6년 반 정도를 주기로 태양을 도는 ‘혜성 67P/추류모프-게라시멘코’(이하 혜성 67P)가 관측 사상 최고로 지구를 근접해 지나쳐 간 것으로 확인됐다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 미국 동부 표준시(EST) 기준 지난 12일 오후 7시 50분(한국시간 13일 오전 9시 50분), 혜성 60P는 지구에서 6277만㎞ 떨어진 우주 상공을 지나갔다. 이는 지구와 달 거리의 약 160배 정도 거리로, 1969년 혜성의 존재가 처음 확인된 이후 지구와 가장 가깝게 접근했다. 혜성 67P는 지난 3일 태양 주변을 도는 천체가 태양과 가장 가까워지는 지점인 근일점을 통과했다. 당시 혜성과 태양의 거리는 약 1억 8100㎞였다.유럽우주국 측은 “혜성 67P가 관측 역사상 지구와 가장 가까운 거리를 지나간 뒤 점점 멀어지고 있다. 67P가 다시 지구에 가장 근접하는 시기는 2214년이 될 것”이라면서 “67P가 지구와 가장 가까워지는 시점에는 망원경을 이용해 직접 관찰할 수 있었다”고 설명했다. 장난감 오리를 닮았다 해서 '오리 혜성'이라고도 부르는 67P는 천문학계에서 가장 중요한 혜성 중 하나로 꼽힌다. 2014년 유럽우주국의 로제타 탐사선이 10년을 비행한 끝에 67P에 접근하는데 성공, 그해 11월에 탐사로봇 필레를 혜성 표면에 내려 보냈다. 이후 25개월간 궤도를 돌며 혜성 표면의 상세한 모습을 관측하고 11만 6000여 장의 사진과 데이터를 지구로 전송했다. 로제타는 혜성 대기에서 아미노산 성분을 발견했는데 이는 혜성이 지구와 충돌하면서 생명체가 생겨날 수 있는 아미노산을 전했다는 ‘생명체 혜성 기원설'을 뒷받침하기도 했다.약 6.45년을 주기로 태양을 도는 혜성 67P는 태양 주변에서 카멜레온처럼 색깔이 변한다는 사실도 확인됐다. 태양에 가까이 다가설수록 원래의 붉은색이 옅어지며 푸른색을 띠다가 태양 근일점을 돌아 심우주로 빠져나갈 때는 다시 붉은색을 보인다. 탐사로봇 필레가 착륙하는 과정을 분석한 천문학자들은 혜성 표면 물질이 카푸치노 거품보다도 부드러울 정도로 무르다는 연구결과를 내놓기도 했다. 당시 이를 분석한 로런스 오로크 ESA 유럽우주천문센터 연구원은 “필레의 움직임 덕분에 우리는 혜성의 내부를 조사하고 무엇으로 만들어졌는지 이해할 수 있게 됐다”며 “고대의 수십억 년 된 (혜성 표면의) 얼음과 먼지 혼합물이 카푸치노의 거품처럼 부드럽다는 것을 알아냈다”고 말했다. 2016년에는 혜성 67P에서 단백질의 구성물질인 아미노산이 발견됐고, 이는 혜성이 지구와 충돌하면서 생명체의 기본 물질을 뿌렸을 것이라는 가설에 더욱 무게를 실었다. 혜성 67P가 지구 생명체의 혜성 기원설을 뒷받침할 수 있는 중요한 정보를 내포하고 있는 만큼, 전문가들은 여전히 로제타가 전송한 수많은 데이터를 분석하고 있다.

2011년 동일본 대지진이 발생한 지도 10년이 넘었다. 하지만 동일본 대지진의 여파는 아직도 진행 중이다. 동일본 대지진의 여진으로 판단되는 규모 5.9 지진이 지난달 7일 도쿄 지하 80㎞에서 발생했다. 규모 7의 도쿄 도심 하부 직하지진 발생 가능성이 높은 상황 속에서 발생한 이번 지진으로 일본 정부의 긴장감도 더욱 높아졌다. 동일본 대지진과 같은 초대형 지진은 지진 유발뿐 아니라 지구 환경에도 많은 영향을 끼친다. 이런 초대형 지진은 지구의 자전에도 변화를 일으킨다. 초대형 지진이 발생하면, 섭입 지각판이 한순간에 지구 중심 방향으로 이동하며 지구 내부의 질량 분포가 바뀌기 때문이다. 이런 지구 자전의 변화는 매우 심각한 결과를 초래하기도 한다. 지구 자전 속도와 자전축의 변화로 하루 길이가 변하고, 태양으로부터 받는 복사에너지양에도 변화가 생긴다. 태양 복사에너지 변화는 기후 변화로 연결되고, 생명체에 막대한 영향을 미칠 수 있다. 천체 운동으로 인한 지구 자전 변화 효과는 초대형 지진에 의해 만들어지는 지구 자전 변화 효과보다 더욱 강력하다. 지구 자전에 영향을 끼치는 천체운동에는 지구 공전 궤도의 편심률의 변화, 지구 자전축 기울기 변화, 세차 운동이 있다. 이들은 각각 2만 3000년에서 41만년에 이르는 고유 주기를 가지고 있다. 지구의 과거 빙하기와 간빙기의 시기가 이 천체 운동 주기와 밀접한 관련이 있다. 하지만 지구상에서 관측되는 빙하기와 간빙기 시기는 이런 천체 운동으로 모두 설명되지 않는다.초기 지구의 초대륙 분리와 이동도 지구 자전에 큰 영향을 끼친 것으로 알려진다. 최근 연구에 따르면 7억 5000만년 전 초대륙 로디니아의 분리와 3억 5000만년 전 초대륙 판게아의 분리 시기가 빙하기와 일치한다. 초대륙의 분리와 충돌은 지구 내부의 맨틀 대류와 연관 지어 볼 수 있다. 맨틀 대류 방향과 위치는 시간에 따라 지속적으로 변화하고, 지표에서 나타나는 지각판의 운동도 그에 따라 지속적으로 변화한다. 지구 표면의 지각판 분포가 바뀜은 물론이다. 지각판의 충돌 결과 초대형 지진이 발생하며, 지구자전에 또다시 영향을 준다. 지구 역사 속 지구 자전축 변화 흔적은 지구 내부 곳곳에 남아 있다. 내핵에도 특별한 흔적이 있다. 고체 상태의 내핵은 철과 니켈이 주요 구성 성분이다. 내핵의 외곽 부분에선 광물의 정렬 방향이 현재의 지구자전축 방향과 거의 유사한 데 반해 내핵의 내부는 지구 자전축 방향과 다른 특징을 보인다. 이는 지구 생성 초기 지구 자전과 내핵의 운동에 많은 변화가 있었음을 짐작하게 한다. 현재 지구는 과거 수많은 일들의 원인과 결과가 사슬처럼 연결된 결과물이다. 지구는 거대한 시스템으로 모든 부분이 유기적으로 연결돼 있고 끊임없이 연동하며 변화하고 있다. 하나의 작은 변화는 시스템 내 여러 요소에 영향을 미친다. 관련이 없어 보이는 일이 원인이 돼 예기치 않은 결과가 만들어지곤 한다. 이 결과는 또 다른 일들의 원인으로 연쇄적으로 작동되기도 한다. 최근 들어 지구란 거대 시스템에 인간이 중요 변수로 더해졌다. 인간 활동으로 유발되는 온난화의 끝은 짐작하기 어렵다. 온난화로 강해진 엘니뇨와 극지역 빙하 감소, 지표 유체양의 증가 현상이 지구에 여러 영향을 미치고 있다. 다양한 학문의 세부 분야 간 유기적인 연대와 학문 간 벽을 넘은 통섭을 통한 전체 지구 시스템에 대한 이해가 절실하다.

6600만 년 전 지구를 강타한 지름 10km 급 소행성 충돌로 인해 비조류 공룡을 비롯한 수많은 중생대 생물들이 모두 멸종했다. 사실 이때 포유류를 비롯한 다른 생존자들도 큰 타격을 입었으나 소수의 생존자들이 살아남는 데 성공해 신생대의 주역이 된다. 하지만 이런 소행성이 다시 지구에 충돌하다면 인류를 포함한 모든 포유류가 멸종할 수도 있다.  다행히 이런 거대 소행성이 가까운 미래에 지구에 충돌할 가능성은 희박하다. 나사는 지구 근접 소행성에 대한 상세한 리스트를 작성해 위험도에 따라 등급을 매기고 감시하고 있는데, 적어도 지금까지는 당장 인류가 파괴시키거나 궤도를 수정해야 할 소행성은 없는 상태다.  다만 가능성을 완전히 배제할 수 없기 때문에 유럽 우주국과 나사는 우주선을 충돌시켜 소행성의 궤도를 수정하는 임무를 계획하고 있다. 올해 말 발사될 나사의 DART 우주선이 소행성에 충돌해 궤도를 살짝 수정하는 첫 임무를 수행한다. DART는 작은 우주선이지만, 빠른 속도로 충돌하면 상당한 운동에너지를 지닌다. 그리고 먼 거리에서 궤도를 살짝만 수정해도 나중에는 지구를 비켜갈 수 있을 만큼 변경이 가능하다.  하지만 이런 방법은 충분히 먼 거리에서 오는 어느 정도 큰 크기의 소행성에서만 사용할 수 있다. 러시아를 강타한 첼랴빈스크 운석처럼 지름 수십m 이내의 작은 소행성은 현재 소행성 감시망을 피할 수 있기 때문에 갑작스럽게 지구에 떨어질 가능성이 있다. 지름 50m 소행성도 지구에 충돌하면 메가톤급 핵무기와 같은 위력을 지니기 때문에 잠재적으로 엄청난 피해를 입힐 수 있다.  캘리포니아 대학의 필립 루빈 교수가 이끄는 과학자 팀은 이렇게 갑자기 나타나는 소행성을 파괴할 수 있는 지구 근접 방어 시스템을 제안했다. 연구팀이 제안한 파이 종말 단계 행성 방어 (PI-Terminal Planetary Defense) 시스템은 탄도 미사일 방어 시스템과 유사한 방식으로 대기권에 진입하는 소행성을 높은 고도에서 미사일로 파괴한다.  그런데 탄도 미사일과 달리 소행성은 적어도 수만 톤 이상의 큰 질량을 지닌 천체이기 때문에 일반적인 미사일 방어 시스템으로는 파괴할 수 없다. 핵무기가 가장 효과적인 파괴 수단이 될 수 있지만, 지구 대기권에 방사선 낙진을 만들 뿐 아니라 적대 국가의 핵 공격으로 오인하는 경우 심각한 무력 충돌이 일어날 위험성도 있다.  따라서 연구팀은 지름 10-30cm, 길이 1.8-3m 정도의 금속 관통봉 (penetrator rod) 여러 개를 확산시켜 소행성과 충돌시키는 대안을 제시했다. 금속봉 자체의 무게는 소행성보다 매우 작지만, 엄청난 속도로 충돌하기 때문에 쉽게 관통하면서 소행성을 갈라 놓는다. 대부분의 소행성은 사실 잡석 더미가 중력에 의해 느슨하게 묶인 형태이기 때문에 쉽게 파괴되어 작은 조각으로 갈라질 것으로 예상된다. 작게 조각난 소행성은 대부분 지구 대기권에서 타버린다. 일부는 지상으로 떨어질 순 있지만, 더 이상 핵무기급 파괴력은 지닐 수 없다.  파이 종말 단계 행성 방어 시스템은 아직은 개념 제안 단계다. 이런 형태의 요격 미사일을 개발하는데 막대한 비용이 들 뿐 아니라 지구 전체를 방어하기 위해서는 세계 여러 지역에 분산 배치해야 하는 문제가 있다. 그리고 레이더와 망원경을 포함해 소행성 진입을 실시간으로 모니터링하고 요격 미사일 발사를 제어할 시스템도 필요하다. 비용과 정치적 문제를 생각하면 당장 개발이 이뤄지긴 어려울 것으로 보인다.  하지만 그래도 과학자들은 소행성 방어를 위한 여러 가지 아이디어를 제시하고 활발하게 방안을 논의하고 있다. 첼랴빈스크 운석 사건이나 최근 지구를 스쳐 지나간 소행성들을 보면 지구가 앞으로 100% 안전하다고 보기는 어렵기 때문이다. 많은 연구와 논의를 통해 결국 현실적으로 가장 좋은 방법을 찾아낼 수 있을 것이다.

미 항공우주국(NASA) 탐사선 '루시'가 목성 주변의 두 무리 소행성군을 탐사하기 위해 16일 오전 5시 34분(한국시간 오후 6시 34분) 미국 플로리다 케네디 우주센터에서 발사되었다. 유나이티드 론치 얼라이언스(ULA) 아틀라스 V 로켓 꼭대기에 자리 잡은 냉장고 크기의 우주선은 토요일 아침 정시에 발사대를 박차고 올라 케이프 커내버럴의 새벽하늘을 환히 밝혔다. 목성 주변에서 같은 궤도를 도는 트로이군 소행성은 태양계 소행성군 중 마지막 미탐사 영역으로, '로봇 고고학자' 루시는 이들을 탐사함으로써 초기 태양계 형성의 비밀을 캐는 데 도움을 줄 것으로 기대되고 있다. 이 임무의 이름은 미국의 인류학자 도널드 요한슨이 발견한 320만 년 전 ‘인류의 조상’ 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 화석의 애칭 '루시(Lucy)'에서 따온 것으로, 탐사선이 초기 태양계의 비밀을 풀어주기를 바라는 과학자들의 염원을 담았다.루시는 목성에 도달할 수 있는 충분한 추진력을 얻기 위해 앞으로 6년 동안 지구를 두 차례 플라이바이하는 등 태양계를 순항한다. 이 우주선은 태양계의 진화 과정을 더 분명히 밝히기 위해 8개의 소행성을 방문할 예정이다. 그중 7개는 목성의 앞뒤에서 궤도를 돌고 있는 트로이군 소행성이며, 다른 하나는 소행성대에 위치한 것이다. 트로이군 소행성들은 태양계가 형성되던 시초의 물질이 완벽하게 보존된 우주 타임캡슐로, 이를 연구함으로써 태양계의 기원과 거대한 목성이 어떻게 형성되었는지에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있기를 과학자들은 기대하고 있다. 초기 태양계의 파편으로 여겨지는 트로이군은 목성과 같은 거리에 있는 중력 균형점인 라그랑주 점에 묶여 있다. ​사우스웨스트 연구소의 루시 수석 연구원인 핼 레비슨은 "트로이군 소행성이 과학적으로 중요한 이유는 그것들이 본질적으로 태양계를 형성하고 남은 잔재들이기 때문"이라고 밝혔다.​지금까지 전 세계의 우주 기관은 소행성대에서 지구 근접 소행성, 그리고 얼음으로 덮인 카이퍼 벨트에 이르기까지 다양한 소행성들을 탐사해왔다. 일본의 하야부사 임무와 NASA의 오시리스 렉스와 같은 프로젝트가 그 대표적인 작업이다. ​그러나 목성 주변 두 무리의 트로이군 소행성들은 아직 미답의 영역으로 남아 있었다. 약 100년 전 이들 지역에서 지름 수 킬로미터에서 수백 킬로미터에 이르는 소천체들이 무려 1만여 개가 발견되었다. 발견 당시 천문학자들은 호메로스의 일리아드에 나오는 영웅들의 이름을 따서 천체의 이름을 지었고, 이 지역 소천체무리는 '트로이군'이라는 이름을 얻었다. 이런 일들이 일어나는 동안, 흩어진 소행성들 일부는 목성의 중력에 잡혔고, 행성과 태양의 중력이 균형을 이루는 라그랑주 점 두 곳에 모여들었으며, 그리하여 두 소행성군은 목성의 앞뒤에서 같이 궤도를 돌기에 이르른 것이다. 이 두 개의 무리에 갇힌 소행성들은 행성들이 만들어진 후 남은 찌꺼기로 여겨진다."트로이군 소행성은 좁은 공간 안에서 공존하지만 서로 물리적인 특성은 놀라울 정도로 크게 다르다"고 설명하는 레비슨은 "이렇게 공간 안에 있는 다양한 천체들은 태양계의 초기 진화에 대해 중요한 것을 말해주고 있다"고 밝혔다. 과학자들은 소행성의 암석이 무엇으로 이루어져 있는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 소행성 표면의 색상을 분석할 것이다. 열 측정 및 적외선 스펙트럼과 함께 과학자들은 각 소행성의 구성을 정확히 찾아내기를 희망하고 있다. NASA는 수십억 년 전 이 물질이 소행성 충돌 덕분에 생명체에 필요한 화학성분을 지구에 뿌렸을 수 있기 때문에 소행성에서 원시 유기 물질을 찾는 개념에 특히 관심이 있다. ​초기 태양계의 비밀을 캐기 위한 12년에 걸친 대장정에 오른 루시 프로젝트는 저비용 태양계 탐사 프로그램인 디스커버리의 13번째 임무로 2014년 시작되었다.

새로운 연구에 따르면, 중국이 달에서 가져온 암석 샘플이 아폴로 프로그램이 수십 년 전에 가져온 물질보다 10억 년 더 젊은 것일 수 있다는 연구결과가 나왔다. 지난해 12월 중국의 창어 5호 우주선이 월면의 '폭풍의 바다'라는 지역에서 채취한 암석 샘플 1.73kg을 지구로 가져왔다. 이후 귀중한 월석 샘플에 접근할 수 있는 과학자들은 암석과 그 암석이 지닌 태양계의 비밀을 알아내기 위한 일련의 실험을 시작했다. 다행히도 우주선은 달과 태양계 생성에 대한 과학자들의 지식 틀에 있는 중요한 구멍을 메우기 위해 완벽한 샘플을 채집한 것으로 보인다. 새로운 연구에 따르면, 이번에 회수된 달 암석 샘플 중 두 개의 작은 조각은 약 19억 7000만 년 전의 것으로 추정된다. 오차 범위는 플러스 마이너스 5000만 년이다. 미주리주 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 행성 과학자이자 공동 저자인 브래드 졸리프는 "20억 년의 격차를 좁힐 수 있는 완벽한 표본"이라고 성명에서 밝혔다. 그는 베이징을 근거로 하는 연구팀에 참여하고 있다. 그 간격의 범위는 회수된 아폴로 샘플의 암석 대부분이 형성된 약 30억 년 전부터 연대 측정이 가능한 젊은 충돌 크레이터가 형성된 약 10억 년 전까지다. 45억 년의 태양계 역사를 구성하기 위해 과학자들은 시간이 기록된 샘플을 크레이터 연대 측정이라고 하는 상대 연령을 식별하는 기술에 결합했다. 졸리프 박사는 "행성 과학자들은 표면에 크레이터가 많을수록 더 오래되고 크레이터가 적을수록 표면이 더 젊다는 것을 알고 있다. 이는 훌륭한 상대적 결정법이다"이라면서 "그러나 그것에 절대적인 연대를 결정하려면 월면에서 샘플을 가져와야 한다"라고 설명했다. 이 접근방식을 사용하여 과학자들은 아폴로 샘플의 출처를 조사해 실험실에서 결정된 나이를 기록하고, 얼마나 많은 크레이터가 존재하는지를 계산할 수 있다. 그런 다음 행성 과학자들은 막 파헤쳐진 달의 토양에 대해 대략적인 연대를 추산할 수 있다. 이는 과학자들이 결코 얻을 수 없는 다른 태양계 천체의 신선한 샘플에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있는 연대 계산법이다. 그런데 이제까지는 30억에서 10억 년 전의 달 샘플이 없었기 때문에 과학자들의 크레이터 연대 측정 타임라인에는 엄청난 간격이 있었다. 크기가 몇 밀리미터에 불과한 두 개의 작은 달 암석이 그 엄청난 간극을 구멍을 메우는 데 결정적인 도움이 되었다. 졸리프 박사는 "이 연구에서 우리는 '약 20억 년에 플러스 마이너스 5000만 년'이라는 매우 정확한 연대 측정을 성공했다"라며 "이는 참으로 경이로운 결과로, 행성 시간의 관점에서 볼 때 그것은 매우 정확한 연대 결정"이라고 덧붙였다. 이 샘플의 나이는 화산 폭발 중에 형성되는 현무암이라는 암석 유형이기 때문에 중요한데, 이전까지 과학자들은 약 30억 년 전까지 달에서 용암이 흐른 증거만을 가지고 있었기 때문이다.  과학자들은 달의 지각이 얇고 열을 생성하는 요소가 상대적으로 풍부하기 때문에 이 지역에서 가장 젊은 달의 현무암을 발견할 것으로 예상했다. 그러나 연구자들은 암석이 그렇게 늦게까지 어떻게 녹은 상태로 남아 있었는지에 대해서는 여전히 확실하게 밝혀내지 못하고 있다. 이 연구결과는 '사이언스' 저널 10월 7일(현지시간) 발표된 논문에 게재되어 있다.

미국항공우주국(NASA)이 소행성의 궤도를 수정하기 위해 우주선을 충돌시키는 임무를 다음달 말 시작할 계획이다. NASA 성명에 따르면, ‘다트’(DART)라는 이름의 소행성 궤도수정 목적 우주선은 미국 캘리포니아주 밴덴버그 우주군 기지에서 스페이스X 팰콘9 로켓에 실려 쌍 소행성인 디디모스 쌍성을 향해 현지시간으로 다음달 24일 오전 1시 20분 발사될 예정이다. 다트 우주선은 시속 약 2만1700㎞의 속도로 항행하다가 내년 10월 2일 디디모스 쌍성 중 하나인 디디문에 충돌할 예정이다. 예정대로 충돌하면 디디문의 속도는 불과 1%밖에 변하지 않을 것이지만, 이는 중력에 의해 묶인 디디모스와 디디문의 궤도를 수정하기에는 충분할 것이라고 NASA는 보고 있다. 이 계획은 앞으로 지구를 위협하는 소행성의 궤도를 수정하기 위한 임무에 귀한 정보를 제공할 수 있다.폭이 약 160m인 디디문은 지름 약 780m인 디디모스로 불리는 훨씬 더 큰 우주암석 주위를 돌고 있다. 디디문과 디디모스는 지난 2003년 지구에 비교적 가까운 595만 ㎞ 이내까지 접근한 바 있다. 디디문 외에도 NASA와 산하기관인 근지구천체연구센터(CNEOS)가 아직 관측하지 못했지만, 지구에 충돌할 가능성이 높은 우주 암석은 많이 존재한다. NASA는 성명에서 “다트는 소행성의 궤도를 수정하기 위해 한 대 이상의 대형 고속 우주선을 우주의 소행성 진로로 보내는 임무를 포함한 운동 충돌장치 기술의 첫 사례가 될 것”이라고 밝혔다. NASA는 지구와의 거리가 0.05 AU(천문단위)인 약 750만 ㎞ 안에 있으며 지름이 140m 이상인 소행성을 잠재적으로 위험한 근지구천체(NEO)로 보고 있다. 이런 천체는 현재 2만5000개 넘게 존재하지만, 더 많은 천체들이 발견을 기다리고 있다고 NASA는 추정한다.앞서 NASA는 다트와 동행해 충돌 과정을 기록할 큐브 위성(큐브샛)의 설치 준비가 완료됐다고 지난 1일 발표한 바 있다. 큐브샛의 무게는 약 14㎏이고 길이는 대략 성인 손부터 아래 팔까지인 것으로 전해졌다. 다트는 NASA의 소행성 방어 전략의 첫 번째 계획으로, 위험한 소행성으로부터 지구를 지키기 위해 유럽우주국(ESA)과 함께 공동으로 설계한 것이다. 이에 대해 다트 프로젝트를 주도하는 낸시 섀벗 박사는 “다트는 최종적인 해답이 아니라 지구를 소행성의 충돌로부터 보호할 필요가 있으면 해야 할 첫 번째 단계일 뿐”이라면서 “지구에 잠재적인 충돌 위험을 가져오는 소행성을 발견하고 추적하며 특징짓는 연구는 행성 방어의 모든 노력에 매우 중요하다”고 지적했다.

태양계 모델을 본 적이 있다면 태양, 행성, 위성, 소행성들이 거의 같은 평면 위에 있다는 것을 눈치챘을 것이다. 모든 행성과 소행성들은 태양과의 거리는 각기 다르지만 같은 공전면 위에서 태양을 공전한다. 왜 그럴까? 이 질문에 답하기 위해 우리는 약 46억 년 전 태양계의 탄생 현장으로 시간여행을 해야 한다. 그 무렵에는 태양계란 존재하지 않았고, 앞으로 태양계를 이룰 거대한 ‘태양 성운’이 있었을 뿐이다. 지난 21일(현지시간) ‘라이브 사이언스’와 인터뷰한 하와이 대학 천문학자 네이더 해그하이푸어의 설명에 따르면, 당시 태양 성운는 먼지와 가스로 이루어진 거대한 회전 구름이었다. 성운의 크기는 무려 1만2000AU(천문단위)를 달했다. 1AU는 지구-태양 사이의 평균 거리로 약 1억5000만㎞니까 성운의 크기는 1조8000억㎞다. 이 어마무시한 크기의 구름 덩어리는 우주 먼지와 가스 분자로 가득 찬 존재였는데, 이것이 자체 질량으로 중력붕괴하면서 수축하기 시작했다고 해그하이푸어는 말했다. 먼지와 가스 구름이 붕괴하면서 회전속도를 높여가자 두리뭉실했던 구름 덩어리가 점차 편평해져갔다. 파이 반죽을 빠르게 회전시키면 납작해지는 것과 같은 이치다. 이 같은 현상이 바로 초기 태양계에 일어났던 것이다. 이렇게 성운 원반이 빠르게 회전하면, 그 중심에서 가스 분자들은 엄청난 압력으로 뭉쳐져 가승 공을 만들고 계속 온도가 치솟게 된다고 해그하이푸어는 설명한다. 이윽고 온도가 1000만 도를 돌파하면 중심부에서 하나의 사건이 일어나는데, 바로 수소가 융합하여 헬륨을 만들어내는 핵융합반응이 시작되는 것이다. 수소 원자 4개가 만나서 헬륨핵 하나를 만드는 과정에서 약간의 질량이 에너지로 바뀌는데, 아인슈타인의 그 유명한 공식 E=mc^2에 따라 여기서 엄청난 핵 에너지가 만들어지는 것이다. 이때 가스 공은 중력수축을 멈춘다. 가스 공의 외곽층 질량과 중심부 고온-고압이 평형을 이루어 별 전체가 안정된 상태에 놓이기 때문이다. 그렇다고 금방 빛을 발하는 별이 되는 것은 아니다. 핵융합으로 생기는 에너지가 광자로 바뀌어 주위 물질에 흡수, 방출되는 과정을 거듭하면서 줄기차게 표면으로 올라오는데, 태양 같은 항성의 경우 중심핵에서 출발한 광자가 표면층까지 도달하는 데 얼추 100만 년 정도 걸린다. 표면층에 도달한 최초의 광자가 드넓은 우주공간으로 날아갈 때 비로소 별은 반짝이게 되는 것이다. 이것이 바로 스타 탄생이다. 지금 하늘에서 우리를 비추고 있는 태양도 이러한 과정을 거쳐 탄생한 것이다. 아기 별 태양은 생후 5000만 년 동안 계속해서 성장하여 주변의 가스와 먼지를 모으고 강렬한 열과 복사를 뿜어냈다. 그리고 주위 물질을 집어삼키면서 점점 덩치를 키워나간다. 태양이 커짐에 따라 분자구름은 계속해서 붕괴되어 “별 주위에 원반이 형성되어 태양을 중심으로 하여 점점 더 팽창하면서 편평해진다”라고 해그하이푸어는 덧붙였다. 이 같은 과정이 진행되면서 이윽고 태양 성운은 젊은 별을 공전하는 원시행성 원반이라는 편평한 구조가 되었는데, 이 원반은 무려 수백 천문단위(AU)에 이르는 어마무시한 크기였지만, 두께는 그 너비의 10분의 1에 불과했다. 그후 수천만 년 동안 원시행성 원반의 먼지 입자는 부드럽게 소용돌이치며 때때로 서로 부딪쳐 합쳐지면서 밀리미터 크기의 알갱이가 되고, 그 알갱이들은 다시 센티미터 크기의 자갈이 되고, 자갈들은 계속 충돌, 합병하여 우주 암석을 만들어갔다. 결국 원시행성 원반에 있는 대부분의 물질은 서로 달라붙어 거대한 물체를 형성하기에 이르렀는데, 그 중 일부는 덩치를 충분히 키운 나머지 중력이 지배적인 힘으로 작용한 자신의 몸을 공처럼 둥글게 만드는 데 성공했다. 이것이 바로 행성, 위성, 큰 소행성 들이다. 덩치를 키우는 데 실패한 우주암석들은 울퉁불퉁한 위성이나 소행성, 혜성과 같이 불규칙한 모양이 되었다. 이러한 천체들은 크기는 다르지만 그들이 태어난 동일한 원반 평면에 머물게 되었으며, 이런 이유로 오늘날에도 태양계의 8개 행성을 비롯한 태양계 식구들은 거의 같은 공전면 위에서 태양 둘레를 돌게 된 것이다.

기원후 1181년, 중국인과 일본의 천체 관측가에 의해 별이 없던 곳에서 토성만큼 밝은 별이 발견되었는데, 이 별은 6개월 남짓 동안 밤하늘에서 최대 -1등급 밝기로 빛나다가 사라진 것으로 기록되었다. 고대의 기록에서 이 같은 별은 손님별, 곧 ‘객성(客星)’으로 일컬어졌다. 그로부터 900년이 흐른 후, 천문학자들은 마침내 미스터리로 남아 있었던 그 신비한 별의 정체를 밝혀냈다. 1054년 유명한 게 성운을 만들어냈던 초신성 폭발과 같은 현상인 이 사건은 역사적 기록으로 남겨진 된 몇 안 되는 사례 중 하나이지만, 게 성운과는 달리 1181년의 사건은 정확히 파악하기 어려운 미스터리로 남아 있었다. 그러나 역사적 기록은 현대 천문학자들에게 유용한 몇 가지 단서를 남겨주었다. 첫 단서는 시기이다. 이 ‘손님별’은 1181년 8월 6일부터 1182년 2월 6일까지 185일 동안 밤하늘에서 빛을 발했다. 두번째는 하늘에서의 위치이다. 손님별은 중국 별자리 화가이(華盖), 현대의 카시오페이아자리 부근에서 나타났다. 이 '우주 퍼즐 조각'은 연구팀을 고대 섬광의 정체가 무엇인지를 가리켜주었다. 대항성의 폭발이 남긴 이 초신성의 잔해는 바로 Pa30이라고 불리는 성운을 남겼다. 지구와의 거리 약 8500광년이다. 900년 전에 팽창을 시작한 이 성운은 지금도 빠른 팽창을 멈추지 않고 있는데, 새로운 연구에서 홍콩, 영국, 스페인, 헝가리, 프랑스 과학자들은 그 속도를 측정한 결과, Pa30의 먼지와 가스가 지구에서 달까지의 거리(약 38만㎞)를 5분 만에 주파한다는 것을 발견했다. 무려 초속 1270㎞이다. 연구팀은 그 속도를 역산함으로써 성운이 1181년경에 폭발한 초신성의 잔해임이 거의 확실시된다는 결론을 내렸다.연구팀은 Pa30이 희귀한 유형의 초신성으로부터 형성되었음을 발견했다. 이 유형은 초신성의 하위 범주인 Iax형 초신성으로 분류되는데, 이는 중간 밑의 질량을 가진 항성이 핵융합을 끝마치고 마지막으로 도달하는 백석왜성이 폭발한 결과물이다. 영국 맨체스터 대학의 천체 물리학자 앨버트 지욜스트라는 “초신성의 약 10%만이 이러한 유형으로, 아직까지 그 메커니즘이 확실히 밝혀지지 않은 대상”이라면서 “SN1181이 희미했지만 매우 천천히 밝기가 떨어졌다는 점이 이 유형임을 시사한다”고 말했다. 과학자들은 또한 우리은하에서 가장 뜨거운 별 중 하나인 파커 별이 1181년 초신성 폭발을 일으킨 별이 남긴 것으로, 백색왜성으로 알려진 두 별 잔해의 대규모 충돌과 합병의 결과물로 생각하고 있다. 지욜스트라 교수는 “이것은 별과 성운에 대한 자세한 연구가 가능한 유일한 Iax 유형 초신성”이라면서 “역사적 미스터리와 천문학적 미스터리를 모두 풀 수 있는 훌륭한 사례”라고 밝혔다. 이 연구는 ‘아스트로피지컬 저널 레터스’ 9월 15일자(현지시간)에 게재되었다.　

올 한해도 코로나19 팬데믹의 영향으로 전 세계 사람들의 발이 묶였지만 하늘을 바라보며 환상적이고 경이로운 순간을 담아낸 천문 사진들은 어김없이 촬영됐다. 지난 16일(현지시간) 영국 런던의 그리니치왕립천문대 측은 BBC 스카이 앳 나이트 매거진과 함께 주관하는 '올해의 천문사진' 수상작들을 공개했다. 올해 13번째를 맞은 이번 ‘올해의 천문사진’ 공모전에는 전 세계 75개국 아마추어 및 전문 사진작가들의 사진 4500여 점이 접수됐다. 이번 공모전은 총 11개 부분에서 수상작이 나왔으며 이중 일부를 추려 소개한다. 태양(The Sun) 부문'올해의 천문사진' 종합 우승작이자 '태양 부문' 우승작으로 태양과 달의 우주쇼가 꼽혔다. 지난해 6월 21일 사진작가 슈창동이 티벳의 고지대에서 촬영한 것으로 환상적인 금환일식의 모습을 절묘하게 담아냈다. 금환일식(金環日蝕)은 태양의 가장자리가 금반지처럼 보이는 현상을 말한다. 서구에서는 ‘불의 반지’(Ring of Fire)라 부르는 금환일식은 달이 태양을 완전히 가리지 못해 생긴다. 태양 가장자리 부분만 보이며 마치 불에 타는 금반지 모양같아 붙은 이름이다. 슈창동은 "티벳이 1년 내내 화창한 날씨를 가지고 있기 때문에 이곳에서 촬영하기로 결심했다"면서 "그러나 금환일식이 일어난 동안 하늘 전체에 먹구름이 가렸으나 단 1분 동안 이 장면이 펼쳐져 촬영할 수 있었다"고 밝혔다. 오로라(Aurorae) 부문지난해 11월 30일 사진작가 드미트리 리발카가 러시아 북쪽 바렌츠와 카라 해를 연결하는 수로의 배 위에서 촬영한 사진이다. '천상의 커튼'이라고도 불리는 오로라는 태양표면 폭발로 우주공간으로부터 날아온 전기 입자가 지구자기(地球磁氣) 변화에 의해 고도 100∼500㎞ 상공에서 대기 중 산소분자와 충돌해서 생기는 방전현상이다. 　　 　 은하(Galaxies) 부문올해 수상작 중 가장 많은 노력이 들어간 작품이다. 중국의 중우가 촬영한 은하수 사진으로 지구 전역에서 볼 수 있는 우주먼지, 별, 성운의 모습을 360도 파노라마로 담았다. 이를 위해 그는 중국의 북부와 뉴질랜드를 찾아 촬영했으며 여기서 얻어진 사진으로 모자이크를 완성하는데 2년이 걸렸다. 　　 별과 성운(Stars and Nebulae) 부문미국의 테리 핸콕이 올해 7일에 걸쳐 콜로라도 화이트워터에서 촬영한 NGC 1499 일명 '캘리포니아 성운'이다. 길이가 대략 100광년에 달하는 NGC 1499는 지구에서 1000광년 떨어진 곳에 위치한 발광 성운이다. 캘리포니아 주의 윤곽을 닮았다고 해서 캘리포니아 성운이며 장시간 노출된 사진이 아니면 밤하늘에서 찾기 쉽지 않다. 이 사진의 총 노출시간은 16시간이다.　　 Best Newcomer 부문천체사진 경력 1년 미만인 작가들에게 주어지는 상이다. 사진작가 폴 에커르크가 미국 플로리다에서 촬영한 것으로 우주로 향하는 스페이스X의 팰컨9 로켓과 달의 모습이 인상적이다. 　

이번 주 초 지구에서 약 6억3000만㎞ 거리에 있는 목성에 소행성으로 추정되는 천체가 떨어져 밝은 빛이 뿜어져나오는 극히 보기 드문 순간을 아마추어 천문학자들이 포착해냈다. 독일 아마추어 천문학자 하랄트 팔레스케는 현지시간으로 지난 13일 목성의 대기 중에 이 가스 행성의 위성인 이오의 그림자가 일식을 일으키는 모습을 관측하다가 소행성 충돌로 추정되는 순간을 촬영했다.그는 스페이스웨더닷컴과의 인터뷰에서 “밝은 빛이 날 놀라게 했다”며 “그것은 충돌 순간일 수밖에 없다”고 주장했다. 만일 이 주장이 사실로 확인된다면 이번 충돌 사건은 관측 사상 목성에 관한 8번째 충돌로 기록된다. 목성의 첫 번째 충돌 사건은 1994년 7월로 기록됐었다. 팔레스케는 이번 섬광을 목격한 뒤 무엇이 빛을 일으켰는지 알아내기 위해 촬영한 영상의 각 프레임을 자세히 살폈다고 밝혔다. 그는 지구상의 간섭은 물론 목성 주위 위성을 배제함으로써 목성의 대기 중에 섬광이 2초 동안 눈에 보이는 것을 발견했다. 목성에는 매년 몇십 개, 어쩌면 몇백 개의 소행성이 충돌하는데 이 덕에 목성은 작은 천체들이 지구에 충돌하는 것을 막아주는 일종의 방패 역할을 한다. 하지만 이런 충돌 사건을 포착하는 사례는 극히 드물다.또한 이번 충돌은 브라질의 또다른 아마추어 천문학자도 기록한 것으로 전해졌다. 호세 루이스 페레이라는 12일부터 브라질 남동부 상파울루주 동부 도시 상카에타누두술에서 목성을 관측하기 시작했다. 그는 스페이스닷컴과의 인터뷰에서 “기상 악화를 우려해 관측을 멈추지 않으려고 첫 번째 영상을 확인하지 않았었다. 14일 오전에서야 영상을 확인했는데 프로그램상에서 충돌 가능성이 높다고 나왔다”면서 “그날 영상에 실제로 충돌 순간이 기록된 것을 확인했다”고 설명했다. 이후 그는 관측 자료를 프랑스 천문학회의 마크 델 크로아에게 보냈고, 그 전문가는 영상 속 섬광이 충돌 순간임을 확인했다. 섬광은 동부 일광 절약시(EDT)로 13일 오후 6시 39분 발생한 것으로 전해졌다. 이는 우리시간으로 지난 14일 오전 7시 39분이다.

절세 미인의 대명사로 여겨지는 ‘클레오파트라’로 명명된 것과 달리 개뼈(개가 흔히 좋아하는 아령 모양의 뼈다귀)를 닮아 아이러니한 한 소행성의 크기가 예측보다 꽤 크다는 사실이 확인됐다. 이는 역대 가장 선명한 이미지 데이터를 얻어낸 성과다. 미국 우주전문매체 스페이스닷컴 등 외신 보도에 따르면, 대부분 금속으로 된 클레오파트라 소행성(이하 클레오파트라)은 기존 관측에서 길이 200㎞ 정도로 추정됐지만, 새로운 이번 연구에서 길이가 270㎞에 달하는 것으로 확인됐다. 이는 서울에서 포항까지 직선 거리와 맞먹는 규모다. 1880년 오스트리아 천문학자 요한 팔리사에게 처음 발견된 뒤 천문학자들의 마음을 사로잡아온 클레오파트라는 화성과 목성 사이에서 태양을 중심으로 공전한다. 우리 지구에서 가장 가까울 때는 2억㎞ 정도 떨어져 있다. 흔히 ‘개뼈 소행성’으로 불리는 클레오파트라는 20년 전 수행한 레이더 관측 연구에서 소행성 양끝에 둥근 돌출부가 있다는 사실이 확인돼 개뼈처럼 보인다고 해서 이런 별명이 붙여졌다.클레오파트라는 두 위성을 갖고 있다는 사실이 드러난 바 있다. 이들 위성은 실제 클레오파트라의 자녀들인 알렉산더 헬리오스와 클레오파트라 셀레네 2세의 이름을 따서 각각 알렉셀리오스(Alexhelios)와 클레오셀레네(Cleoselene)라는 이름이 붙여지기도 했다.국제연구진이 칠레에 있는 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)을 사용해 확보한 새로운 이미지는 클레오파트라를 여러 각도로 바라본 모습이다. 이는 2017년부터 2019년까지 3년 동안 수집한 것을 미국 캘리포니아주 마운틴뷰에 있는 세티(SETI) 연구소가 주도해 얻은 결과물이다. 이번 연구는 어느 때보다 정확하게 소행성의 크기와 질량을 계측했기에 이 천체를 공전하는 두 위성이 어떻게 형성될 수 있었는지에 대해서도 알 수 있게 해줬다. 이는 클레오파트라가 어떤 두 소행성의 충돌로 완전히 파괴되지 못하고 남은 잔해에서 태어났다는 점을 시사하는 것. 연구진은 또 VLT가 포착한 다양한 이미지 정보를 바탕으로 3D 입체 모형을 제작했고 소행성의 한쪽 돌출부가 다른 쪽 돌출부보다 더 클 수도 있다는 새로운 정보도 알아냈다. 뿐만 아니라 별도의 연구를 통해 클레오파트라의 밀도가 기존 4.5g/㎥가 아닌 3.4g/㎥에 불과하다는 점도 확인됐다. 이는 밀도가 철의 철반 수준임을 시사해 이 소행성이 기존 예측보다 3분의 1 정도 덜 무겁고 이를 공전하는 두 위성의 궤도도 다르다는 점을 보여준다. 밀도가 낮다는 점은 클레오파트라 소행성이 다공질 구조이고 잔해 더미에 불과할수 있으며 두 소행성의 강한 충돌 뒤 떨어져 나온 잔해들이 다시 뭉쳐져 형성됐을 가능성이 크다는 이론을 뒷받침한다. 이에 대해 연구 주저자인 미로슬라브 브로시 체코 카를로바대 교수는 “만일 두 위성의 궤도가 틀렸다면 클레오파트라의 질량 등 모든 데이터가 잘못됐기에 이들 위성의 위치를 알아내야 한다”고 지적했다. 연구진은 이런 새로운 데이터와 정교한 컴퓨터 모형화를 통해 클레오파트라의 중력이 알렉셀리오스와 클레오셀레네의 복잡한 움직임에 어떤 영향을 주고있는지도 논문에 설명했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘천문학과 천체물리학’(Astronomy & Astrophysics) 최신호에 실렸다.

현재 태양계에 행성급 천체는 모두 8개다. 과거 행성의 일원으로 대접받던 명왕성은 생각보다 크기도 작을 뿐 아니라 비슷한 크기의 천체가 발견되면서 행성의 지위를 상실했다. 하지만 태양계 초기에는 이보다 더 많은 숫자의 행성급 천체가 있었던 것으로 추정되는데 초기 원시 행성들이 서로 충돌하면서 숫자가 지금처럼 줄어든 것으로 보인다. 지구 역시 테이아(Theia)라는 화성 크기의 원시 행성과 충돌해 현재의 지구와 달이 되었다는 가설이 유력하다. 외계 행성을 관측한 과학자들은 우주에는 태양계보다 더 복잡한 과거를 지닌 행성계가 많다는 사실을 발견했다. 예를 들어 본래 거대 가스 행성이 있을 수 없는 모항성 바로 옆에 있는 뜨거운 목성형 행성이나 혹은 별 주변을 공전하지 않고 우주를 떠도는 떠돌이 행성이 있다. 이 행성들은 본래 있던 장소에서 다른 행성이나 별의 중력으로 인해 궤도가 크게 변경된 것으로 추정된다. 그리고 아마도 이 과정에서 별에 흡수된 행성도 있을 것으로 추정된다. 하지만 그런 경우가 얼마나 되는지 알기는 어려웠다. 호주 모나쉬 대학의 로렌조 스피나가 이끄는 연구팀은 쌍성계에서 이 질문에 대한 해답을 찾았다. 별의 화학적 구성은 별마다 다 다르다. 하지만 두 개의 별이 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계는 구성 물질이 거의 같다. 대부분 같은 가스 성운에서 동시에 태어났기 때문이다. 만약 두 별의 화학적 구성이 다르다면 태어난 후 뭔가 그럴 만한 사건이 있었다는 이야기다. 대표적인 사례는 무거운 원소가 많은 별을 삼킨 경우다. 이 경우 철처럼 별의 표면에는 드문 원소가 더 많이 검출될 수 있다. 연구팀은 태양과 비슷한 쌍성계를 조사해 대략 20~35% 정도의 쌍성계에서 행성을 잡아먹은 흔적을 찾아냈다. 연구팀이 제시한 가장 가능성 큰 수치는 27%다. 물론 일부 쌍성계는 우연히 지나가던 별이 중력에 의해 붙잡혀 생성된 경우도 있고 같은 가스 성운에서 태어났어도 구성 성분이 일부 차이가 있을 수도 있지만, 여러 가지 요소를 감안해도 때도 많게는 전체 별의 1/4 정도가 행성을 잡아먹었을 수 있다는 이야기다. 이 연구는 저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 실렸다. 여담이지만, 태양 같은 별은 마지막 순간 적색거성으로 부풀어 오르면서 엄청나게 커진다. 이때는 수성이나 금성 같이 가까운 행성은 그대로 집어삼킬 가능성이 크고 지구의 운명 역시 장담할 수 없다. 연구팀이 말한 태양 같은 별은 아직 그 단계가 아닌 주계열성 단계의 별을 의미한다. 마지막 순간에 자신이 거느렸던 행성을 집어삼킨 적색거성은 무수히 많을 것이다.

우리 태양을 가장 가깝게 공전하는 '새로운 이웃'이 발견됐다. 최근 미국 카네기 연구소는 칠레에 세워진 암흑에너지 카메라(DECam)의 데이터를 분석해 지난 13일(현지시간) 지름이 약 1㎞인 소행성 '2021 PH27'을 발견했다는 연구결과를 발표했다. 수많은 태양계의 소행성 중 2021 PH27이 주목 받는 이유는 현재까지 발견된 소행성 중 태양 주위를 가장 가깝게 공전하고 있기 때문이다. 2021 PH27은 태양을 약 2000만㎞ 안의 타원형 궤도로 공전하며 이 덕에 공전주기는 불과 113일이다. 이는 태양계 천체 중에서는 행성인 수성 다음으로 가장 빨리 태양을 공전하는 수준이다. 다만 수성의 경우 88일이면 태양을 공전하지만 태양과는 적어도 4600만㎞ 이상의 거리를 두고있다.물론 2021 PH27이 이렇게 태양과 가깝게 접근하는 '대가'도 치러야한다. 2021 PH27이 태양과 가까이 접근했을 때 표면온도는 500℃ 정도로 납도 녹일 정도로 뜨겁다. 또한 2021 PH27은 몇 백 만년 안에 태양에 점점 가까워져 소멸하거나 수성이나 금성과 충돌하며 운명을 다할 것으로 보인다.그렇다면 2021 PH27은 어디서 온 것일까? 이에대해 연구팀은 최초 2021 PH27이 화성과 목성 사이 소행성대에서 출발해 내행성(수성, 금성)으로부터의 중력 교란으로 이탈했을 것으로 추측하고 있다. 연구를 이끈 스콧 셰퍼드 교수는 "태양과 매우 가까운 소행성은 눈부신 빛 때문에 찾기가 매우 힘들며 중력에 의해 부서지기 십상"이라면서 "2021 PH27은 희한하게도 별다른 영향을 받지않았다"고 설명했다. 이어 "이번 발견은 내행성에 있는 소행성의 이해를 넓히는 것은 물론 아직 발견되지 않는 지구 근접 소행성을 파악하는데도 도움이 될 것"이라고 진단했다. 　

지난 3월 지구 궤도를 돌다 부서진 중국 위성 ‘윈하이 1호 02싱’이 러시아 로켓 잔해에 부딪혀 부서진 것이라는 주장이 제기됐다. 우주과학 전문 매체 스페이스닷컴과 비즈니스 인사이더 등에 따르면 하버드-스미스소니언 천체물리학센터의 위성추적 천체물리학자 조너선 맥도웰 박사는 미국 연방 우주군의 최신 자료에서 윈하이 위성의 잔해 충돌 가능성을 확인해 지난 15일 트위터를 통해 공개했다. 지난 2019년 9월 발사된 윈하이 위성은 지난 3월 18일 원인 불명의 사고로 약 21개 조각으로 부서졌다. 당시 미국 연방 우주군 제18우주관제대대는 윈하이 위성의 사고를 확인하면서 부서진 위성 조각의 궤도를 추적 중이라고 했으나 사고가 내부 폭발에 의한 것인지, 다른 물체와 충돌한 것인지는 밝히지 않았다. 맥도웰 박사는 최근 갱신된 연방 우주군의 지구 궤도상 잔해 목록에서 단서를 찾아냈다. 1996년 러시아가 발사한 제니트-2 로켓에서 나온 잔해 중 하나인 ‘물체 48078, 1996-051Q’에 대해 연방 우주군이 “위성과 충돌”이라는 설명을 새롭게 붙였기 때문이다. 궤도 자료를 분석한 결과, 이 물체는 약 10~50㎝ 크기로 윈하이 위성이 사고를 당한 날 약 1㎞ 거리를 두고 지나간 것으로 기록돼 있었다고 한다. 그러나 윈하이 위성과 로켓 잔해가 총알보다 빠른 속도로 비행한 점을 고려할 때 이는 오차 범위 내 거리로, 서로 충돌했을 가능성이 충분하다고 맥도웰 박사는 밝혔다. 맥도웰 박사는 윈하이 1호 02싱이 37개 조각으로 부서지고 포착이 안 된 잔해가 더 있을 수 있지만 사고 이후에도 여러 차례 궤도를 조정한 점으로 미뤄 위성이 제 기능을 하는지는 알 수 없지만 본체는 유지되는 것으로 분석했다. 중국은 윈하이 1호 위성이 대기·해양 환경 요소 탐사와 우주 환경 탐사를 위한 것이라고 밝혔지만 미국 측에서 군사위성으로 보고 있다. 윈하이 위성과 러시아 로켓 잔해의 충돌이 사실로 확인되면 지난 2009년 2월 러시아의 고장 난 군사위성 코스모스-2251이 시베리아 상공에서 ‘이리듐 33’ 통신위성과 충돌한 이후 10여년 만에 발생한 최대 충돌사고가 된다. 당시 충돌로 추적 가능한 정도의 잔해가 1800여개 발생했다. 2007년 발생한 우주 충돌사고에 더하면 2009년 충돌은 지구 저궤도상에 잔해를 70%가량 늘려놓은 것으로 알려져 있다. 현재 지구 상공에는 폐기된 위성이나 로켓 등의 부서진 잔해 등에서 나온 1㎜~1㎝ 크기의 우주 쓰레기 1억 2800만개가 총알보다 10배 빠른 속도로 날아다니며 우주비행사와 위성을 위협하고 있다. 게다가 이를 수거할 방법이 마땅치 않은 상황에서 궤도상에서 충돌 사건이 일어날 때마다 잔해는 더욱 늘어나기만 하고 있다. 유럽우주국(ESA)는 지구 궤도상에 10㎝ 이상 크기의 잔해가 3만 4000개, 1~10㎝ 크기의 잔해가 90만개 있을 것으로 추정하고 있다.

현재 미 항공우주국(NASA)이 이끄는 국제 컨소시엄은 50년 만에 인간을 다시 달로 보내는 아르테미스 임무를 추진하고 있다. 과거 아폴로 시대와 가장 큰 차이점은 이번에는 한 번 가고 끝나는 것이 아니라 영구적인 달 기지 건설을 위한 토대를 건설한다는 점이다. 하지만 인류가 달에 진출한다면 당장에 어떤 이점이 있을까? 이 질문에 대한 대답 중 하나는 지구에서는 건설이 어려운 특수한 과학 시설을 만들 수 있다는 것이다. 과학자들은 2015년 아인슈타인이 이론적으로 예측했던 중력파의 존재를 100년 만에 검증했다. 중력파를 사상 최초로 검출한 장치는 LIGO(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)였다. LIGO는 역사상 가장 정밀한 레이저 간섭계로 중력파에 의한 미세한 시공간의 떨림을 관측할 수 있다. 과학자들의 관심은 이제 중력파 자체를 검증하는 것보다 중력파를 이용해서 우주를 관측하는 중력파 천문학에 쏠려 있다. 하지만 지구에는 여러 가지 미세한 진동이 많기 때문에 진짜 중력파를 구분하는 일이 쉽지 않다는 문제가 있다. 밴더빌트 대학과 하버드 대학의 연구팀은 달 표면에 중력파 검출 장치를 건설하면 지구에서는 불가능한 미세 중력파를 측정할 수 있다고 주장했다. 이들이 제시한 GLOC (Gravitational-wave Lunar Observatory for Cosmology) 장치는 아직 초기 개념 연구 단계이지만, 실제로 건설한다면 인류 역사상 가장 강력한 중력파 천문대가 될 수 있다. 그렇게 보는 이유는 간단하다. 달 표면에는 중력파 검출을 어렵게 만드는 진동이 거의 없다. 지구에서는 차량의 이동 같은 인위적인 진동이나 바람이나 비 같은 자연 현상에 의한 미세 진동이 항상 존재하지만, 달에는 사람은 물론 물도 공기도 없다. 가끔 내부의 지진이나 운석 충돌에 의한 진동이 발생하지만, 지구에서 발생하는 진동과는 비교할 수 없을 정도로 작다. 여기에 본래 진공상태이기 때문에 LIGO처럼 긴 진공 튜브를 지하에 따로 매립할 필요가 없다. 레이저의 진행을 방해하는 대기나 기타 장애물이 없기 때문에 몇 개의 지점에 레이저 간섭계를 설치하면 중력파 검출기로 사용할 수 있는 것이다. 현재 중력파 천문학은 블랙홀이나 중성자별의 쌍성계처럼 강한 중력파를 내는 천체에 한정되어 있다. 하지만 중력파 천문학에는 더 많은 가능성이 존재한다. 예를 들어 전자기파로는 관측이 불가능한 빅뱅 직후 초기 우주의 모습을 중력파 형태로 관측할 수 있을지도 모른다. 다만 이를 위해서는 지금까지 없었던 강력한 중력파 검출 장치가 필요하다. 달 표면 중력파 천문대가 그 역할을 해낼 수 있을지 미래가 주목된다.

지구가 태양 둘레를 초속 30㎞로 공전하지만 바람은 결코 우리 뒤쪽으로 불지 않는다. 지구의 대기 역시 우리와 함께 운동하고 있기 때문이다. 그러나 태양으로부터 불어오는 뜨겁고 하전된 입자의 급류, 곧 태양풍은 매순간마다 지구에 초속 450㎞의 속도로 충돌한다. 하지만 다행스럽게도 지구의 자기 방패는 이러한 태양풍 중 가장 거센 바람을 편향시키고 분해하여 미풍 수준으로 만들면서 우리 행성의 대기를 관통하게 한다. 그 결과 우리는 폭주하는 태양의 고에너지 입자가 지구의 자극을 향해 떨어지면서 춤을 추는 극광, 곧 오로라를 보게 된다. 그런데 새로운 연구에 따르면, 우리 행성을 보호하는 지자기 방패가 그렇게 강한 것이 아닐뿐더러, 태양이 종말에 가까워감에 따라 태양풍은 점점 더 강력해질 것으로 예측한다. 지난 21일자 영국 왕립천문학회 월간보고에 발표된 새 연구는 태양풍의 세기가 앞으로 50억 년 동안 어떻게 변화할지를 계산했다. 한 천문학자 팀이 수행한 이 연구에 따르면, 태양의 수소 연료가 바닥을 드러내면 태양의 몸피는 엄청나게 부풀어올라 적색거성으로 진화한다. 그 단계에 접어들기까지 태양풍은 계속 강해져서 지구의 자기 보호막을 완전히 걷어낼 것으로 연구자들은 결론내렸다. 또한 자기 방패가 사라지면 우리 행성의 대기 중 많은 부분이 우주로 뜯겨나갈 것이다. 그러면 지구는 강력한 태양풍의 무자비한 공격 앞에 고스란히 노출되는 상황을 맞게 된다. 그리고 오랫동안 지구상에서 살았던 생명체는 예외없이 신속하게 근절될 것이라고 저자들은 말했다. 연구의 공동저자인 아일랜드 더블린 트리니티 칼리지의 천체물리학자 얼라인 비도토는 “과거의 태양풍이 화성의 대기를 침식했다는 사실을 우리는 알고 있다”면서 “우리가 예상하지 못한 것은 미래의 태양풍이 자기장으로 보호받고 있는 지구에도 피해를 줄 수 있다는 사실”이라고 설명했다. 지금부터 수십억 년 후 우리의 태양은 우주의 모든 별과 마찬가지로 결국은 핵반응을 일으키는 수소가 고갈될 것이다. 이 연료가 바닥나면 내부 압력이 낮아짐에 따라 태양의 중심은 자체 중력에 의해 수축하기 시작하고 별의 외층은 팽창하기 시작한다. 그리하여 마침내 태양은 적색거성의 단계로 접어든다. 그 시기의 태양계는 그럼 어떻게 될까? 미 항공우주국(NASA)에 따르면, 수성과 금성은 거의 확실히 소멸될 것이며, 어쩌면 지구도 같은 운명을 맞을 수 있다고 한다.만약 지구가 태양의 격렬한 변형에서도 살아남는다면 우리 행성은 오늘날과는 매우 다른 환경의 태양계에 남게 될 것이다. NASA에 따르면, 태양의 핵이 수축함에 따라 행성에 대한 인력이 약해져서, 살아남은 행성들은 모두 지금보다 태양에서 두 배 정도 멀어지게 된다. 적색거성 태양에서 나오는 복사열도 지금보다 훨씬 더 강렬할 것이다. 새로운 연구의 저자들은 그 무렵 방사선은 얼마나 강하며, 지구의 자기권이 과연 그 방사선 공격을 견뎌낼 수 있을까에 초점을 맞추어 연구했다. 연구원들은 태양 질량의 1~7배에 이르는 질량을 가진 11개 유형의 별에서 오는 항성풍을 모델링했다. 그 결과, 연구원들은 태양이 수명을 다할 때까지 그 지름이 확장됨에 따라 태양풍의 속도와 밀도가 크게 변하여 인근 행성의 자기장을 번갈아 확장하거나 수축시킨다는 것을 발견했다. 그러나 저자는 이 모델에서 궁극적으로 각 행성의 자기권은 태양풍의 강도에 의해 항상 ‘침식’되었다고 쓰고 있다. 연구에 따르면, 한 행성이 항성 진화의 전 과정에서 자기장을 유지할 수 있는 유일한 방법은 행성이 현재의 목성보다 100배 이상 강한 자기장을 가지고 있거나 또는 지구 자기장보다 1000배 이상 더 강한 경우이다. 수석 저자인 영국 워릭 대학의 천체물리학자인 디미트리 베라스는 성명에서 “이 연구는 항성 진화의 전 단계에 걸쳐 행성이 자기권 방패를 유지하는 것이 어렵다는 것을 보여준다”고 말했다. 태양 종말 후의 태양계와 지구 이 연구는 지구상의 생명체가 멸종할 것이라는 냉엄한 사실을 일깨워주는 것 외에도 외계 생명체를 찾는 데도 시사하는 바가 있다. 일부 천문학자들은 백색왜성이 그들의 궤도에 거주 가능한 행성을 거느릴 수 있다고 생각하는데, 이러한 ‘죽은’ 별은 대체로 항성풍을 생성하지 않기 때문이다. 따라서 백색왜성 주위에 지구와 같은 행성에 생명체가 존재한다면, 그 생명체는 별의 격렬한 적색거성 단계가 끝난 후에 진화했을 것으로 연구진은 추론한다.행성의 생명체가 태양이 죽은 후에도 살아남을 수 있을 것 같지는 않지만, 태양이 시들고 거센 태양풍이 사라지고 나면 오래된 잿더미에서 새 생명이 움틀 수 있을 것이다. 그러면 태양이 적색거성 단계를 거친 후에는 어떤 경로를 걸을까? 태양은 마침내 자신의 외층을 모두 우주로 방출해버린다. 그후 남는 태양의 속고갱이는 지구만한 크기로 축소되는데, 이를 백색왜성이라 한다. 이 뜨거운 별은 수십억 년 동안 희미하게 빛을 발할 것이다. 우주로 방출된 태양의 외층은 거대한 고리를 이루면서 해왕성 궤도에까지 확대되는데, 이를 행성상 성운이라 한다. 하지만 행성하고는 아무런 상관이 없다. 망원경이 없던 옛날 천문학자들의 눈에 마치 행성처럼 보여서 그런 이름을 얻었을 뿐이다. 만약 지구의 종말이 오기 전에 인류가 외계행성으로의 이주에 성공한다면, 그 후손들은 태양의 거대한 고리가 예전의 해왕성 궤도까지 넓게 두르고 있는 것을 보고는, 자신의 조상이 한때 문명을 일구며 살았던 옛 지구의 모습을 그려볼지도 모른다.

지구와 유사하게 목성의 극지방을 화려한 색을 물들게 하는 목성 오로라의 비밀이 처음으로 풀렸다. 지구의 북극광 또는 남극광으로 알려진 오로라는 태양계 여러 행성의 극지방에서도 볼 수 있다. 이 춤추는 빛은 태양이나 다른 천체의 고에너지 입자가 행성의 자기권(천체의 자기장에 의해 통제되는 영역)에 부딪혀 자력선을 따라 흐르다가 대기의 분자와 충돌할 때 일어난다. 목성의 자기장은 지구보다 약 2만 배나 강하기 때문에 자기권이 매우 방대하다. 만약 목성의 자기권을 밤하늘에서 볼 수 있다면 그것은 우리 달 크기의 몇 배에 달하는 지역을 뒤덮을 것이다. 따라서 목성의 오로라는 지구보다 훨씬 강력하여 짧은 시간 동안 모든 인류문명에 전력을 공급할 수 있는 수백 기가와트를 방출한다. 목성 오로라의 또 다른 특징은 화산 위성인 이오가 뿜어내는 전하를 띤 황과 산소 이온에서 발생하는 특이한 X-선 플레어를 방출한다는 점이다. X-선 오로라는 각각 1 기가와트를 방출하는데, 이는 지구상의 한 발전소가 며칠 동안 생산하는 양이다. 이 X-선 오로라는 수십 시간에 걸쳐 시계처럼 수십 분 주기의 규칙적인 비트로 맥동한다. 이러한 플레어를 구동하는 특정 메커니즘은 오랫동안 밝혀지지 않는 미스터리였다. 이번 연구의 공동 저자인 베이징 지구-행성 물리학 연구소의 종후아 야오는 “발견 이후 40년 이상 동안 우리는 목성의 장엄한 X-선 오로라를 유발하는 원인이 무엇인지 몰라 헤매고 있었다”고 말했다. 이러한 플레어의 근원을 밝히기 위해 국제 공동연구팀은 목성을 도는 미 항공우주국(NASA)의 주노 탐사선을 사용하여 2017년 7월 16~17일에 목성을 감싸고 있는 거대한 자기권을 조사하는 한편, 동시에 지구를 공전하는 유럽우주국의 XMM-뉴턴 망원경으로 목성의 X-선을 원격 분석했다.분석 결과, 연구팀은 X-선 플레어가 목성 자기력선의 규칙적인 진동에 의해 유발된다는 것을 보여주는 뚜렷한 증거를 발견했다. 이러한 진동은 행성 규모의 플라스마(전기적으로 대전된 입자 구름) 파동을 생성하여 자력선을 따라 ‘서핑’하는 무거운 이온을 행성의 대기에 충돌시켜 X-선 형태의 에너지를 방출하는 것이다. 이 같은 플라스마 파동은 지구에서 오로라를 생성하는 데도 작용한다. 지구에 비해 월등히 큰 목성의 질량과 에너지, 강력한 자기장과 빠른 자전 속도 등이 목성의 X-선 오로라를 유발하는 것. 영국 런던 유니버시티 칼리지 천체 물리학자 윌리엄 던 공동 대표저자는 "지구에 비해 월등히 커도 목성의 이온 오로라와 지구의 이온 오로라의 생성 과정은 동일한 것으로 보인다"면서 "이는 우주 환경에 대한 잠재적이자 보편적 프로세스를 암시한다”고 설명했다. 목성의 자력선이 규칙적으로 진동하는 이유는 아직 명확하게 밝혀지진 않았지만, 태양풍과의 상호작용이나 목성 자기권 내 고속 플라스마 흐름과의 상호작용으로 인한 것이라는 가능성을 연구자들은 염두에 두고 있다. 야오 박사는 플라스마 파동이 오로라를 몰아내는 작용을 하는지를 알아보기 위해 다른 행성의 경우를 조사할 것을 제안했다. 이와 유사한 현상이 토성이나 천왕성, 해왕성 그리고 다른 외계 행성 주변에서도 발생할 수 있으며, 다른 종류의 하전 입자가 파도를 ‘서핑’하고 있을 가능성이 있다고 그는 덧붙였다. 이번 연구결과는 7월 9일(현지시간) 온라인 과학매체 ‘사이언스 어드밴시스’ 저널에 발표됐다.　

에펠탑(높이 324m)보다 클 수 있는 소행성이 우리 시간으로 1일 밤 지구 상공을 통과할 것으로 예상된다. 미국 뉴스위크 보도에 따르면, 이 거대한 우주 암석은 미국항공우주국(NASA)에 의해 잠재적으로 위험한 소행성으로 분류되고 있지만, 안전하게 지나갈 것으로 예상된다. NASA는 보통 소행성의 크기와 지구와의 거리를 조사함으로써 해당 소행성이 위험할 수 있는지를 판단한다. ‘2021 KT1’로 불리는 이 소행성은 1일 오후 11시 24분(한국시간)쯤 지구에 근접(close approach)한다. 여기서 근접이라는 말은 우주 용어로 상대적인 개념이다. 이번 소행성이 지구 상공을 통과할 때의 거리는 약 724만㎞로 추정되고 있는데 이는 지구와 달 사이 거리의 약 19배로 꽤 멀지만, NASA는 근접으로 고려한다고 뉴스위크는 설명했다. 이번 소행성이 지구를 통과할 때의 속도는 시속 6만4000㎞ 정도로 추정되는 데 이는 날아가는 총탄의 약 20배에 해당한다. NASA는 또 이번 소행성의 크기를 지름 150m부터 330m까지 될 것으로 추정한다. 이는 미국프로풋볼(NFL) 경기장 약 3개분을 합친 크기와 맞먹는다. 하지만 NASA 산하 근지구천체 연구센터(CNEOS)에 따르면, 이 소행성은 우려할 만한 것은 아니다. CNEOS의 전문가들은 홈페이지를 통해 “누구도 소행성이나 혜성의 지구 충돌에 대해 지나치게 우려해서는 안 된다. 자동차 사고와 질병, 기타 자연재해 그리고 다양한 다른 문제로 한 사람이 받는 위협은 근지구천체의 위협보다 훨씬 더 높다”고 밝혔다. 이어 “지구가 소행성에 부딪힐 가능성은 희박하지만 절대 제로(0)는 아니다”고 덧붙였다. 사진=페테르 카르릴/ESO 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인류가 ‘우주 재앙’을 피하려면 외계 문명과 조약을 맺어야 한다고 미국의 한 저명한 천체물리학자가 주장하고 나섰다. 2017년 태양계 밖에서 온 첫 성간 천체 ‘오무아무아’가 외계 문명의 우주선일 가능성을 제기해 화제를 모았던 아비 로엡 하버드대 교수는 23일 미 과학잡지 사이언티픽 아메리칸의 오피니언을 통해 이같은 주장을 펼쳤다. 로엡 교수는 우주에는 인류보다 훨씬 더 발전한 외계 문명이 존재할 수 있으며 이들 문명은 지구를 비롯한 우리은하를 순식간에 파괴할 수 있을 만큼 진보한 기술을 보유하고 있을지도 모른다고 경고했다.그는 기고문에서 '외계문명이 인류의 입자가속기보다 발전한 장치를 사용해 플랑크 에너지로 전자 충돌을 일으킬 수 있다'고 주장했다. 이는 디토네이션파(충격파)가 폭발 물질을 통해 연소하는 것처럼 진공 에너지 밀도가 열로 변환하는 ‘도메인 월’(domain wall)을 만들어낼 수 있다고 로엡 교수는 덧붙였다. 도메인 월은 우리은하 전체를 빛의 속도로 태울 수 있는 ‘암흑에너지 폭발’(dark energy explosion)로 특징지어질 수 있다. 문제는 이 우주 재앙이 닥치기 전 인류는 어떤 사전 경고도 받지 못한다는 것이 로엡 교수의 주장이다. 왜냐하면 위험을 알리기 위한 어떤 전조 신호도 빛보다 더 빨리 움직일 수 없기 때문이다. 그는 우리는 무엇이 우리를 덮쳤는지 절대 알지 못할 것이라고 덧붙였다. 그렇다면 현재 인류가 할 수 있는 대책은 무엇일까. 이에 대해 로엡 교수는 외계 문명과 접촉했을 때 조약을 맺어야 한다고 제안했다. 이 조약은 1963년 미국과 영국 그리고 소련이 체결했던 핵실험 금지조약과 비슷할 것이라고 로엡 교수는 예상했다.한편 오래 전부터 외계 문명에 주목해온 로엡 교수는 직접 연구한 오무아무아에 관한 연구 결과를 묶어서 소개하는 저서 ‘외계인: 지구 너머 지적 생명체의 첫 번째 징조’(Extraterrestrial: The First Sign of Intelligent Life Beyond Earth)를 최근 출간하기도 했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인류는 수많은 탐사선을 보내 태양계의 행성과 위성, 소행성 그리고 혜성 등 다양한 천체를 확인했지만, 여전히 탐사하지 못한 미지의 천체는 더 많다. 목성 궤도에서 목성과 함께 공전하는 트로이 소행성 역시 그중 하나다. 트로이 소행성은 목성 궤도의 라그랑주 점이라는 특별한 위치에 존재하는 소행성으로 목성의 앞이나 뒤에서 적당한 거리를 유지하면서 태양 주위를 공전한다. 트로이 소행성이 과학자들의 관심을 끄는 이유는 태양계 초기의 모습을 간직한 소행성 가운데 그나마 지구에서 가까운 편에 속하기 때문이다. 미국항공우주국(NASA)은 역사상 처음으로 트로이 소행성을 탐사하기 위해 올해 탐사선 ‘루시’를 발사할 예정이다. 루시는 하나가 아니라 7개의 소행성을 탐사할 계획인데, 이 역시 소행성 탐사 역사상 처음 시도되는 일이다. 트로이 소행성군에는 수많은 소행성이 있어 하나만 탐사해서는 전체를 대표한다고 섣불리 단정 지을 수 없다. 따라서 NASA는 최신 우주 탐사 기술을 집약해 2027년부터 2033년까지 총 7개의 소행성을 탐사한다는 원대한 계획을 세웠다. 루시 연구팀은 우주선 발사에 앞서 허블 우주망원경을 이용해 7개의 목표 소행성과 루시의 경로를 집중적으로 관측했다. 이동 경로에 혹시라도 알려지지 않은 소행성이 있다면 새로운 목표를 추가할 수 있고 만에 하나라도 충돌 가능성이 있다면 경로를 수정해야 하기 때문이다.연구팀은 2018년 촬영된 허블 망원경 이미지를 분석하던 도중 에우리바테스(3548 Eurybates)에서 위성으로 의심되는 작은 점을 발견했다. 하지만 이후 촬영된 사진에서는 위성의 존재를 찾을 수 없어 결과를 확신할 수 없었다. 이 경우 위성의 진위를 확인할 방법은 더 많은 사진을 찍어 서로 비교하는 것뿐이다. 위성의 공전에 따라 소행성의 뒤로 숨었다면 다음 사진에 나올 것이기 때문이다. 2020년 촬영된 이미지를 추가 분석한 연구팀은 에우리바테스 주변을 공전하는 작은 위성의 존재를 확인하는 데 성공했다. 이 위성은 1968년 올림픽 여성 성화 봉송 주자의 이름을 따 쿠에타(Queta)로 명명됐다. 쿠에타는 지름 1㎞ 정도로 지름 60~70㎞ 정도인 에우리바테스보다 6000배 어둡다. 따라서 허블 망원경으로도 작고 희미한 점 정도로만 보인다. 정확한 형태, 크기, 그리고 위성의 기원 등 여러 가지 질문들은 2027년 이 소행성을 방문할 탐사선 루시가 풀어야 할 숙제다. 과학자들은 수많은 트로이 소행성이 사실 더 큰 하나의 천체가 파괴되면서 나왔다고 보고 있다. 쿠에타와 에우리바테스 역시 하나의 천체에서 나온 파편일 가능성도 있다. 이들이 어떤 관계인지 밝히는 것도 루시의 몫이다. 이번 발견으로 루시가 탐사할 천체는 7개에서 8개로 늘어났다. 과학자들은 위성을 지닌 소행성이 생각보다 더 많을 가능성에 주목하고 있다. 어쩌면 8개 이상의 천체를 관측할 수 있을지도 모른다는 이야기다. 과연 루시가 목성 궤도에 가서 무엇을 볼지 궁금하다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com