태양계 밖으로....

2006년 명왕성이 태양계의 마지막 행성에 퇴출되고 왜행성으로 퇴출되었다. 

따라서 태양계의 행성으로 마지막은 해왕성이 되었다. 해왕성은 태양계 궤도를 구분할 때 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 해왕성의 발견은 천왕성의 궤도를 연구하던 중 실측보다 계산에 의해 먼저 자신을 알렸다. 그만큼 해왕성의 중력은 엄청나다고 할 수 있고 이는 천체의 질량이 높다는 반증이고 실제로도 천왕성보다 약간 더 무겁다. 실제로 해왕성은 해왕성 주변과 그 이후 태양계 영역에서 막대한 중력을 자랑하고 있는...어쩌면 외곽 지역의 슬럼가를 장악한 갱단 두목 같은 녀석이다. 

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그렇다면 태양계의 슬럼가 그 곳은 어떤 곳일까?

태양계의 슬럼가는 크게 2 곳으로 나뉜다. 첫째 해왕성의 주변 영역과 해왕성 바깥 영역으로 구분된다. 해왕성 부근은 다시 2개의 천체 그룹으로 나뉜다. 켄타우루스 소행성 그룹과 해왕성 토로이 그룹이다.

첫번째로 해왕성 주변 영역을 살펴보면, 켄타우루스 소행성 그룹은 소행성과 혜성의 특징을 모두 보이는 특징이 있다. 그 중에서 2060 키론이라는 천체가 가장 대표적이다. 2060 키론은 목성형 행성의 궤도를 통과하기 때문에 과거부터 점성술에서 중요하게 취급되었지만 동역학적으로 매우 불안정하다.

해왕성 트로이 그룹은 2007년 3월까지 6개의 천체가 발견되었다. 2001, QR322, UP10, 2005 TN53, 2005 TO74, 2006 RJ103, 2007 RW10이다. 이들은 해왕성과 같은 공전 주기를 가지고 있으며 해왕성 공전궤도의 L4 부근에 존재한다. 그러나 L5 부근에는 지름 100km 이상의 트로이 그룹의 천체가 목성 트로이 그룹과 비교해 10배 이상이 될 것으로 추정되고 있다.

두번째 바깥영역을 살펴보면, 카이퍼 벨트 천체(KBO), 산란 분포대 천체(SDO), 오르트 구름 천체(OCO)로 3 그룹으로 구분하고 있다. 

카이퍼 벨트(kuiper belt)는 태양으로부터 30~55AU(해왕성은 30.1AU)는 매우 작은 얼음과 가스 덩어리를 포함한 다양한 천체들이 원반형으로 넓은 영역을 지배하고 있다. 이 곳은 해왕성의 중력이 지배하고 있는데, 우주의 오랜 시간만큼이나 해왕성의 중력의 영향을 받은 이 곳은 해왕성의 공전으로 인한 중력 변화가 카이퍼 벨트내 특정 지역에서 불안정성을 증가시켰고 그리고 인해 틈이 만들어졌다. 즉 해왕성의 공전 주기와 그 천체의 공전주기가 1 : 2 혹은 3 : 4와 같은 특정한 비율에 따라 나타나게 된 것으로 이를 궤도 공명이라 한다. 따라서 카이퍼 벨트는 다시 2 그룹으로 나뉘게 된다. 

첫째, 고전적으로 정의되었던 카이퍼 벨트, 즉 해왕성의 중력 영향을 받지 않는 카이퍼벨트 천체(또는 QB1)과 해왕성의 궤도 공명의 효과를 받는 '공명 해왕성 바깥 천체'로 나뉘게 된다. 

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먼저 공명 해왕성 바깥 천체(resonant trans-Neptunian object)부터 살펴보자. 공명해왕성 바깥천체는 해왕성보다 더 먼 부근에서 태양을 공전하는데, 이들 천체들의 공전주기가 해왕성의 중력의 영향으로 해왕성의 공전주기와 정수 비율로 공전하는 현상 즉 궤도 공명이 나타나는 천체를 의미한다. 따라서 해왕성과 천체간의 공전주기의 정수비로 구분할 수 있다. 공명 비율은 1 : 1, 2 1 : 2, 2 : 3, 2 : 5, 3 : 5, 4 : 7, 기타 공명 등이 있다. 

이 중 중요한 공명 주기만 살펴보면, 1 : 1 공명은 해왕성의 공전 주기와 같기 때문에 이는 해왕성 트로이족 천체에서 나타난다. 2 : 3 공명은 39.4AU의 궤도 반경과 공전주기가 약 250년이다. 즉 명왕성의 공전 특성과 일치하는 것으로 이를 명왕성 그룹이라고 부르며 여기에 속하는 천체는 약 100여개 정도가 있다. 

그렇다면 궁금한 부분이 있을 것이다. 앞서 언급한 해왕성 주변 영역의 트로이 그룹의 천체들도 결국은 해왕성의 궤도 공명 효과를 받는 것이다. 그리고 명왕성도 해왕성의 중력권 하에 있는 2 : 3 공명을 가지는 '공명 해왕성 바깥 천체'의 그룹 중 하나인 것이다. 그런데 문제는 이 다음이다. 

카이퍼벨트 천체는 QB1(cubewano)라고 불리기도 하는데, 해왕성의 궤도 공명 효과를 받지 않는 천체다. 이들 천체는 명왕성과 달리 해왕성의 궤도 곰영 효과를 받지 않는다. 1992년에 발견된 15760 / 1992 QB1, 마케마케, 하우메아, 콰오아르, 바루나, 2002 TX300, 2002 AW197, 2002 UX25 등이 있다. 이 중 마케마케, 하우메아는 명왕성만큼 큰 천체이면서 명왕성과 달리 해왕성의 중력권 밖에 있는 천체이기 때문이다.

그 다음으로 산란분포대(SD)를 살펴보자. 이 곳의 근일점은 약 35AU로 해왕성의 중력으로 인해 높은 궤도의 경사와 이심률을 가지고 있다. 이로 인해 황도면 위 아래로 넓게 분포하고 높은 이심률을 보이는 궤도를 지니고 있다. 이로 인해 관측이 매우 까다로운 특징을 보인다. 또한 이 곳에 분포한 대부분의 천체는 해왕성의 중력에 영향을 거의 받지 않는다. 하지만 일부 해왕성의 궤도 공명을 보이는 천체는 매우 높은 차수의 궤도 고명을 미약하게 받고 있다 그런데 이 곳에서 드디어 명왕성보다 큰 에리스라는 천체가 발견되었다. 에리스는 명왕성보다 클 뿐만 아니라 궤도 공명도 보이지 않는다. 

마지막으로 태양계의 끝으로 알려진 오르트 구름(Oort cloud) 영역이다. 그 이전까지는 명왕성이 속한 카이퍼 벨트가 우주의 끝으로 알려져 있었지만 태양으로부터 5만 AU 혹은 1광년 떨어진 부근에 무작위로 떠돌아다니는 혜성의 구름 영역이 있을 것이라는 가상 모형이다. 이 거리는 우리 태양계로부터 가장 가가울 것이라고 관측되는 적색왜성 Proxima Centaun(4.22 광년)와의 거리에 1/4 수준이다. 물론 이 별은 맨 눈으로 볼 수 없는 겉보기 등급 11등급(절대 밝기 15.5등급)이다. 또한 원반형의 카이퍼 벨트의 구간은 오르트 구름 영역에 0.001배보다 작다.

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