오오트구름

오오트구름은 태양계 외곽을 공 모양으로 둘러싸고 있다고 생각되는 천체들의 집단이다. 네덜란드 천문학자 오오트(Jan Hendrik Oort, 1900~1992)가 태양에서 50,000AU ~ 200,000AU (0.8~3.2광년) 떨어진 지역에 혜성(주로 장주기혜성이고 일부가 단주기혜성)들의 핵이 구 모양으로 분포한다고 제안한 가설에 기초한다. 혜성 핵이 분포하는 범위는 센타우루스자리프록시마별까지의 거리의 약 3/4까지이다. 해왕성 궤도 밖에 있는 소천체 집단으로 알려진 카이퍼대(Kuiper Belt)는 오오트구름까지 거리의 1/1000 내외에 해당하는 지역에 분포한다 (그림 1 참조). 오오트구름의 외곽은 태양 중력이 미치는 한계라고 말하기도 한다. 오오트구름을 구성하는 물질은 태양 가까이에서 형성되었으며, 그 후에 거대행성들의 중력 때문에 지금의 외곽 지역으로 튕겨나간 것으로 보인다. 오오트구름에 속한 천체는 주로 물, 암모니아, 메탄의 얼음으로 이뤄져 있다고 추정된다.

오오트구름은 태양계 안쪽으로 들어오는 장주기혜성과 핼리족혜성(Halley-type comets) 외에도 센타우루스 소행성군과 목성족혜성(Jupiter family comets)의 근원지일 가능성이 있다. 오오트구름의 외곽은 태양 중력에 느슨하게 묶여 있기 때문에, 가까운 거리를 지나가는 별 및 우리은하 자체의 중력섭동에 쉽게 영향받는다. 그 결과 일부 천체들은 궤도가 바뀌면서 태양계 안쪽으로 들어오게 되어 단주기혜성이 되었을 것이다. 그래서 단주기혜성의 대부분은 카이퍼대를 포함한 태양계 원반에서 왔지만, 일부는 오오트구름에서 왔을 것으로 추정된다.

그림 1. 오오트구름과 카이퍼대의 분포모형.()

목차

1932년, 에스토니아 천문학자 외픽(Ernst Öpik)은 태양계의 먼 외곽에 있는 궤도를 선회하는 무리에서 장주기혜성들이 왔을 거라고 생각했다. 1950년, 이러한 그의 생각은 네덜란드 천문학자 오오트(Jan Hendrik Oort)에게 영향을 미쳐 가설로 자리잡았다. 오오트는 장주기혜성들의 궤도가 불안정해 행성들의 중력섭동으로 이들이 태양계 안쪽으로 끌려 들어오거나, 밖으로 튕겨져 나갈 거라고 추측했다. 더구나 이들 혜성이 태양계 안쪽으로 반복해 들어오면 태양의 강력한 복사에너지 때문에 부숴지거나 휘발성 물질이 증발될 수밖에 없다. 그 결과, 혜성은 원래 궤도를 유지할 수 없을 거라고 추측했다.

혜성은 크게 두 가지로 나뉜다. 황도면혜성(Ecliptic comets)이라 불리는 단주기혜성과 근등방성혜성(Nearly Isotrpic comets)이라고 불리는 장주기혜성이 그것이다. 단주기혜성은 원일점거리가 10AU보다 가까운 궤도를 공전하며, 행성들이 공전하는 황도면에 분포한다. 반면에, 장주기혜성의 대부분은 원일점거리가 수 천 AU보다 먼 궤도를 공전하며, 천구의 모든 방향에서 나타난다. 오오트는 원일점이 대략 20,000AU인 장주기혜성들의 수가 가장 많을 거라고 추측했다. 그 만한 거리에 공 모양으로 된 등방적인 분포를 가진 혜성들의 모체가 있을 거라는 뜻이다.

오오트구름은 태양으로부터 최소 2,000 ~ 5,000 AU, 최대 50,000 AU 사이의 어딘가에 존재한다고 추측된다(그림 참조). 하지만 일부 천문학자들은 그 외곽이 100,000 ~ 200,000 AU에 있을 거라고 생각 한다. 오오트구름은 다시 공 모양으로 된 오오트구름(20,000 ~ 50,000 AU)과 그 안쪽에 있는 도넛 모형의 오오트구름(2,000 ~ 20,000 AU)으로 다시 세분된다. 외곽 구름은 태양 방향으로 약하게 묶여 장주기혜성들이 분포하는 것으로 추정하고 있다. 반면에 그 안쪽의 도넛 모양의 구름은 1981년 그 존재를 제안한 미국 천문학자 힐스(J. G. Hills)의 이름을 딴 힐스 구름(Hills cloud)이라고 알려져 있다. 외곽 오오트구름에는 크기가 1km보다 큰 1조개 넘는 천체가 분포한다고 생각되지만, 전체 질량은 정확하게 알려져 있지 않다. 핼리혜성도 바로 이 지역에서 날아온 것으로 추정된다. 지금까지 혜성들에 대한 관측 결과를 바탕으로 추정하면 오오트구름 물질의 대부분은 물, 메테인, 에탄, 일산화탄소(CO), 시안화수소(HCN)와 같은 다양한 얼음 물질으로 되어 있다.

오오트구름은 약 46억 년 전, 태양계 형성 이후에 남은 원시행성원반의 잔재물로 생각된다. 가장 널리 받아들여지는 가설은 오오트구름을 이루는 천체가 처음에는 태양에서 가까운 지역에 분포했지만, 목성과 같은 거대 행성의 중력섭동 때문에 밖으로 튕겨져 나가, 긴 타원궤도나 포물선궤도로 변했다는 것이다. 페르난데스(Julio Ángel Fernández)의 모형에 따르면 주기혜성의 대부분은 산란원반(scattered disk)에 기원을 두고 있지만, 일부는 오오트구름에서 유래했을 가능성이 있다고 제안했다. 그의 모형에 따르면 이러한 천체의 약 1/2은 오르트구름 방향인 태양계 외곽으로 튕겨져 나갔으며 나머지 1/4은 목성궤도 안쪽으로, 그 나머지 1/4은 쌍곡선궤도로 밀려났다는 것이다. 최근 개선된 모형에 따르면 태양계 형성 초기에 일어난 잦은 충돌로 대부분의 혜성은 오오트구름에 도달하기 전에 파괴되었으며, 현재 오오트구름의 질량은 초기 질량보다 훨씬 작다고 생각된다. 또한 가까운 거리를 두고 지나가는 별들의 중력과 우리은하의 조석력 때문에 오오트구름에 속한 혜성들의 궤도가 크게 변형되는 것으로 보인다. 실제로 이들 혜성은 천구의 여러 방향에서 나타나며 이들이 탈출한 오오트구름이 공 모양이라는 점이 부각된다. 반면에, 태양의 중력에 상대적으로 더 강하게 묶여 있는 힐스구름은 구보다는 원반 형태가 두드러진 모습을 띤다.