해왕성 궤도 너머에는 무엇이 있을까?

해왕성 궤도 너머에 있는 해왕성 바깥 천체는 상대적으로 우리가 알고 있는 정보가 적습니다. 또한 이곳에 해당하는 천체는 대부분 작고, 암석과 얼음으로 이루어져 있습니다. 가장 큰 것이 지구 직경의 5분의 1이고, 질량은 달보다도 작습니다. 혹자는 이 구역을 “외태양계”라고도 하는데, 또 다른 사람들은 이 용어를 소행성대 너머의 구역(외행성계)을 가리킬 때 사용하여 혼동되기도 합니다. 이에 해당하는 공간에는 카이퍼 대, 행성 하우메아와 마케마케, 명왕성 등이 있습니다. 오늘은 카이퍼대, 외행성 하우메아와 마케마케를 위주로 이야기하고 명왕성에 대해서는 다음 시간에 설명하도록 하겠습니다.

 

카이퍼대

카이퍼 대(Kuiper Belt)는 태양계의 외곽에 위치한 거대한 고리 모양의 영역입니다. 이곳은 소행성대와 비슷하지만, 주요 구성 물질이 얼음이라는 점에서 차이가 있습니다. 카이퍼 대는 태양에서 약 30~50 천문단위(AU) 떨어진 곳에 형성되어 있습니다. 1 천문단위는 태양과 지구 사이의 거리로 약 1억 5천만 km에 해당합니다.

 

카이퍼대는 다양한 크기의 작은 천체들이 많이 존재합니다. 대부분의 천체는 소천체(작고 둥근 천체)로, 이들은 태양 주위를 공전하고 있습니다. 몇몇 큰 천체는 왜행성으로 불릴 가능성이 있으며, 예를 들어 50000 콰오아, 20000 바루나, 90482 오르쿠스 등이 있습니다. 카이퍼대에는 지름 50km 이상의 천체가 약 10만 개 이상 있을 것으로 추정되지만, 이들의 질량을 모두 합쳐도 지구 질량의 1,000분의 1에서 100분의 1에 불과합니다. 카이퍼 대의 천체들은 해왕성 궤도(태양에서 약 30AU)보다 바깥쪽에 있으며, 황도면 부근에 밀집해 있습니다. 황도면은 태양 주위를 도는 행성들의 공전 궤도가 거의 일직선으로 이루어진 평면입니다. 카이퍼대는 오르트 구름과 연결되어 있다고 생각되며, 약 48~50AU까지 이어집니다. 이 바깥쪽은 '산란 분포대'라고 부릅니다.

 

카이퍼 대 천체들은 대부분 궤도가 행성의 공전궤도면과 어긋나 있습니다. 해왕성의 중력 영향을 많이 받는 고전 카이퍼 대와 산란 분포대 등으로 나뉘며, 각각의 천체는 서로 다른 궤도를 가지고 있습니다. 카이퍼 대 천체들은 해왕성과 공전주기의 비율에 따라 분류됩니다. 공명 카이퍼 대는 해왕성과 공전 주기가 정수 비율인 천체들입니다. 예를 들어, 명왕성은 해왕성과 2:3 공명을 이루고 있습니다. 산란 분포대 천체는 해왕성의 중력 영향을 받으며 궤도가 길고 이심률이 높습니다.

 

카이퍼대는 1943년 아일랜드의 천문학자 케네스 에지워스와 1951년 미국의 천문학자 제라드 카이퍼가 처음 예측했습니다. 1992년 데이비드 주잇과 제인 루가 카이퍼 대 천체인 1992 QB1을 발견하면서 이론이 입증되었습니다. NASA의 뉴 허라이즌스 탐사선은 2015년 명왕성과 카론을 근접 비행하고, 2019년 카이퍼 대 천체 2014 MU69를 관측했습니다. 이는 카이퍼 대 연구에 크게 기여했습니다.

 

하우메아

하우메아는 태양에서 약 43.34 AU(천문 단위) 떨어져 있으며, 이는 지구와 태양 사이 거리의 약 43배입니다. 하우메아는 특이하게도 달걀 모양을 하고 있으며, 두 개의 위성을 가지고 있습니다. 이 위성들은 하우메아와 충돌한 후 떨어져 나갔다고 생각됩니다. 하우메아는 2004년과 2005년에 각각 미국과 스페인의 과학자들에 의해 발견되었습니다. 처음에는 2003 EL61이라는 이름으로 불렸지만, 2008년에 왜행성으로 분류되면서 하와이 신화 속 여신 이름을 따서 하우메아라고 불리게 되었습니다.

 

하우메아는 빠르게 자전하여 타원체 모양을 하고 있습니다. 크기는 약 1960 × 1518 × 996km로, 질량은 명왕성의 약 32%입니다. 표면에는 얼음이 많으며, 자전 속도가 매우 빨라 하루에 한 바퀴를 돕니다. 또한, 하우메아에는 고리가 있습니다.

하우메아의 고리는 하우메아의 중심에서 약 2,287km 떨어진 곳에 있으며, 약 70km의 너비를 가지고 있습니다. 이 고리는 하우메아의 전체 밝기 중 5%를 차지하며, 하우메아가 3번 자전할 때마다 고리의 입자는 1번 공전합니다. 그리고 하우메아에는 두 개의 위성이 있습니다. 이 위성들은 하와이 신화 속 하우메아 자식들의 이름을 따서 "히이아카(Hi'iaka)"와 "나마카(Namaka)"로 명명되었습니다. 이 위성들은 모두 2005년에 발견되었으며, 크기가 400km를 넘지 않습니다

 

마케마케

마케마케는 태양에서 약 45.79AU 떨어져 있으며, 카이퍼대에 있는 천체 중에서 명왕성 다음으로 밝습니다. 현재 태양에서 약 52AU 떨어져 있으며, 점점 태양에 가까워지고 있습니다. 마케마케는 2005년에 발견되었으며, 처음에는 2005 FY9이라는 이름으로 불렸습니다. 2008년에 왜행성으로 공식 인정되면서 이스터섬의 신화 속 조물주의 이름인 마케마케를 따서 이름 지어졌습니다. 하우메아와 마케마케 둘 다 해왕성의 중력에 영향을 받지 않으며, 태양을 중심으로 독자적인 궤도를 돕니다. 하우메아의 궤도 경사각은 28도, 마케마케의 궤도 경사각은 29도로, 이는 명왕성보다 더 크게 기울어져 있습니다.

 

마케마케는 명왕성의 약 3분의 2 크기이며, 태양계에서 세 번째로 큰 왜행성입니다. 표면은 붉은색을 띠고 있으며, 메탄 얼음이 많습니다. 이에 따라 일시적인 대기가 있을 수 있습니다. 궤도 경사각이 크고, 태양을 도는 궤도는 약간 타원형입니다.

마케마케의 크기는 약 1,500km로 추정되며, 이는 하우메아보다 약간 더 큽니다. 마케마케는 명왕성과 에리스 다음으로 카이퍼 대 천체 중 세 번째로 큰 왜행성입니다. 마케마케의 표면은 명왕성과 유사한 메탄 얼음 조각들로 덮여 있으며, 이는 마케마케 표면에 일시적인 대기가 존재할 가능성을 시사합니다.