명왕성은 행성아니라는 결정적 증거 나와 / 태양계 끝 행성의 자기장, 고체이면서 액체인 얼음이 만든다 / 천왕성과 해왕성의 '다이아몬드 비'

명왕성은 행성아니라는 결정적 증거 나와

기사입력 2011-11-11 03:00:00 기사수정 2011-11-11 09:40:43      

인근 왜소행성 ‘에리스’ 명왕성 쌍둥이로 밝혀져

크기가 명왕성과 거의 같은 것으로 밝혀진 왜소행성 에리스의 상상도. 유럽남반구천문대(ESO) 제공

 

‘수금지화목토천해’. 태양계 행성은 이 8개뿐이라는 사실이 확실해지고 있다.

6년 전 명왕성을 태양계 행성에서 퇴출하는 데 결정적 역할을 했던 천체가 최근 명왕성의 쌍둥이로 밝혀졌기 때문이다. 명왕성 근처에 이런 쌍둥이가 있다면 명왕성만 행성이라 하기에 무리가 있다는 것이다.

프랑스 파리천문대 브뤼노 시카르디 교수가 이끄는 국제공동연구팀은 왜소행성 ‘에리스’의 지름이 명왕성과 비슷한 2326km로 관측됐다고 과학저널 ‘네이처’의 지난달 27일자에 발표했다. 이 연구팀은 칠레에 있는 유럽남반구천문대(ESO)에서 에리스가 멀리 있는 별을 가리는 현상(성식)을 이용해 약 12km 오차범위로 크기를 구했다. 성식은 태양계 천체의 크기를 정확하게 재는 데 유용하다고 알려져 있다. 1930년 미국의 클라이드 톰보가 발견한 명왕성은 대기 때문에 크기를 정확히 측정하지 못했는데 지름이 2300∼2400km로 추정되고 있다.

2005년 발견된 에리스는 그리스 신화 속 ‘분쟁의 여신’에서 따온 이름에 걸맞게 ‘행성이란 무엇인가’라는 논란에 불을 붙였다. 당시 에리스의 발견자 미국 캘리포니아공대 마이클 브라운 교수는 에리스가 명왕성보다 25% 더 큰 것을 확인하고 에리스를 태양계의 10번째 행성이라고 주장했다. 명왕성에 이어 미국인이 발견한 두 번째 행성이 되길 바랐던 것이다.

이에 국제천문연맹은 2006년 8월 총회를 열어 전 세계 천문학자들이 격렬한 토론을 벌인 끝에 에리스를 행성이 아니라 왜소행성이라고 결론지었다. 이 와중에 에리스보다 작은 명왕성은 행성 지위를 박탈당했다. 천문학자들이 행성을 태양 둘레를 도는 둥근 천체 중에서 자기 주변의 물체들을 싹 쓸어버리고 홀로 남은 천체로 정의했기 때문이다. 에리스나 명왕성은 태양을 도는 둥근 천체이지만 둘 중 어느 하나가 그 주변을 정리하고 살아남은 천체라고 할 수 없어 왜소행성으로 분류했다.

올해 초 시카르디 교수팀의 초기 분석 결과가 알려지면서 미국에서는 명왕성이 에리스보다 더 클 수 있는 만큼 다시 행성자격을 부여해야 하지 않느냐는 주장도 나왔다.

하지만 한국천문연구원 최영준 선임연구원은 “에리스와 명왕성 중 어떤 것이 크냐에 상관없이 명왕성의 행성 퇴출의 부당성을 주장할 근거는 없다”며 “에리스 명왕성뿐 아니라 해왕성 궤도보다 먼 곳에는 지름 1000km 이상의 왜소행성이 상당히 많을 것으로 예상되기 때문”이라고 말했다. 이충환 동아사이언스 기자 cosmos@donga.com

 

태양계 끝 행성의 자기장, 고체이면서 액체인 얼음이 만든다

이영완 과학전문기자 입력 2021. 10. 15. 07:47 수정 2021. 10. 15. 08:18 댓글 26개

 

[사이언스샷]

2018년 보이저 2호가 촬영한 해왕성./NASA

보랏빛을 띠는 파란색의 행성은 보이저 2호가 태양계를 벗어나기 전에 2018년 찍은 해왕성이다. 2006년 명왕성이 행성 아래 단계인 왜소행성으로 지위가 격하되면서 해왕성은 8개 행성으로 이뤄진 태양계의 맨 끝을 차지했다. 과학자들이 태양계 끝자락에 있는 행성들에서 나오는 자기장은 고체이면서도 액체인 이상한 얼음이 만들어낸다는 사실을 알아냈다. 미국 시카고대의 비탈리 프라카펜카 교수 연구진은 14일(현지 시각) 국제 학술지 ‘네이처 물리학’에 “전기가 통하는 고온의 초이온 얼음이 천왕성과 해왕성 같은 거대 얼음 행성에서 자기장을 만들어낼 수 있다”고 밝혔다.

 

물은 수소 원자 두 개와 산소 원자 하나로 이뤄진다. 수소와 산소는 수소결합으로 연결된다. 물은 상황에 따라 다양한 형태가 된다. 온도가 내려가면 고체 상태인 얼음이 되고 끓으면 기체인 수증기가 된다. 초이온 얼음은 수소, 산소 원자 간의 결합 상태가 일반 물과 다르다. 수천 도에 이르는 고온에서 엄청난 압력을 받으면 산소가 고체처럼 격자 결정을 이룬 구조 위로 수소 이온이 물처럼 흘러 다니는 상태가 된다. 즉 초이온 얼음은 고체이면서 동시에 액체인 것이다. 수소가 액체처럼 이동하면서 초이온 얼음은 금속처럼 전기가 통한다.

 

학계에서는 온도와 압력이 높은 천왕성과 해왕성의 내부에 초이온 얼음이 있을 것으로 추정해왔다. 연구진은 이를 입증하기 위해 고에너지 입자가속기로 X선을 머리카락 굵기의 30분의 1에 해당하는 3마이크로미터에 집중시켰다. 그 결과 압력을 대기압의 150만 배까지, 온도는 섭씨 6200도까지 변화시킬 수 있었다. 연구진은 이런 고온, 고압 상태에서 초이온 얼음이 두 가지 형태로 만들어지며, 그 중 하나가 천왕성, 해왕성 같은 거대 얼음 행성의 내부에 존재할 수 있다고 밝혔다. 카네기과학연구소의 알렉산더 곤차로프 박사는 “가상 실험 결과 두 행성에서 나오는 자기장은 깊이가 얕은 곳에 있는 액체 층에서 발생한다는 점을 알려줬다”며 “이번에 확인한 두 초이온 얼음 중 한 구조가 이런 자기장 형성 지역과 같은 조건에서 존재할 수 있다”고 밝혔다.

 

자기장은 행성의 보호막과 같다. 지구의 생명체는 자기장이 태양에서 날아오는 고에너지 입자들을 막아주기 때문에 살 수 있다. 지구의 자기장은 안쪽의 금속성 액체가 만들어낸다. 지구 외핵은 철과 니켈 등으로 구성된 유체로서, 내부의 온도 차이 등에 따른 대류로 인하여 끊임없이 움직인다. 이러면 마치 발전기가 전기를 생산하듯 유도전류가 만들어지고, 이로 인해 지구의 회전축을 따라 지구자기장이 형성된다.

 

 

[아하! 우주] 천왕성과 해왕성의 '다이아몬드 비' 우주 곳곳서 내린다

윤태희입력 2022.09.04. 11:46

[서울신문 나우뉴스]

천왕성과 해왕성의 ‘다이아몬드 비’ 우주 곳곳서 내린다 / 사진=SLAC

태양계 행성인 천왕성과 해왕성에서 다이아몬드가 비처럼 내리는 현상이 우주 곳곳에서 일어나고 있을 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다. 천왕성과 해왕성 표면 아래에는 수소와 탄소 등이 고온, 고밀도의 액체 상태로 존재한다. 그곳에서 다이아몬드가 생성돼 1만 ㎞ 이상 밑에 있는 지구 만한 크기의 암석형 핵을 향해 천천히 가라앉고 있는 것으로 추정되는 데 이를 ‘다이아몬드 비’ 현상이라고 한다. 독일 헬름홀츠젠트룸 드레스텐로젠도르프 연구소(HZDR) 등 국제 연구진은 일반적인 플라스틱을 사용한 실험으로 다이아몬드 비 현상을 재현하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구진은 “수소와 탄소에 산소가 더해지면 다이아몬드 비 현상은 지금까지 예상보다 일반적일 가능성이 있다”고 지적했다.

미 항공우주국(NASA)의 탐사선 보이저 2호가 포착한 천왕성(왼쪽)과 해왕성의 모습. / 사진=NASA

태양계 밖에는 천왕성이나 해왕성과 같은 거대한 얼음 행성이 가장 많이 존재하는 것으로 여겨진다. 따라서 다이아몬드 비 현상은 우주 곳곳에서 일어나고 있을 가능성이 있다는 게 연구진의 설명이다. 연구에 참여한 HZDR 소속 물리학자인 도미니크 클라우스 박사는 “다이아몬드 비는 지구상에서 내리는 비와 전혀 다르다”고 설명했다.

클라우스 박사는 “다이아몬드는 수백 ㎞ 이상에 걸쳐 광범위한 층을 형성할 수 있다. 다이아몬드라고 해도 아름다운 보석처럼 빛날 가능성은 낮지만, 생성되는 구조는 지구의 것과 같다”고 말했다. 연구진은 다이아몬드 비 현상을 재현하고자 탄소와 수소, 산소의 혼합물로 식품 포장용기와 페트병에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 준비했다. 실험에 쓴 PET는 연구 목적으로 완전히 새로 만든 것이다. 클라우스 박사는 “이론적으로 콜라 페트병을 써도 실험할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

연구진은 미국 캘리포니아주 스탠퍼드 국립가속기연구소(SLAC)에서 해당 플라스틱에 고출력 레이저를 조사했다. 극히 밝은 엑스(X)선을 매우 빠르게 조사해 맨눈으로는 보이지 않는 입자상 나노 다이아몬드가 생성되는 과정을 관찰하는 데 성공했다. 클라우스 박사는 “천왕성이나 해왕성 같은 행성에는 산소가 다량 존재해 탄소로부터 수소 원자를 빼앗기가 쉽다. 그만큼 다이아몬드가 만들어지기 쉽다”고 말했다. 실험은 나노 다이아몬드의 새로운 제조법 개발 가능성도 보여준다. 나노 다이아몬드의 용도는 폭넓게 약효 성분을 조절하는 약물 전달 기술이나 비침습성 수술, 양자전자 기술 등에도 이용된다.

자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 최신호(2일자)에 실렸다.