소행성

소행성

약 2,000개의 소행성들이 태양계에서 발견되었고, 어떤 것은 쌍으로 움직이는 것처럼 보인다.

소행성들은 태양계에 있는 다른 주요행성들보다 작다.

지름이 200㎞가 넘는 큰 소행성은 30개 정도밖에 안 된다. 가장 큰 소행성인 세레스의 지름은 940㎞이고, 2번째로 큰 팔라스는 535㎞이다. 지름이 100㎞가 넘는 소행성은 250개 정도 있다. 큰 자갈 크기의 소행성은 태양계에 수백만 개 정도 있는 것으로 추측된다. 이렇게 작은 소행성들은 더 큰 소행성들이 충돌할 때 만들어졌을 것이다. 소행성 중 일부는 운석(隕石) 형태로 지구표면과 충돌한다.

큰 소행성들은 질량이 커서 형성과정에서 자체 중력으로 구형이 될 수 있었다. 이 가설은 이런 천체들의 모양이 비대칭일 때 나타날 수 있는 규칙적인 밝기변화가 적다는 사실로 입증된다. 이들이 자전하면 반사되는 표면 넓이의 변화가 규칙적으로 나타날 것이다. 더 작은 소행성들은 다양한 모양을 가질 수 있다. 예를 들면 이카루스는 지름이 2㎞밖에 안 되며 거의 구형이지만, 에로스는 납작하며 약 10×15×30㎞이다.

이카루스나 에로스처럼 지구보다 태양에 더 가까이 접근하는 궤도를 갖는 소행성들을 아폴로 소행성이라 한다.

이런 소행성들은 40개 정도가 확실히 확인되었으며, 1,000개 정도가 있을 것으로 생각된다. 일부 천문학자들은 이런 소행성을 철저하게 조사하려고 했는데, 그 이유 중 하나는 이런 소행성들이 지구와 충돌하는 것을 염려했기 때문이었다. 이런 소행성의 존재를 알고 그 궤도를 계산하면 이것들이 지구를 비켜갈 확률을 알게 된다. 큰 소행성과의 충돌은 매우 드물지만, 작은 소행성들과는 자주 충돌한다.

지름 1㎞인 소행성 3개가 100만 년 이내에 지구와 충돌할 수 있다고 예측되었다. 이 정도 크기의 소행성이 지구와 충돌하게 되면 수소폭탄의 몇 배 위력을 갖는 폭발이 일어나 지름이 13㎞ 정도 되는 구덩이가 생길 것이다. 그리고 짧은 기간 동안 전세계 기후에 교란이 생길 수 있으며, 바다에 떨어지면 큰 재해가 일어날 수 있다. 일부 연구가들은 약 6,600만 년 전 백악기 말기에 지름 10㎞ 정도의 소행성이나 운석의 충돌에 의하여 공룡과 수많은 땅과 바다의 생물들이 단지 몇 년 동안 완전히 멸망했다고 믿고 있다.

1970년대 이후 천문학자들은 실험실에서의 운석 성분분석을 보완하기 위해 소행성의 반사 스펙트럼에 정교한 분석기법을 적용했다.

이러한 노력으로 소행성의 구성성분을 더욱 잘 이해하게 되었다. 이 천체들은 암석과 금속(주로 철)이 다양한 비율로 이루어진 것 같다. 주로 암석으로 구성된 많은 소행성은 콘드룰(chondrules), 감람석(橄欖石), 휘석(輝石)의 작은 구상 포유물(규산염과 결합되어 있는 철이나 마그네슘)과 소행성의 반사율이 0.03~0.04로 어두워 보이게 만드는 다량의 탄소를 포함하고 있다. 이런 천체들은 탄소질 구립운석이라 하며, 태양계가 생성되었을 것으로 믿어지는 원시성운(原始星雲)에서 형성된 최초의 물질일 것이라고 생각된다. 이런 천체는 나이가 어린 소행성 안에 있던 방사능에 의한 열로 녹거나 운석 충돌에 의한 구조적 변형과 같은 변화를 겪지 않았다.

탄소질 구립운석 물질에 관한 1980년대 초반의 실험실 연구를 통해, 가까이 있던 1~2개의 초신성 폭발로 원시성운의 압축이 시작된 뒤 그 자체 중력으로 붕괴하여 태양과 행성들이 형성되었을 것이라는 흥미 있는 가능성이 제시되었다(분광학).

태양계에서 가장 큰 행성이면서, 행성이라기보다는 별과 닮은 목성의 중력 영향 때문에 화성과 목성 사이의 영역에는 어떤 행성도 형성될 수 없었다.

목성의 이러한 영향은 태양계에서 행성이 생성되는 동안 소행성대에 있던 물질들을 휘저어놓아 행성 크기의 천체로 되지 못하게 만들었다. 만일 모든 소행성들을 하나로 합친다면, 그 크기는 달이나 목성의 갈릴레오 위성과 같이 태양계에서 가장 커다란 위성 중의 하나일 것이라는 이론이 세워졌다. 목성중력의 영향 때문에 태양으로부터 소행성들까지의 궤도거리에는 틈새들이 있다. 커크우드 틈새라고 하는 이러한 틈새는 소행성 주기가 목성의 궤도주기의 간단한 분수로 표시(즉 1/3, 1/2)되는 영역이다.

목성은 틈새에 따라 2~3번의 소행성 공전주기마다 커크우드 틈새에 있는 소행성의 옆을 지나면서 이런 공명현상을 발생시킨다. 이러한 상호인력이 거듭됨에 따라 소행성들의 궤도는 목성에 더 접근하면서 더 커지고 더 길어진다. 그러나 결국 소행성은 궤도가 증가함에 따라 목성과의 공명이 사라진다.

최초의 소행성 발견, 즉 1801년의 세레스 발견은 보데의 법칙 때문에 놀라운 것이 아니었다.

이 법칙은 태양에서 행성까지의 거리와 비슷한 수열(數列)을 나타내는 경험식이다. 그러나 이 수열은 나중에 발견된 외행성에는 들어맞지 않는다. 이들 수 가운데 하나는 태양에서 아무런 행성도 없는 화성과 목성 궤도 사이까지의 거리에 해당된다. 그뒤 수열이 나타내는 바로 그 거리의 궤도에서 세레스가 발견됨으로써 보데의 법칙이 입증되었다. 1802년의 팔라스, 1804년의 주노, 1807년의 베스타 등 계속된 발견으로 혼동되는 사태가 발생했다.

천문학자들은 이 천체들이 어떤 행성의 파괴로 생긴 것이라고 결론지었는데 이런 생각은 3가지 이유로 더이상 인정받지 못하고 있다. 첫째, 앞에서 언급한 것처럼 소행성을 모두 합해도 하나의 행성 크기의 천체는 되지 못한다. 둘째, 목성중력의 영향으로 큰 행성은 생성단계부터 방해받았을 것이다. 셋째, 천문학자들은 태양에서의 거리에 따라 소행성의 성분과 밀도가 다르다는 것을 발견했다. 태양계 중심에서 거리가 멀어짐에 따라 구성성분은 암석-금속에서 물 및 탄소질-암석 물질로 변하며, 동시에 밀도도 감소한다. 이런 조건은 밀도나 조성의 분포가 반드시 불규칙하게 되는 행성의 파괴나 폭발로는 발생할 수 없다.

이와 반대로 지금의 이론에 따르면 이런 조건은 태양계의 생성과정과 일치하는 것 같고 행성에서 관측되는 경향과도 일치한다.