설명하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 자세한 연구 결과는 지난 5일(현지시간) 국제학술지 ‘네이처’에 발표됐다. “태양 폭발로 먹통 되는 GPS 잡는다”한편 우리 정부는 우리나라의 태양권 탐사 추진 계획을 내놓았다. 지구·달 과학탐사선은 지구 저궤도 등에 비해 장기 관측 데이터가 상대적으로 부족한 지구와 달 사이 공간에서 태양풍과 지구 자기장의 영향을 폭넓게 관측할 수 있다. 우주항공청이 구상 중인 ‘태양권 물리 탐사선’(Heliospheric Physics Probe)은 ‘OSEL’(off-the-Sun-Earth-line) 접근에 필요한 위성 기술과 관측 역량을 검증하는 탐사선이다. OSEL은 태양-지구 연결 선상에서 벗어난 궤도를 의미한다. 태양의 측면에서 태양 활동을 관측할 수 있는 최적의 위치로 꼽힌다. 태양풍으로 흑점 폭발 등이 발생해 막대한 에너지 입자가 지구에 도달하면 지구 자기장이 교란돼 지상 통신, 전력망, 항공 운행 등이 직접적인 타격을 입는다. 오태석 우주항공청장은 “태양 폭발로 발생하는 우주 방사선과 태양풍은 위성 고장, 위치정보시스템(GPS) 오차, 항공기 통신 장애, 전력망 이상 등 국민 생활과 직결된 피해를 일으킬 수 있다”며 “지구 저궤도에서의 우주 환경 관측을 넘어 지구·달 공간에서 태양 활동을 관측할 수 있도록 관측 범위를 확대하겠다”고 말했다. 대니얼 K. 이노우에 태양망원경은 구경 4m의 세계 최대 태양망원경으로 이전 세대 태양망원경보다 훨씬 높은 공간 해상도를 제공한다. 태양 표면을 약 20km 규모로 나눈 구조로 식별할 수 있다.

태양계 8개 행성은 수성과 금성을 제외하고 여러 위성을 거느리고 있다. 특히 목성은 미니 태양계라고 부를 만큼 큰 위성 네 개를 거느리고 있는데, 태양계의 내행성 (수성, 금성, 지구, 화성) 만큼 저마다 독특한 개성과 특징을 지니고 있다. 이 가운데서 과학자들의 관심을 집중시키는 천체는 두 번째 위성인 유로파다. 내부에 액체 상태의 바다가 있는 것으로 추정되기 때문이다. 여기에는 생명체가 존재할지도 모르기 때문에 현재 주요 관측 목표가 되고 있다. 하지만 생명체 가능성이 거의 없는 가장 안쪽 위성인 ‘이오’ 역시 독특함으로 치면 유로파에 뒤지지 않는다. 이오의 특징은 바로 태양계에서 보기 드문 활화산 위성이라는 점이다. 이오는 목성의 강한 중력과 다른 위성의 간섭으로 인해 내부가 잡아당겨졌다가 다시 팽창하는 조석 마찰 현상을 겪는다. 이 마찰열로 인해 내부의 암석이 녹고 화산이 분출하는 것이다. 미 항공우주국(NASA)의 목성 탐사 우주선인 주노는 목성 궤도 안쪽으로 이동하면서 2023년 12월 30일과 2024년 2월 3일 근접 비행에서 이오에 표면 약 1500㎞ 거리까지 접근해 관측을 진행했다. 미국 사우스웨스트 연구소의 주노 탐사선 책임 연구원인 스콧 볼턴과 동료들은 이 데이터를 분석해 이오 표면 아래 지열을 상세히 분석했다. 주노 탐사선의 주요 장비 중 하나인 마이크로파 복사계(MWR)는 본래 목성의 두꺼운 구름층을 뚫고 내부를 관측하는 목적으로 개발된 장비다. 적외선보다 긴 파장의 마이크로파는 물체를 더 깊이 투과할 수 있기 때문이다. 이후 과학자들은 이 장비를 유로파의 두꺼운 얼음 지각을 뚫고 관측하는 데 활용했다. 이오 표면은 암석이기 때문에 목성의 구름층이나 유로파의 얼음층처럼 깊이 투과할 순 없지만, 그럼에도 연구팀은 10m 깊이까지 내부 지열의 분포를 확인하는 데 성공했다. 그 결과 이오의 표면과 방출 에너지에 대한 중요한 정보를 확인할 수 있었다. 목성 궤도는 태양에서 멀기 때문에 매우 춥고 어두운 환경이다. 예를 들어 이웃 위성인 유로파 표면은 평균 영하 170도 미만으로 낮다. 이오 역시 표면은 차갑지만, 이번 관측에서 확인된 지열은 생각보다 높았다. 연구팀에 따르면 불과 1m 아래로만 들어가도 온도는 4도로 상승했다. 이는 지표 아래에서 분출하는 에너지의 양이 매우 많다는 의미다. 이렇게 온도가 높은 이유에 대해 연구팀은 이오 지각이 열전도율이 높은 물질로 구성되어 있거나 혹은 표면에 식어가는 용암류에 의한 열에너지일 가능성을 제기했다. 어느 쪽이든 이오 표면에서 나오는 열은 ㎡당 1~3와트로 지구 평균의 30배에 달했다. 이번 연구에서 밝혀진 또 다른 중요한 사실은 이오 표면이 매우 매끄럽고 균일하다는 것이다. 거대한 화산이 분출하는 환경을 생각하면 의외이지만, 이런 화산을 제외하면 용암으로 인해 표면 지형이 매우 균일하게 형성되어 마치 북미의 대평원 같은 지역이 많았다. 그리고 표면 물질의 밀도는 매우 낮아 단단한 암석보다 부석이나 솜털 같은 화산재에 더 가까운 구성을 지니고 있었다. 이번 연구는 생명체를 숨기고 있을지도 모르는 목성의 위성 유로파와 토성의 위성 엔셀라두스, 두꺼운 대기와 호수를 지닌 토성의 위성 타이탄처럼 이오 역시 흥미로운 비밀을 많이 간직한 위성이라는 사실을 보여준다. 주노가 거둔 과학적 성과는 2030년대 목성권을 탐사할 차세대 탐사선들에 의해 이어질 것이다.

“이것은 위성인가 행성인가.” 1995년 외계행성이 처음 관측된 이후 지금까지 6000개가 넘는 행성이 발견됐지만 그 주변을 도는 외계위성의 존재가 확실히 입증된 사례는 한 건도 없었다. 그런데 최근 항성, 갈색왜성, 위성의 3단 계층 구조 시스템이 발견돼 천문학 교과서를 새로 쓰게 됐다. 칠레 디에고 포르탈레스대 천체물리학 연구소, 유럽 남방천문대(ESO), 외계 행성 연구센터(YEMS), 천체물리학 및 기술 연구센터(CATA), 이탈리아 파도바 천문대, 로마 토르 베르가타대, 로마 천문대, 파도바대, 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 공동 연구팀은 항성(별)을 공전하는 갈색왜성, 그 갈색왜성을 도는 위성으로 구성된 ‘3단 계층 구조 시스템’을 최초로 관측했다고 밝혔다. 갈색왜성을 도는 위성에 대한 명확한 분류 체계가 없기 때문에 이번에 발견한 천체가 외계행성인지 외계위성인지는 아직 불분명하다. 그러나 이번 발견은 지금까지는 발견되지 않았던 행성계 내 외계위성의 결정적 식별을 향한 중요한 도약의 발판이 될 수 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 23일 자에 실렸다. 갈색왜성은 목성 질량의 13~80배이고 태양 질량의 약 1.2~8%로 행성보다는 크지만 스스로 빛나는 별이 되기에는 질량이 부족해 실패한 별로 불리는 천체다. 중심부에서 안정적인 수소 핵융합 반응을 일으키지 못해 희미한 적외선과 열만 방출한다. 지금까지 6000개 이상의 외계행성이 발견됐지만 외계위성이 확실하게 식별·확정된 사례는 한 건도 없었다. 연구팀은 ‘CD-35 2722 B’라고 불리는 갈색왜성 동반천체 주위를 도는 외계위성(exosatellite)의 증거를 발견했다. 이에 과거 태양과 유사한 항성 주위에서 최초의 외계행성을 발견할 때 사용했던 도플러 분광법을 활용해 2023년 10월부터 2026년 2월까지 이 갈색왜성을 모니터링했다. 연구 결과, 최소 1개 이상의 공전 위성이 보내는 것으로 보이는 주기적 신호가 드러났고 2개 위성을 가정하는 역학 모델은 극도로 불안정한 것으로 나타났다. 연구팀은 이 천체 시스템의 물리적 특성을 모델링한 결과 목성 질량보다 약간 작은 천체가 170일 주기로 갈색왜성을 돌고 있는 것을 확인했다. 이 천체는 3단 계층 구조 시스템의 마지막 구성 요소라는 위치상 위성으로 분류하는 것이 타당해 보일 수 있지만 천체의 크기가 행성급이고 항성이나 행성이 아닌 갈색왜성을 돌고 있기 때문에 단순히 ‘외계위성’(exomoon)이라고 부르는 것은 적절하지 않을 수 있다고 연구진은 지적했다. 외계행성을 도는 외계위성은 일반적인 위성으로 쉽게 설명할 수 있지만 갈색왜성을 도는 위성을 같은 이름으로 부를 수 있을지에 대해서는 아직 결정되지 않았다. 연구를 이끈 앨리스 주를로 칠레 디에고 포르탈레스대 교수는 “이번 연구는 시선속도 분석법이라고 불리는 도플러 분광법을 통해 외계위성을 확실하게 탐지할 수 있음을 입증했지만 외계위성에 대한 명확한 분류 체계 정립이 필요함을 시사한다”고 설명했다.

태양계의 행성은 지구 같은 암석 행성과 목성 같은 가스 행성으로 나눌 수 있다. 가스 행성 중 가장 외곽에 있는 천왕성과 해왕성은 ‘얼음 거인’으로 더 세분하는데, 이 두 행성은 물, 암모니아, 메탄 등으로 구성된 거대한 얼음 맨틀을 지닌 것으로 여겨졌기 때문이다. 과학자들은 그동안 1986년과 1989년에 두 행성을 방문한 유일한 탐사선인 보이저 2호와 허블 및 제임스 웹 우주 망원경, 지상 망원경들이 수집한 정보를 바탕으로 행성 내부 구조를 추정해 왔다. 현재 일반적으로 받아들여지는 행성 모델에 따르면 천왕성과 해왕성은 수소와 헬륨 대기 아래에 얼음 맨틀이 있고, 그 중심부에 단단한 암석 핵이 존재하는 3중 구조를 지니고 있다. 그러나 UCLA의 에드워드 영과 동료 과학자들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이러한 기존 가설에 의문을 제기했다. 연구팀은 기존의 얼음 맨틀 모델과 함께, 행성 내부가 고온·고압 상태에서 규산염, 철, 수소가 완전히 뒤섞인 ‘초임계 수소 부유 마그마 바다’(Supercritical, Hydrogen-rich Magma Ocean)로 이루어져 있다는 새로운 모델을 비교 분석했다. 연구팀의 시뮬레이션 결과에 따르면 마그마 바다 모델은 현재 관측되는 해왕성과 천왕성의 질량 및 반경과 일치하는 결과를 나타냈다. 고압 환경에서 수소 기체가 마그마 속으로 용해되어 들어가 밀도를 낮추고 압축률을 높임으로써, 현재까지 실제로 관측된 해왕성과 천왕성의 물리적 특성을 정확히 반영하는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 마그마 바다 모델은 최근 관측된 태양계 외곽 천체들의 구성 성분과도 더 잘 들어맞는다. 기존 얼음 거인 모델은 태양계 초기 형성 단계에서 외곽 원반에 얼음 성분이 매우 풍부했다는 전제를 바탕으로 했다. 하지만 실제 태양계 외곽 천체인 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)와 혜성 관측 결과, 초기 재료 중 얼음의 비율은 약 25% 수준에 불과했으며 오히려 암석 성분이 훨씬 높았던 것으로 밝혀졌다. 이는 얼음 거인보다는 마그마 바다 모델을 지지하는 구성이다. 연구팀은 마그마 바다 모델이 외계 행성 연구에도 중요한 정보를 제공할 것으로 보고 있다. 은하계에서 가장 흔하게 발견되는 외계 행성 형태 중 하나인 ‘미니 해왕성’도 마그마 바다 모델로 더 쉽게 설명될 수 있기 때문이다. 따라서 상대적으로 쉽게 관측할 수 있는 해왕성과 천왕성을 통해 우주에 흔한 미니 해왕성의 구조를 이해하고 분석할 수 있다. 다만 연구팀의 주장을 확실히 검증하기 위해서는 더 직접적인 관측 데이터가 필요하다. 현재 미국 항공우주국(NASA)은 천왕성의 대기 내부를 직접 탐사하는 ‘천왕성 궤도 탐사선’(UOP)과 해왕성을 정밀 조사하기 위한 ‘해왕성 오디세이 프로젝트’를 추진 중이다. 이 프로젝트들이 순조롭게 진행된다면 천왕성과 해왕성 두 행성뿐 아니라 수많은 외계 행성의 비밀을 풀 단서를 제공할 것으로 기대된다.

운전 시 역주행은 자칫 대형 사고로 이어질 수 있는 중대한 운전 과실이므로 만에 하나라도 발생하지 않게 주의해야 한다. 이는 행성의 위성 역시 마찬가지다. 거꾸로 공전하는 위성은 보통 외부에서 끼어든 존재인데, 대개는 충돌 위험성이 높아 오랜 시간 안정적으로 존재하기 어렵다. 태양계에서는 해왕성의 위성 트리톤 같은 일부 위성이 역행성 궤도를 지니고 있지만, 행성은 모두 순행 궤도를 돈다. 천문학자들은 행성급 천체는 대부분 별의 자전 방향과 같은 순행 궤도를 돌 것으로 예측했다. 행성 크기 천체가 외부에서 반대 방향으로 안정적으로 진입하기 힘들고 행성의 공전 방향이 반대가 되기도 힘들기 때문이다. 하지만 항상 예외는 있게 마련이다. 프린스턴 대학교의 주앙 에스피노자-레타말 연구팀은 천체물리학 저널 ‘레터스’에 외계 행성 TOI-1710b의 이례적인 궤도 특성을 분석한 연구 결과를 발표했다. 지구보다 20배 무겁고 지름은 5배 큰 ‘따뜻한 해왕성’급인 TOI-1710b는 단순히 궤도가 기울어진 수준을 넘어, 모항성의 자전축과 거의 180도 반대되는 방향으로 공전하고 있었다. 연구팀은 처음에 나사의 행성 관측 위성인 TESS와 유럽 우주국의 가이아 관측 위성으로 이 행성을 연구하던 중 공전 주기가 이상하다는 사실을 확인했다. 분석 결과 TOI-1710b의 공전 궤도면이 심하게 기울어졌을 뿐 아니라 아예 별의 자전과 반대 방향인 역행 방향으로 공전한다는 점을 확인했다. 보통 행성은 별 주위 형성된 원시 행성계 원반에서 가스와 먼지가 모여 형성되기 때문에 공전 방향이 별과 동일하다. TOI-1710b는 외부에서 끼어든 천체라고 보기에는 너무 가까운 궤도를 공전하기 때문에 연구팀은 다른 천체의 중력 간섭에 더 무게를 두고 가능한 시나리오를 분석했다. 첫 번째 후보는 지구-태양 거리의 3600배 떨어진 거리에 있는 동반성이다. 하지만 동반성은 작은 적색왜성이고 거리가 너무 멀어 직접적으로 TOI-1710b의 궤도를 뒤집기에는 중력 효과가 부족한 것으로 나타났다. 연구팀은 아직 발견되지 않은 제3의 천체가 중력적 다리 역할을 했을 것이라는 시나리오를 제시했다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, 약 15AU 거리에서 공전하는 목성 질량의 약 5배에 달하는 가스 행성이 존재할 경우, 이 중간 행성이 멀리 떨어진 동반성의 중력을 받아 안쪽의 TOI-1710b를 끌어당기는 ‘중력 연쇄 반응’을 일으킬 수 있음이 확인됐다. 이 모델은 TOI-1710b의 궤도가 관측된 것처럼 원형을 유지하면서도 역행 궤도에 진입하는 조건을 정확히 충족했다. 연구팀은 향후 가이아 관측 위성의 고정밀 천체 측정 장비를 통해 별의 미세한 흔들림을 관측한다면, 이 숨겨진 거대 행성의 존재를 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 숨은 행성을 발견할 경우 역행성 행성의 생성 과정을 파악할 뿐 아니라 숨은 거대 질량 행성을 찾아내는 새로운 방법이 될 수 있다. 우주의 역주행도 위험하긴 마찬가지이지만, 과학자들은 역주행 행성을 통해 새로운 사실을 대거 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

母항성 적색거성 때는 거리 멀어왜성 된 이후 공전 궤도 이동한 듯300만㎞까지 근접해 127도 고온태양 수명 마친 뒤 천체 미래 암시 태양은 태어난 지 46억년 된 중년의 별이다. 태양이 태어나서 죽기까지 안정적으로 빛나는 기간은 대략 100억년으로 추정된다. 50억년 뒤 태양은 중심핵의 수소를 모두 소진하고 지금보다 100배 이상 부풀어 큰 적색거성이 된다. 이후 바깥층이 벗겨져 나가면서 지구만 한 크기의 고밀도 잔해인 백색왜성만 남게 된다. 이 과정에서 수성, 금성, 그리고 어쩌면 지구까지도 적색거성에 삼켜져 사라진다. 지구는 태양의 생명이 끝나는 50억년 뒤보다 훨씬 이른 약 10억~20억년 이후에는 이미 생명이 살 수 없는 행성으로 변하게 될 것으로 추정된다. 그렇다면 지구보다 더 멀리 떨어진 목성, 토성 같은 거대 가스형 행성은 태양이 죽은 뒤 어떤 운명을 맞게 될까. 영국, 미국, 캐나다 공동 연구팀은 지구에서 약 80광년 떨어진 백색왜성을 도는 목성 규모의 행성에서 사상 처음으로 대기를 검출해 50억년 뒤 태양계가 맞을 운명을 엿보는 데 성공했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 2일 자에 실렸다. 연구팀은 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA), 캐나다우주청(CSA)이 함께 운용하는 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 죽은 별인 백색왜성 주변을 도는 목성 크기의 외계행성 ‘WD 1856b’가 백색왜성 앞을 가로지르는 통과 현상을 관측했다. 이를 통해 행성의 질량, 온도를 측정하고 행성 대기까지 검출했다. WD 1856b 행성은 2020년 외계행성 탐사 위성 TESS와 스피처 우주망원경으로 발견된 행성이다. 이 행성은 지구에서 80광년 떨어진 백색왜성 ‘WD 1856+534’ 주위를 돌고 있다. 크기는 목성만 하지만 행성이 공전하는 백색왜성은 크기가 지구 정도다. 행성이 모(母)항성보다 7배 크고, 지구-태양 거리의 50분의 1인 300만㎞에 불과하다. 백색왜성 주변을 이렇게 가깝게 돌면서 온전한 형태를 유지하는 행성은 WD 1856b가 처음이다. 그래서 연구자들은 ‘괴짜 행성’이라는 별명을 붙이기도 했다. 관측 결과, WD 1856b의 질량은 목성의 4.3~10.9배로 추정됐으며 행성의 온도는 처음 예상됐던 영하 113도가 아니라 영상 127도였다. 현재는 이만한 열을 낼 에너지원이 없다는 점에서 연구팀은 이 온도를 과거 어느 시점에 행성이 데워진 뒤 식고 있는 ‘잔열’로 보고 데워진 시점을 역산했다. 연구팀은 이를 바탕으로 두 가지 가설을 제시했다. 하나는 죽어 가던 모항성이 WD 1856b를 집어삼켰지만 그 안에서 살아남았다는 것이고, 다른 하나는 항성계의 다른 천체들의 중력 영향으로 행성이 적색거성의 영향권 밖으로 이동했다는 것이다. 분석 결과, 행성이 데워진 시점은 별이 백색왜성이 된 뒤 약 30억~55억년이 지난 때로 나타났다. 별이 적색거성 단계를 끝내는 과정은 길어야 수백만년에 불과해 그 시기에 삼켜졌다는 가설로는 이번 발견처럼 한참 뒤의 재가열을 설명하기 어렵다. 이에 연구팀은 행성이 적색거성 시기에는 먼 궤도에 안전하게 머물다가 한참 뒤 안쪽으로 끌려 들어오며 데워졌다는 ‘뒤늦은 궤도 이동’설이 더 유력하다고 결론지었다. 라이언 맥도널드 영국 세인트앤드루스대 교수는 “이번 연구에서는 죽은 별 주변 행성에서 처음으로 대기를 검출했다”며 “이를 통해 태양과 비슷한 질량의 별이 죽은 뒤 거대 행성이 맞을 운명을 처음으로 관측해 살펴봤다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.

서울 강서구는 ‘우주항공 주간’을 맞아 강서별빛우주과학관에서 특별 프로그램을 운영한다고 21일 밝혔다. 우주항공청은 우주항공에 대한 국민적 관심과 참여를 확대하고자 올해 5월 23일부터 29일까지를 ‘우주항공 주간’으로 선포했다. 이에 구는 어린이와 가족 단위 관람객이 우주를 쉽고 재미있게 체험할 수 있도록 체험 부스, 특별 강연, 공개 관측회 등을 마련했다. 먼저 오는 23일 오전 10시부터 오후 5시까지 과학관 앞마당에서 길꽃어린이도서관과 함께하는 ‘야외도서관’이 운영된다. 다양한 천문·우주 관련 도서를 읽고, 젠가 게임, 우주 퀴즈, 포토존, 빙고판 만들기 등도 즐길 수 있다. 체험 부스에서는 ‘로켓 발사 체험’, ‘나만의 우주 DIY 만들기’ 등으로 어린이들의 호기심을 키워준다. 같은날 오후 1시 30분에는 1층 코스모스마루에서 유아와 보호자를 대상으로 로켓의 원리를 배우며 만드는 체험 프로그램이 진행된다. 이어 오후 2시부터는 지하 1층 우주배움터에서 한국항공우주연구원 김현준 우주발사체 선임연구원이 강연자로 참여한다. 실제 우주발사체 개발 이야기와 우주산업의 미래를 쉽고 흥미롭게 들려줄 예정이다. 오후 8시에는 방화근린공원 원형광장에서 천체망원경으로 달과 목성을 무료로 관측할 수 있다. 흐리거나 비가 올 경우 취소될 수 있다. 또한 천체투영실에서 우주 관련 특별 영상 상영회와 해설이 있는 영화 감상회 등도 열릴 예정이다. 이어 오는 25일에는 국제우주정거장(ISS) 함께 보기 프로그램도 진행된다.

영원히 그 자리에서 태양 주위를 공전할 것 같은 태양계 행성들도 사실은 초기에는 자주 위치를 이동했던 것으로 생각된다. 태양계 초기에는 지금보다 행성급 천체가 많았는데, 이들이 충돌하거나 이탈하면서 현재의 태양계를 형성했기 때문이다. 예를 들어 원시 지구는 ‘테이아’(Theia)라는 화성 크기의 행성과 충돌한 후 현재의 지구와 달을 형성했다. 그리고 이 과정에서 궤도도 약간 변했을 것으로 추정된다. 하지만 태양계가 안정화된 후 행성들은 현재의 위치에 자리 잡았고, 수십억 년 이상 그 자리에서 안정적으로 태양 주변을 공전하고 있다. 과학자들은 다른 행성계도 같을 것으로 생각해왔다. 하지만 뉴멕시코 대학교, 코트다쥐르 천문대(Observatoire de la Côte d’Azur), 유럽우주국(ESA)의 과학자들을 포함한 대규모 국제 연구팀은 예상치 못한 예외적 상황을 관측했다. 연구팀은 나사의 외계행성 관측 위성인 TESS와 남극에 있는 ASTEP 망원경을 이용해 ‘TOI-201’이라는 외계 행성계를 관측했다. TOI-201은 서로 다른 세 개의 행성으로 구성되어 있다. 하나는 5.8일 주기로 항성을 공전하는 “슈퍼지구”이고, 다른 하나는 목성 질량의 절반에 해당하는 가스 행성으로 53일 주기로 공전한다. 마지막으로 목성보다 16배나 무거운 거대한 외행성이 약 8년 주기의 타원형 혜성 같은 궤도를 따라 공전하는데, 이는 사실 행성보다 큰 갈색왜성급 천체라고 할 수 있다. 일반적으로 목성 질량의 13배가 넘으면 불안정해도 핵융합 반응이 조금 일어날 수 있어 행성이 아닌 갈색왜성으로 분류한다. 태양계와 달리 이렇게 다양한 천체로 구성된 행성계는 우주에 드물지 않다. 하지만 각 행성의 공전 주기를 분석한 과학자들은 정말 드문 현상을 발견했다. 외계 행성 TOI-201b가 항성 앞을 지나가는 시간이 갑자기 30분 정도 늦어진 것이다. 공전주기 53일에서 차지하는 비중은 크지 않더라도 목성 질량의 절반 혹은 토성보다 더 무거운 행성의 궤도가 관측 가능할 정도로 변한 것이기 때문에 놀라운 일이 아닐 수 없다. 과학자들은 가장 가능성 높은 이유로 가장 무거운 외곽 천체인 TOI-201c의 중력을 들었다. 이 천체는 무겁기만 한 것이 아니라 혜성처럼 길쭉한 타원궤도를 돌고 있다. 따라서 주기적으로 내부 행성에 한쪽 방향으로 중력을 행사할 수 있다. 그 결과 행성의 궤도가 크게 변한 것이다. 이는 오래된 행성계는 궤도가 안정적일 것이라는 상식을 뒤집는 결과다. 이번 발견이 가능했던 가장 중요한 이유는 바로 남극에 설치된 ASTEP(남극 외계행성 탐사) 망원경 덕분이다. 니스의 코트다쥐르 천문대가 주도하고 버밍엄 대학교 및 유럽우주국(ESA)의 협력해 설치한 망원경인데 주경 40㎝의 비교적 작은 망원경이지만, 독특한 위치 덕분에 다른 지상 망원경은 불가능한 관측이 가능하다. ASTEP은 해발 3233m 높이의 남극 고원의 콩코르디아 연구 기지에 설치됐는데, 다른 어떤 인간 거주지에서도 600㎞ 떨어져 있어 국제우주정거장(ISS)보다도 더 외딴곳에 위치해 관측에 방해되는 불빛이 없다. 여기에 남극에서 몇 달간 해가지지 않는 극야 현상과 높은 해발 고도 덕분에 대기 간섭을 최소화하면서 장시간 동안 중단 없이 관측할 수 있다. 이는 별의 미세한 밝기 변화를 장시간에 걸쳐 찾아내는데 적합해 공전 주기가 53일인 TOI-201b의 주기 변화를 포착한 것이다. 과학자들은 TOI-201 시스템의 움직임이 매우 불안정해서 행성들이 곧 항성 앞을 일렬로 늘어서는 현상이 멈출 것이라고 보고 있다. 아마도 200년 후에는 세 행성 중 두 행성만이 지구에서 관측 시 항성 앞을 지나가는 모습을 보일 것으로 예상된다. 앞으로도 ASTEP 같은 새로운 개념의 망원경이 독특한 외계 행성들을 계속 찾아낼 것으로 기대된다.

태양계의 거대 가스 행성인 목성과 토성은 수많은 위성을 거느린 ‘미니 태양계’로 불린다. 위성이 달 하나뿐인 지구와 달리 토성이 280개 이상, 목성은 100개 이상의 위성을 지니고 있기 때문이다. 그런데 한 가지 이상한 점은 질량이 큰 목성의 위성 숫자가 토성보다 적다는 점이다. 이 의문점은 질량을 비교하면 쉽게 풀린다. 목성은 갈릴레오가 발견했다고 해서 갈릴레오 4대 위성이라고 불리는 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토라는 대형 위성 4개를 거느리고 있지만 토성은 대형 위성이 타이탄 하나뿐이다. 위성 숫자는 많지만 사실은 타이탄이 토성 전체 위성 질량의 약 96%를 차지하는 구조로 나머지는 작은 위성들이다. 따라서 목성이 타이탄급 대형 위성 4개를 거느리고 있어 목성 위성들의 질량이 토성보다 훨씬 크다. 다만 비슷해 보이는 가스 행성이 왜 위성 구성에서는 이렇게 차이가 나는지는 과학자들도 알지 못했다. 행성과학계의 오랜 숙제였던 이 “위성 시스템의 구조적 차이”를 설명하기 위해 일본 교토대학교의 유리 후지이(Yuri I. Fujii) 교수와 일본 국립천문대(NAOJ) 연구팀은 가스 행성 형성 초기 단계의 수치 시뮬레이션을 수행했다. 연구팀은 일본 국립천문대의 PC 클러스터 자원을 활용해 ‘N체 시뮬레이션(N-body simulation)’을 실시, 행성 주위 원반(Circumplanetary Disk) 내에서 위성들이 어떻게 성장하고 이동하는지 분석했다. 연구 결과의 핵심은 ‘자기권 공동(Magnetospheric Cavity)’의 형성 여부로 밝혀졌다. 목성은 형성 초기부터 매우 강력한 자기장을 가지고 있었다. 이 자기장은 생성 중인 행성 근처의 원시 행성계 원반 가스를 밀어내어 ‘빈 공간(공동)’을 만들었다. 안쪽으로 끌려온 거대 위성들은 이 공동의 경계면에 걸려 더 이상 행성으로 추락하지 않고 안정적인 궤도에 머물 수 있었다. 이것이 오늘날 우리가 보는 4대 위성의 기원으로 풀이된다. 반면 토성은 목성에 비해 자기장이 상대적으로 약했다. 위성들을 멈춰 세울 ‘자기적 방어선’이 부족했던 탓에 초기에 생성된 많은 대형 위성들이 토성의 중력에 이끌려 행성 안으로 흡수되거나 소멸했다. 유일하게 타이탄만이 절묘한 타이밍에 살아남아 현재의 독주 체제를 구축하게 된 것이다. 이번 연구는 단순히 태양계의 과거를 밝히는 데 그치지 않는다. 연구팀은 이 모델을 외계 행성계에도 적용할 수 있다고 설명한다. 후지이 교수는 논문을 통해 “이 모델이 옳다면 목성보다 질량이 크고 자기장이 강한 외계 행성 주변에서는 갈릴레오 위성보다 더 많거나 더 거대한 위성 시스템이 존재할 가능성이 높다”고 밝혔다. 다만 현재 관측 기술로는 외계 행성 주변의 위성을 직접 관측하거나 그 존재를 증명하기 쉽지 않다. 그러나 새로운 거대 망원경이 완성되고 언젠가 ‘외계 달(Exomoon)’의 직접 관측이 이루어진다면 과학자들은 자기장 가설을 포함해 거대 위성의 생성 이론을 더욱 정밀하게 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

서울 노원구가 ‘과학의 달’을 맞이해 ‘노원 천문우주 페스티벌’을 연다. 최근 아르테미스 2호의 성공으로 관심이 높아진 천문우주과학의 재미를 한껏 느낄 수 있도록 기획된 행사다. 구는 25일 노원천문우주과학관과 중계문화공원에서 오후 1시부터 오후 10시까지 페스티벌을 연다고 14일 밝혔다. 중계문화공원 본무대에서는 박인호 마술사의 과학 마술쇼를 시작으로 ‘우주인 코스프레 대회’가 열린다. 우주를 주제로 한 코스프레 참여자 중 예선을 통과한 10개 팀이 런웨이(무대) 워킹과 퍼포먼스를 선보인다. 또 별자리 무드등 만들기, 누리호 등 모형 전시, 태양 관측, 탄소중립 체험도 준비됐다. 오후 8시부터는 해설과 천체망원경 영상 중계를 통해 밤하늘을 관측할 수 있다. 천체망원경으로 달과 목성을 관측할 예정이다. 노원천문우주과학관은 2021년 이후 코스모스관, 빅히스토리관, 천체관측실, 천체투영관 등 주요 시설을 차례로 리모델링하고 체험형 교육 시설의 입지를 공고히 했다. 구는 천문우주 페스티벌을 통해 과학 문화를 확산하고 관련 기관 네트워크를 다져가고 있다. 오승록 구청장은 “노원천문우주과학관은 체험과 참여를 중시하는 지역 교육 인프라를 상징한다”며 “과학을 통해 더 큰 미래, 더 넓은 세상에 흥미를 가질 수 있는 계기가 될 수 있도록 준비하겠다”고 밝혔다.

허블 우주 망원경이 자전 방향이 뒤바뀐 혜성을 포착했다. 주인공은 ‘41P/터틀-지아코비니-크레자크 혜성’(41P 혜성)으로, 태양을 약 5.4년 주기로 도는 전형적인 단주기 혜성이다. 이 혜성은 본래 태양계 외곽의 카이퍼 벨트에서 기원한 천체로, 이후 목성의 중력 섭동에 의해 현재의 궤도로 이동한 것으로 알려졌다. 이러한 기원과 궤도 자체는 비교적 흔하지만, 41P 혜성은 자전 특성에서 매우 이례적인 모습을 보였다. 문제의 변화는 2017년 5월 태양 근접 통과 이후 관측됐다. 당시 닐 게렐스 스위프트 천문대 자료에 따르면 41P 혜성의 자전 주기는 불과 몇 주 사이에 약 3배 가까이 길어지며 급격히 느려졌다. 이는 일반적인 혜성에서 드물게 보고되는 수준의 변화다. 그런데 같은 해 12월 허블 관측에서는 전혀 다른 결과가 나타났다. 자전 주기가 약 14시간 수준으로 다시 짧아지며, 이전에 측정된 46~60시간보다 훨씬 빠르게 회전하는 모습이 포착된 것이다. 1일 학계에 따르면 미국 캘리포니아대 로스앤젤레스 캠퍼스(UCLA)의 데이비드 주윗과 동료들은 이 극적인 변화의 원인으로 ‘자전 방향의 반전’을 제시했다. 회전이 거의 멈출 정도로 감속된 뒤, 표면에서 분출되는 가스 제트의 토크에 의해 반대 방향으로 다시 가속됐다는 설명이다. 일반적으로 혜성은 태양에 가까워지면 얼음이 승화하면서 가스와 먼지가 분출되는데, 이때 분출하는 제트는 일종의 엔진 역할을 해서 혜성의 속도와 자전 방향에 영향을 미칠 수 있다. 연구팀에 따르면 41P 혜성의 핵 직경은 약 1㎞ 수준으로, 혜성 가운데서도 작은 편에 속한다. 이렇게 작은 혜성에서는 분출하는 제트가 회전 속도뿐 아니라 자전 방향까지 바꿀 수 있을 정도로 큰 영향을 미친다. 제트가 한쪽 방향으로 계속 분출했다면 자전 방향이 반대로 바뀌는 일도 가능하다. 하지만 이런 활동은 혜성의 수명을 단축시키는 요인이기도 하다. 실제로 41P 혜성은 2001년 근일점 통과 당시 매우 활발한 활동을 보였지만, 2017년에는 가스 방출량이 약 10분의 1 수준으로 감소한 것으로 나타났다. 이는 표면의 휘발성 물질이 고갈됐거나, 먼지층이 형성돼 내부 얼음을 덮으면서 활동이 억제됐을 가능성을 시사한다. 연구팀이 측정한 토크와 질량 손실률을 바탕으로 한 모델링 결과도 이러한 해석을 뒷받침한다. 지속적인 회전 변화는 결국 구조적 불안정을 초래할 수 있으며, 회전 속도가 일정 수준을 넘어서면 원심력이 자체 중력과 물질 강도를 극복해 혜성이 파편화되거나 붕괴될 수 있다. 연구팀은 41P 혜성이 과거 약 1500년 동안 현재와 같은 궤도를 유지해왔지만, 앞으로는 비교적 가까운 미래에 붕괴 단계에 들어갈 가능성이 있다고 보고 있다. 실제로 태양계에서는 이처럼 분해되거나 사라지는 혜성이 드물지 않다. 따라서 41P 혜성은 앞으로 흥미로운 관측 목표가 될 것으로 보인다. 41P 혜성의 최후는 혜성의 생애와 진화 과정을 이해하는 데 많은 정보를 제공할 것으로 기대된다.

태양계와 지구는 약 46억년 전, 태양 주변을 둘러싸고 있던 가스와 먼지가 뭉치며 형성된 것으로 알려져 있다. 이러한 이론은 지금까지 다양한 관측을 통해 꾸준히 뒷받침돼 왔다. 다만 생성 중인 행성은 너무 어두운 데다 보통 가스 성운 안에 숨어 있어 과학자들은 주로 간접적인 증거를 통해 그 존재를 추정했다. 생성 중인 외계 행성을 직접 망원경으로 포착하는 것은 과학자들의 오랜 과제로 PDS 70 정도가 극소수 성공 사례로 기록돼 있다. 이런 상황에서 아일랜드 골웨이 대학교 박사 과정 연구자인 클로이 로러를 포함한 국제 연구팀은 생성 중인 거대 가스 행성을 새로 포착하는 데 성공했다. 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)가 운영하는 거대망원경 VLT에 적용된 최신 기술을 활용해 WISPIT 2 원시 행성계를 관측했다. 연구팀은 VLT에 장착된 고대비 이미징 장비 SPHERE를 통해 해당 원반의 구조를 촬영했으며, 이어 간섭계 시스템인 VLTI에 탑재된 GRAVITY+ 장비를 활용해 관측 대상을 정밀 분석했다. 이 과정을 통해 해당 천체가 단순한 원반 구조가 아니라 실제로 형성 중인 행성이라는 점을 분광학적으로 확인했다. 이 행성계에서 처음 발견된 WISPIT 2b는 2025년에 보고된 신생 행성으로, 질량은 목성의 약 5배에 달하며 중심별로부터 지구-태양 거리의 약 60배에 해당하는 매우 먼 궤도를 돌고 있다. 이번에 새롭게 확인된 WISPIT 2c는 이보다 중심별에 약 4배 더 가까운 위치에 있으며, 질량은 오히려 2배 더 큰 것으로 분석됐다. (사진) 이처럼 상대적으로 질량이 큰 행성이라 하더라도, 중심별에서 멀리 떨어진 경우 직접 관측은 쉽지 않다. 지름 8m급 주경을 갖춘 VLT 단일 망원경으로도 한계가 있기 때문에, 여러 망원경을 결합해 하나의 큰 망원경처럼 활용하는 간섭계 기술이 필수적이다. 특히 이번 연구에서는 성능이 향상된 GRAVITY+ 장비가 핵심적인 역할을 수행했다. 이번 관측의 의의는 단순한 행성 발견을 넘어, 실제로 형성 과정에 있는 행성을 직접 확인하고 그 물리적 특성을 분석했다는 데 있다. 이는 행성, 특히 거대 가스 형성 이론을 검증하는 데 중요한 단서를 제공한다. 또 연구팀에 따르면 두 행성이 위치한 영역 바깥쪽 원반에서도 추가적인 틈 구조가 확인됐는데, 이는 또 다른 행성의 존재 가능성을 암시한다. 해당 틈의 규모를 감안하면 여기에는 토성 정도 크기의 행성이 숨어 있을 가능성이 있다는 게 연구팀의 추정이다. 다만 현재 인류가 가진 어떤 망원경으로도 이를 직접 관측하기는 어렵다. 하지만 연구팀은 현재 건설이 진행 중인 유럽초대형망원경(E-ELT)이 완공될 경우, 이러한 더 작은 행성까지 직접 관측할 수 있을 것으로 보고 있다. 유럽초대형망원경의 주경 지름은 39.30m에 달해 간섭계 기술 없이도 더 희미한 외계 행성을 포착할 수 있다. 이번 연구 결과는 목성이나 토성 같은 가스 행성이 실제로 어떻게 태어나고 성장하는지에 대한 이해를 한 단계 끌어올리는 성과로 평가된다. 이 연구는 천체물리학 저널 레터스 최신호에 게재됐다.

우리에게 익숙한 소행성은 표면에 수많은 크레이터가 있는, 작은 달 같은 모습이다. 따라서 2019년 나사(NASA·미 항공우주국)의 뉴허라이즌스 호가 태양계에서 가장 먼 소행성인 486958 아로코스(Arrokoth, 이전 명칭: 2014 MU69)의 모습을 전송해 왔을 때 많은 사람들이 놀라지 않을 수 없었다. 아로코스는 일반적으로 상상하는 소행성의 이미지와 달리 두 개의 구형 얼음 천체가 붙어 있는 ‘눈사람’ 모양이기 때문이다. 과학자들은 아로코스가 단순히 겉보기만 그런 것이 아니라, 실제로 두 개의 소행성이 접촉해 형성된 접촉 쌍성계(contact binary)라는 사실을 알아냈다. 2020년 나사의 뉴허라이즌스 팀은 두 개의 소행성이 시속 15km의 느린 속도로 가까이 붙어 접촉 쌍성계를 형성한 결과로 분석했다. 하지만 다른 과학자들은 여기에 의문을 품고 새로운 가설을 제시했다. 8일 학계에 따르면 미시간 주립대 대학원생인 잭슨 반스가 이끄는 미국 미시간 주립대학교 연구팀은 새로운 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 일어나기 힘든 소행성 충돌보다 ‘중력 붕괴’(gravitational collapse) 과정이 눈사람 형태를 자연스럽게 만들어낼 수 있음을 입증했다. 이 연구는 왕립 천문학회 월간회보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 발표됐다. 아로코스 같은 눈사람 모양의 소행성은 태양계 외곽에 있는 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)에 생각보다 흔해 전체 소행성의 약 10%를 차지하는 것으로 추정된다. 그러나 왜 흔한지는 오랫동안 과학자들 사이에서 논란이 되어 왔다. 간단히 접촉에 의해 생성되기엔 소행성 간의 거리가 매우 멀기 때문이다. 카이퍼 벨트는 화성과 목성 사이의 소행성대와 달리, 천체들이 수백만 km 이상 떨어져 있어 충돌 확률이 극히 낮다. 따라서 충돌설로는 이렇게 접촉 쌍성계가 흔한 이유를 설명할 수 없다. 연구팀은 보다 현실적인 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 태양계 초기에 어떻게 카이퍼 벨트 소행성들이 형성되는지 분석했다. 이전의 컴퓨터 모델들은 충돌하는 천체를 흐르는 덩어리로 취급해, 두 개의 덩어리로 된 독특한 눈사람 형태를 구현할 수 없었지만, 미시간 주립대의 사이버 연구소(ICER)의 고성능 컴퓨팅 클러스터와 새로운 모델 덕분에 이번 연구에서는 천체들이 자기 강도를 유지하면서 서로 부딪히고 접촉하는 현실적인 환경을 시뮬레이션 하는데 성공했다. 연구팀은 태양계 초기 원시행성계 원반(protoplanetary disk)의 먼지 입자들이 점차 뭉쳐져 소행성 크기의 원시 미행성(planetesimal)이 형성되는 과정부터 시뮬레이션 했다. 그리고 이 과정에서 성운이 회전하면서 물질이 안쪽으로 빨려 들어가면, 일부 미행성들이 찢어져 서로 공전하는 두 개의 미행성이 생성될 수 있다는 점을 확인했다. 이 시뮬레이션에서 두 천체는 나선형 궤도를 따라 안쪽으로 이동해 서로 부드럽게 접촉하고 융합하여 최종적으로 눈사람 형태의 접촉 쌍성계를 만들었다. 연구를 주도한 미시간 주립대의 셋 제이컵슨 교수는 “접촉 쌍성계가 전체 소행성의 10%를 차지한다면, 그 형성 과정은 희귀한 일이 될 수 없다”며, “중력 붕괴는 우리가 관측한 것과 잘 맞는 설명”이라고 강조했다. 하지만 반대로 카이퍼 벨트 소행성의 충돌 확률이 낮기 때문에 일단 형성된 접촉 쌍성계는 다른 소행성 충돌로 분리되지 않고, 오랜 시간 동안 안정적으로 존재할 수 있다. 실제로 아로코스 표면에는 크레이터나 충돌 흔적이 거의 없는데, 이는 오랜 시간 동안 충돌 없이 안정적으로 유지됐다는 증거다. 연구팀은 이 모델이 3개 이상의 천체로 구성된 다중성계(triple or higher-order binaries)의 형성 메커니즘을 이해하는 데도 도움이 될 것으로 보고 있다. 현재 연구팀은 더 정밀한 중력 붕괴 모델을 개발 중이며, 향후 NASA의 탐사 임무를 통해 카이퍼 벨트의 더 많은 ‘눈사람’ 소행성이 발견될 것으로 기대하고 있다.

환상적인 빛으로 지구 위를 나풀거리는 오로라 모습이 국제우주정거장(ISS)에서 포착됐다. 지난 11일(현지시간) 일본 우주항공연구개발기구(JAXA) 소속으로 ISS에 머물고 있는 우주비행사 키미야 유이는 지구를 감싸며 다채롭게 빛나는 오로라 영상을 자신의 소셜미디어 ‘엑스’에 공개했다. 약 34초의 짧은 영상을 보면 크게 초록빛과 붉은빛이 지구 위를 수놓은 것이 확인되는데, 기존 촬영된 다른 오로라 영상보다 환상적이다. 여기에 도시에서 뿜어내는 인공 빛도 그 배경으로 깔려 묘한 대비를 이룬다. 이에 대해 키미야는 “업무 중 잠시 쉬는 시간에 계속 촬영하고 있다. 태양이 최선을 다해줘 아름다운 오로라를 담아낼 수 있었다”면서 “무엇보다 이 영상을 보고 기뻐하는 사람들을 상상하니 절로 웃음이 난다”고 밝혔다. 이처럼 우주에서도 관측이 가능한 오로라는 태양 표면 폭발로 우주공간으로부터 날아온 전기 입자가 지구자기(地球磁氣) 변화로 고도 100∼500㎞ 상공에서 대기 중 산소 분자와 충돌해서 생기는 방전현상이다. 오로라는 ‘새벽’이라는 뜻의 라틴어 ‘아우로라’에서 유래했다. 오로라는 북반구와 남반구 고위도 지방에서 주로 목격돼 극광(極光)이라 불리며 목성, 토성 등에서도 비슷한 현상이 나타난다. 한편 키미야는 지난해 8월 크루-11 미션의 일원으로 ISS에 탑승했으며 애초 2월 말까지 임무가 계획됐었다. 그러나 우주비행사 한 명의 건강상 문제로 인해 역사상 처음으로 일찍 지구로 귀환하게 됐다. 키미야를 포함해 미 항공우주국(NASA) 소속 제나 카드먼, 마이크 핀케 그리고 러시아 우주비행사 올렉 플라토노프 4명은 미국 동부 시간 기준 14일 도킹을 해제한 뒤 15일 오전 3시 40분경 미국 캘리포니아 해안에 착수할 예정이다.

지금까지 발견된 외계 행성은 5000개가 넘는다. 대부분 태양 같은 항성(별) 주위를 도는 행성들로, 별 없이 도는 ‘나 홀로 행성’은 스스로 빛을 내지 않아 발견하기가 매우 어렵다. 발견하더라도 떠돌이 행성이 지구에서 얼마나 떨어져 있고, 얼마나 무거운지 정확히 알 수 없었다. 이런 상황에서 중국, 한국, 폴란드, 이스라엘, 영국, 스위스, 스웨덴, 독일, 미국, 뉴질랜드 10개국 과학자들이 모인 국제 공동 연구팀이 지상과 우주에서 동시 관측을 통해 최근 발견한 떠돌이 행성의 질량과 지구로부터 거리를 측정하는 데 성공했다고 4일 밝혔다. 이번 연구에는 중국 베이징대, 베이징 국립 천문 관측소, 저장대 고등 물리학 연구소, 천문학 연구소, 칭화대, 서호대, 한국 천문연구원, 충북대, 과학기술연합대학원대학교(UST), 폴란드 바르샤바대, 이스라엘 바이츠만 과학 연구소, 영국 케임브리지대, 워윅대, 빌라노바대, 스위스 제네바대, 스웨덴 룬드대, 독일 막스 플랑크 천문학 연구소, 미국 오하이오 주립대, 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터, 뉴질랜드 캔터베리대 소속 물리학자, 천문학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 1월 1일 자에 실렸다. 행성은 보통 하나 이상의 별 주변을 돌고 있지만, 일부 행성은 은하계를 홀로 떠도는 것으로 알려졌다. 떠돌이 행성이나 나 홀로 행성이라고 불리는 이 천체들은 주변에 별을 발견할 수 없다. 스스로 빛을 거의 내지 않아 미세중력렌즈라는 효과를 통해서만 발견할 수 있다. 일반 상대성 이론에 근거한 현상인 미세중력렌즈는 관측자와 멀리 떨어진 별 사이로 행성 같은 천체가 지나갈 때, 천체의 중력이 렌즈 역할을 해 뒤쪽 별의 빛을 휘게 하고 일시적으로 밝게 증폭시키는 현상이다. 문제는 미세중력렌즈 현상은 행성까지 거리를 명확히 파악하기 어렵고, 질량도 측정이 쉽지 않다는 점이다. 이에 연구팀은 짧은 찰나의 순간에 나타나는 미세중력렌즈 현상을 통해 새로운 떠돌이 행성을 발견했다. 그러나 이들은 이전 발견들과는 달리 여러 지상 관측소와 가이아 우주망원경을 활용해 지구와 우주에서 떠돌이 행성을 동시에 관측함으로써 거리와 질량을 밝혀냈다. 연구팀은 서로 멀리 떨어진 두 관측 지점에 빛이 도달하는 시간의 아주 미세한 차이를 통해 ‘미세중력렌즈 시차’를 측정했다. 이들은 이를 ‘유한 광원 점 렌즈 모델링’과 결합하여 행성의 질량과 위치를 밝혀냈다. 유한 광원 점 렌즈 모델링은 배경에 있는 별이 단순한 점이 아니라 크기를 가진 면적체라고 가정하고, 렌즈 역할을 하는 천체를 점으로 간주하여 분석하는 수학적 방식으로 렌즈 전체의 질량 등을 정밀하게 산출한다. 이번에 발견된 떠돌이 행성은 목성 질량의 약 22% 수준이며, 우리 은하 중심부에서 약 3000파섹 떨어진 곳에 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 이 행성의 질량이 토성과 비슷하기 때문에 작은 별이나 갈색 왜성처럼 홀로 생성된 것이 아니라 어느 행성계 내부에서 형성되었을 가능성이 높은 것으로 추정한다. 질량이 작은 나 홀로 행성들은 별 주변에서 태어났으나, 인접한 행성과의 상호작용이나 불안정한 동반성의 영향과 같은 중력적 격변을 겪으며 궤도 밖으로 쫓겨났을 것이라고 연구팀은 보고 있다. 2026년 새해 처음 발표된 사이언스 논문에 대해 가빈 콜먼 영국 런던 퀸 메리대 물리·화학부 교수는 “이번 연구 결과는 행성들이 어떤 다양하고 역동적인 경로를 통해 성간 공간에서 움직이는지에 대한 통찰을 보여준다”고 평했다. 콜먼 교수는 “현재까지 발견된 떠돌이 행성은 불과 몇 개에 불과하지만, 2027년 발사 예정인 미국 항공우주국(NASA)의 낸시 그레이스 로먼 우주 망원경 프로젝트로 탐지 사례가 급증할 것”이라고 덧붙였다. 낸시 그레이스 로먼 우주 망원경은 ‘미세중력렌즈’를 활용하며 허블 우주 망원경보다 100배 넓은 시야를 갖고 은하계에 숨어 있는 수천 개의 떠돌이 행성을 찾아낼 것으로 기대된다.

사람은 영아기에 급속히 성장하고 다시 청소년기가 되면 신장과 체중의 빠른 성장이 나타나는 ‘성장 급등’ 현상이 나타난다. 이를 통해 성인에 가까운 신체 발달이 이뤄지는 것이다. 우주 천체도 비슷한 과정을 거치는 것으로 알려져 있다. 이런 가운데 이탈리아, 영국, 미국, 독일, 포르투갈, 아일랜드 6개국 공동 연구팀은 지구로부터 약 620광년 떨어진 곳에서 약 60억t의 우주 가스와 먼지를 빨아들이며 비정상적 성장 급등 현상을 보이는 어린 떠돌이 행성을 발견했다고 8일 밝혔다. 이 연구에는 이탈리아 팔레르모천문대 국립천체물리학연구소(INAF), 볼로냐대 물리·천문학과, 영국 세인트 앤드루스대 물리·천문학부, 런던대(UCL) 우주과학연구실, 미국 존스홉킨스대 물리·천문학과, 유럽남방천문대(ESO), 포르투갈 리스본대 천문·우주과학연구소, 아일랜드 더블린 고등과학연구소 우주물리학부, 더블린대(UCD) 물리학과 연구자들이 참여했다. 이 연구 결과는 천문학과 물리학 분야 국제 학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’ 10월 2일 자에 실렸다. ‘성간 행성’으로도 불리는 떠돌이 행성(Rogue planet)은 행성과 비슷한 질량을 갖고 있지만, 항성(별)이나 갈색 왜성의 중력에 묶여 있지 않아 우주 공간을 독립적으로 움직이는 행성급 천체다. 우주 공간을 독립적으로 움직인다고는 하지만, 은하 중심에서 홀로 공전한다고 보는 연구도 있다. 연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 칠레 아타카마 사막에 있는 ESO의 초거대망원경(VLT)으로 갓 생성된 떠돌이 행성이 얼마나 빠르게 물질을 강착하는지 관측했다. 강착이란 천체물리학에서 중력적이거나 정전기적인 원인으로 우주 원반의 물질이 특정 물체에 나선형으로 떨어지며 모여드는 현상이다. 실제로 항성이나 행성은 강착 과정을 통해 성장한다. 연구팀은 남반구에서만 관측되는 작은 별자리로 지구에서 약 400~700광년 떨어져 있는 카멜레온자리의 떠돌이 행성 ‘Cha 1107-7626’을 살펴봤다. Cha 1107-7626은 지구에서 약 620광년 떨어져 있는 신생 행성으로 목성보다 5~10배 무거운 것으로 알려졌다. 지난 8월 관측했을 때는 행성 성장 속도가 초당 60억t으로 치솟았는데 이는 몇 달 전에 비해 약 8배 증가한 수치였다. 연구팀에 따르면 Cha 1107-7626의 성장 급등은 지금까지 관찰된 행성의 강착 현상 중 가장 강력했다. 또 젊은 별들에서처럼 행성 자기장이 물질을 끌어들이는 데 중요한 역할을 한다는 사실도 이번에 발견됐다. JWST의 관측 데이터에 따르면 행성의 화학적 구성도 성장 과정에서 변한 것으로 나타났다. 행성이 막 형성됐을 때는 관찰되지 않았지만, 성장 급등기에는 수증기가 관측됐다. 이번 관측은 자기 활동을 통해 엄청난 물질이 행성으로 유입될 수 있다는 점을 보여 줌으로써 행성도 항성과 비슷한 형태로 성장할 수 있다는 사실을 알게 했다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 레이 자야와르다나 존스홉킨스대 물리·천문학과장은 “이번 관측 결과는 별 주위를 공전하지 않는 떠돌이 행성이 초기 단계에 어떻게 행동하고 성장하는지 알 수 있게 해 준다”며 “떠돌이 행성의 생성 초기는 우리가 인식했던 것보다 훨씬 더 격동적으로 보인다”고 말했다.

추석 황금연휴를 맞아 부산에서 부산 전역에서 온 가족이 즐길 수 있는 다양한 야간 관광 행사가 열린다. 3일 부산관광공사에 따르면 연휴 기간 부산 대표 야간 관광 축제인 ‘별바다 부산 나이트 페스타’가 진행된다. 이 행사의 하나로 북구 화명생태공원 연꽃단지에서 오는 19일까지 매주 목~일요일 나이트 마켓이 진행된다. 이곳에서는 낙동강 하구 인근 야외 공원이 거대한 주막으로 변신해 방문자들을 반긴다. 행사장에서는 ‘밤마실 주막’ 평상에 앉아 낙동강의 일몰을 바라보며 기장 다시마 막걸리 등 전국의 전통주 30종을 맛볼 수 있다. 가족과 함께 전과 김치전 등 만들어 먹고 송편 빚기, 막걸리 만들기 등 체험도 할 수 있다. 중구 용두산공원에서도 다채로운 행사가 진행된다. 용두산공원 부산타워 앞 광장에선 공포 체험행사인 ‘용두산 빌리지’가 추석 당일(6일)을 제외하고 연휴 기간 내내 운영된다. 이곳에서는 실제 배우가 귀신 분장을 하고 등장하는 귀신의 집을 체험할 수 있다. 지난 8월 개장 이후 매주 금~일요일만 운영했지만, 가족단위부터 젊은 세대까지도 호평하면서 방문객을 끌어모으고 있다. 4일에는 부산타워 앞 광장에서 도심 속 별빛 관측 행사가 열린다. 반사·굴절망원경으로 달, 목성, 토성 등을 직접 관측하고 천문 지도자의 별자리 해설도 들을 수 있다. 부산 광안리해수욕장에서는 4일 오후 8시 ‘광안리 M 드론라이트쇼’가 최대 규모로 열린다. 형형색색 빛을 내는 드론 2500대가 광안리 상공을 비행하며 강강술래 등 한국 전통을 표현하는 공연이 진행된다. 오는 11일에는 부산에서 열리는 전국체육대회를 기념해 부산시 캐릭터 부기가 성화를 든 모습이 그려진다.

점점 꼬리가 길어지는 3I/ATLAS(3I/아틀라스)오는 12월 지구에 2억 7000만㎞까지 접근 역사상 세 번째로 다른 별에서 온 천체가 점점 정체를 드러내고 있다. 최근 과학 매체 라이브사이언스 등 외신은 인터스텔라(interstellar·성간) 천체인 ‘3I/ATLAS’(3I/아틀라스)의 꼬리가 점점 자라고 있는 모습이 망원경에 포착됐다고 보도했다. 실제 지난달 27일 칠레 안데스산맥에 있는 제미니 사우스 망원경으로 촬영한 사진을 보면, 3I/아틀라스의 꼬리 모습이 명확하게 드러난다. 또한 3I/아틀라스의 본체인 핵(Nucleus)​과 그 주위를 둘러싼 먼지와 가스인 코마(coma)도 더욱 뚜렷하게 보이는데, 이는 태양에 가까워지면서 얼음과 먼지가 가열되기 때문이다. 3I/아틀라스가 혜성인 과학적 증거 이는 3I/아틀라스가 혜성이라는 증거로 태양에 가깝게 접근하면 할수록 지금보다 더 커지고 화려해질 전망이다. 일반적으로 혜성은 얼음과 먼지로 이루어져 있어 태양에 가깝게 접근하면 내부 성분이 녹으면서 녹색빛 등의 아름다운 꼬리를 남긴다. 사진을 분석한 미국 하와이 대학 천문학연구소 캐런 미치 박사는 “3I/아틀라스의 색깔은 코마 내 먼지 입자의 구성과 크기에 대한 단서를 제공한다”면서 “스펙트럼을 통해 처음으로 화학적 성분을 엿볼 수 있다”고 설명했다. 이어 “이 사진은 과학적 이정표이자 경이로움의 원천”이라면서 “우리 태양계가 광활하고 역동적인 은하계의 일부일 뿐이며 3I/아틀라스와 같은 찰나의 방문객이라도 오래도록 기억에 남는 영향을 보여준다”고 밝혔다. 앞서 3I/아틀라스는 6월 25~29일 칠레에 있는 ‘소행성 지구 충돌 최종 경보 시스템’(ATLAS) 망원경 관측을 통해 처음으로 존재가 확인됐다. 크기는 약 11㎞ 정도로, 현재 목성과 화성 사이 소행성대 너머에서 우리 쪽으로 빠른 속도로 접근하고 있다. 아직 3I/아틀라스의 정확한 기원은 밝혀지지 않았으나 현재까지 연구 결과로는 태양계보다 훨씬 오래됐을 가능성이 높다. 또한 제임스 웹 우주망원경의 관측 결과 3I/아틀라스가 일반적인 다른 혜성들과 비교해 물과 이산화탄소 함량이 비정상적으로 높다는 것이 확인됐다. 전문가들이 3I/아틀라스를 성간 천체로 보는 이유는 태양계를 가로지르는 기묘한 경로와 엄청난 속도 때문이다. 실제로 3I/아틀라스는 시속 21만㎞로 비행 중인데, 이는 태양의 중력에서 탈출하는 데 필요한 것보다 더 빠른 속도다. 3I/아틀라스는 오는 10월 23일 태양과 가장 가까운 근일점에 도달하며, 12월경 지구와는 2억 7000만㎞, 화성과는 3000만㎞ 내로 접근할 예정이다. 역대 발견된 성간 천체는 오무아무아와 보리소프 한편 지금까지 천문학계에서 확인된 ‘성간 방문객’은 단 2개뿐인데 2017년 마치 시가처럼 길쭉하게 생긴 특이한 외형의 ‘오무아무아’(Oumuamua)가 처음으로 발견됐다. 하와이말로 ‘제일 먼저 온 메신저’를 뜻하는 오무아무아는 길이가 400m 정도의 천체로 일각에서는 외계 탐사선을 가능성이 있다고 주장하며 화제를 모았다. 오무아무아의 정식 명칭은 ‘1I/2017 U1’로, 이름에 붙은 ‘1I’의 의미도 첫 번째 인터스텔라라는 뜻이다. 두 번째 방문객은 2019년 태양계를 지나간 ‘2I/보리소프’(2I/Borisov)로 혜성인 것으로 알려졌다.

역사상 세 번째로 다른 별에서 온 천체가 점점 정체를 드러내고 있다. 최근 과학 매체 라이브사이언스 등 외신은 인터스텔라(interstellar·성간) 천체인 ‘3I/ATLAS’(3I/아틀라스)의 꼬리가 점점 자라고 있는 모습이 망원경에 포착됐다고 보도했다. 실제 지난달 27일 칠레 안데스산맥에 있는 제미니 사우스 망원경으로 촬영한 사진을 보면, 3I/아틀라스의 꼬리 모습이 명확하게 드러난다. 또한 3I/아틀라스의 본체인 핵(Nucleus)​과 그 주위를 둘러싼 먼지와 가스인 코마(coma)도 더욱 뚜렷하게 보이는데, 이는 태양에 가까워지면서 얼음과 먼지가 가열되기 때문이다. 3I/아틀라스가 혜성인 과학적 증거 이는 3I/아틀라스가 혜성이라는 증거로 태양에 가깝게 접근하면 할수록 지금보다 더 커지고 화려해질 전망이다. 일반적으로 혜성은 얼음과 먼지로 이루어져 있어 태양에 가깝게 접근하면 내부 성분이 녹으면서 녹색빛 등의 아름다운 꼬리를 남긴다. 사진을 분석한 미국 하와이 대학 천문학연구소 캐런 미치 박사는 “3I/아틀라스의 색깔은 코마 내 먼지 입자의 구성과 크기에 대한 단서를 제공한다”면서 “스펙트럼을 통해 처음으로 화학적 성분을 엿볼 수 있다”고 설명했다. 이어 “이 사진은 과학적 이정표이자 경이로움의 원천”이라면서 “우리 태양계가 광활하고 역동적인 은하계의 일부일 뿐이며 3I/아틀라스와 같은 찰나의 방문객이라도 오래도록 기억에 남는 영향을 보여준다”고 밝혔다. 앞서 3I/아틀라스는 6월 25~29일 칠레에 있는 ‘소행성 지구 충돌 최종 경보 시스템’(ATLAS) 망원경 관측을 통해 처음으로 존재가 확인됐다. 크기는 약 11㎞ 정도로, 현재 목성과 화성 사이 소행성대 너머에서 우리 쪽으로 빠른 속도로 접근하고 있다. 아직 3I/아틀라스의 정확한 기원은 밝혀지지 않았으나 현재까지 연구 결과로는 태양계보다 훨씬 오래됐을 가능성이 높다. 또한 제임스 웹 우주망원경의 관측 결과 3I/아틀라스가 일반적인 다른 혜성들과 비교해 물과 이산화탄소 함량이 비정상적으로 높다는 것이 확인됐다. 전문가들이 3I/아틀라스를 성간 천체로 보는 이유는 태양계를 가로지르는 기묘한 경로와 엄청난 속도 때문이다. 실제로 3I/아틀라스는 시속 21만㎞로 비행 중인데, 이는 태양의 중력에서 탈출하는 데 필요한 것보다 더 빠른 속도다. 3I/아틀라스는 오는 10월 23일 태양과 가장 가까운 근일점에 도달하며, 12월경 지구와는 2억 7000만㎞, 화성과는 3000만㎞ 내로 접근할 예정이다. 역대 발견된 성간 천체는 오무아무아와 보리소프 한편 지금까지 천문학계에서 확인된 ‘성간 방문객’은 단 2개뿐인데 2017년 마치 시가처럼 길쭉하게 생긴 특이한 외형의 ‘오무아무아’(Oumuamua)가 처음으로 발견됐다. 하와이말로 ‘제일 먼저 온 메신저’를 뜻하는 오무아무아는 길이가 400m 정도의 천체로 일각에서는 외계 탐사선을 가능성이 있다고 주장하며 화제를 모았다. 오무아무아의 정식 명칭은 ‘1I/2017 U1’로, 이름에 붙은 ‘1I’의 의미도 첫 번째 인터스텔라라는 뜻이다. 두 번째 방문객은 2019년 태양계를 지나간 ‘2I/보리소프’(2I/Borisov)로 혜성인 것으로 알려졌다.

미 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 천문학의 역사를 새롭게 쓰고 있다. 우주 초기의 모습을 밝히고 외계 행성의 비밀을 풀어내는 등 강력한 성능으로 수많은 관측 성과를 내고 있다. 하지만 제임스 웹으로도 해결하기 어려운 난제가 하나 남아 있다. 바로 지구와 비슷한 크기의 외계 행성, 즉 지구형 행성을 직접 관측하는 일이다. 지구형 행성은 목성형 가스 행성보다 훨씬 작을 뿐 아니라, 일부는 모항성(parent star)과 매우 가까이 있어 강한 별빛에 가려 관측이 매우 어렵다. 과학자들은 지구형 외계 행성을 직접 관측해 대기 스펙트럼을 분석하고, 이를 통해 광합성 생명체의 존재를 증명하려 하지만, 이는 제임스 웹으로도 쉽지 않은 과제다. 예산의 제약과 새로운 해법 차세대 우주 망원경의 필요성은 꾸준히 제기되어 왔지만, 가장 큰 걸림돌은 막대한 비용이다. 제임스 웹 우주 망원경은 100억 달러(약 14조원)에 달하는 천문학적인 비용이 투입됐다. 이보다 더 큰 망원경은 비용 부담이 더욱 커진다. NASA는 예산 문제로 인해 새로운 사업을 추진하기 어려운 상황이므로, 과학자들은 더 저렴하고 효율적인 대안을 찾고 있다. 미국 런셀러 폴리테크닉 대학의 헤이디 뉴버그(Heidi Newberg) 교수 연구팀은 바로 이 문제에 대한 기발한 해답을 내놓았다. 이들은 망원경의 거울이 반드시 원형이어야 한다는 고정관념을 깼다. 연구팀이 제안한 디자인은 길이 20m, 폭 1m의 막대기형 거울을 가진 우주 망원경이다. 막대 거울 망원경의 원리와 장점 이처럼 독특한 디자인에는 명확한 과학적 이유가 있다. 강한 별빛과 미세한 행성의 빛을 분리하기 위해서는 지름 20m급의 초대형 망원경이 필요하다. 하지만 이를 통째로 우주로 발사하기엔 비용과 기술적 어려움이 너무 크다. 따라서 연구팀은 빛을 분리하는 데 필요한 핵심적인 ‘길이’만 확보하고, 전체적인 원형 면적은 포기하는 전략을 택했다. 이 막대 거울 망원경은 제임스 웹만큼 선명한 이미지를 얻기는 어렵다. 하지만 행성의 빛을 분리하는 데는 충분한 성능을 발휘하여, 30광년 이내에 있는 지구형 행성의 대기 스펙트럼을 분석할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 생명체의 존재 가능성을 탐색하는 중요한 단계가 될 것이다. 이러한 혁신적인 아이디어는 아직 검증되지 않은 새로운 개념이며, 다양한 목적으로 사용하기 어렵다는 비판도 존재한다. 하지만 예산 제약이라는 현실적인 문제에 직면한 과학자들이 창의성을 발휘하여 우주 탐사의 새로운 길을 열어가는 흥미로운 시도임에는 틀림없다. 과연 이 막대 거울 망원경이 ‘제2의 지구’를 찾는 데 성공할지, 앞으로의 연구 결과가 주목된다.