이전에 설명한 바 있는 소행성 탐사선 던 (Dawn) 은 2011 년 마침내 태양계에서 2번째로 큰 소행성으로 불리면서도 지금까지 우리가 잘 알지 못했던 소행성 베스타에 도달하여 이전과는 비교할 수 없이 세밀한 영상과 관측자료를 보내왔습니다. 오늘은 이 자료를 바탕으로 마침내 베일을 벗은 베스타에 대해서 알아보기로 합니다. 편의상 경어는 생략 합니다. (탐사선 던에 대해서는 http://blog.naver.com/jjy0501/100092868377 )
1. 베스타 (Vesta) 의 발견과 명칭의 유래
베스타는 (그리스의 동급 여신은 헤스티아) 로마 신화에서 건강과 가정, 집안을 담당하는 처녀 신의 이름이다. 부엌의 여신이라고도 불리며 아마도 불 자체와 불과 연과된 것들을 숭배해 오다가 이것이 신앙으로 발전한 것으로 보인다. 고대 로마에서는 공적인 신앙의 대상으로 포로 로마노에 베스타 신전이 존재했으며 그 상징인 성화가 꺼지는 것은 국가 멸망의 징조로 여겨 이를 극진히 보호했다.
이를 위해 귀족집안의 처녀로 구성된 베스타의 여사제 (베스타리스) 가 이 신전을 받들었다. 만약 이 처녀를 범하는 자가 있다면 이는 고대 로마에서는 가장 극형으로 다스릴 만큼 이 의식은 중요하게 여겨졌다.
소행성 베스타는 4 베스타 (4 Vesta) 라는 이름으로도 불리웠는데 이는 발견된 순서와 연관이 있다. 베스타를 발견한 것은 독일의 천문학자 하인리히 빌헬름 올버스 (Heinrich Wilhelm Olbers) 였는데 그는 최초로 발견된 소행성인 세레스 (현재는 왜행성이라고 부르지만) 에 이어 두번째 소행성인 팔라스 (Pallas) 를 1802 년에 발견 보고했다. 다시 5년이 지난 뒤 1807 년 3월 29 일 올버스는 베스타를 발견했는데 그전인 1804 년에 소행성 주노 (Juno) 가 발견되었으므로 그 명칭은 4 베스타 (4 Vesta) 로 정해졌다.
사실 이 명칭은 이 발견이 가능하게 미지의 천체의 예상 위치를 계산한 수학자 가우스 (Carl Friedrich Gauss) 가 정한 것이었다. 올버스는 그에게 명명의 영예를 돌렸고 가우스는 이미 명명된 신화상의 여신들인 세레스, 팔라스, 주노 (여기서 팔라스는 팔라스 아테네를 의미) 여신에 이은 새로운 로마의 여신 베스타의 이름을 따기로 결졍했다. 다만 당시에는 소행성이라는 개념이 없어 명명될 당시에는 모두 행성이었다.
더구나 베스타가 발견된 후 38 년 동안 (아마도 관측 기술이 한동안 답보 상태였기 때문이겠지만) 새로운 소행성이 전혀 발견되지 않았다. 당시엔 명왕성과 해왕성이 발견되지 않았기 때문에 태양계의 행성은 이들 4개 소행성을 합쳐 총 11 개였던 시절이 있었다. 지금 생각해 보면 이상하지만 당시엔 소행성대라는 개념이 없었으므로 굳이 태양계내의 천체들을 복잡하게 구분할 필요가 없이 행성과 그 위성이라는 분류 정도면 적당했다. 훗날 소행성대에 무수한 소행성이 존재함을 알게 된 이후 이들은 소행성으로 다시 분류되었으며 왜행성이라는 세분류가 하나 더 생기면서 이들중 가장 큰 세레스는 왜행성이 되었다.
2. 베스타의 일반적 특징
초기 관측에서 베스타는 작은 점으로 보였다. 구체적으로 크기가 얼마인지에 대해서 처음 측정이 시도된 것은 1825 년으로 당시엔 383 - 444 km 이라는 값을 얻었다. 이 값은 약간 실제 크기보단 작지만 그래도 19세기 초라는 점을 감안하면 꽤 자세한 측정이 이루어진 셈이다. 1879 년에는 513 ± 17 라는 꽤 근사치가 얻어졌다. 그러나 오히려 이후 그 크기는 390 - 602 km 사이에서 계속 합의점을 찾을 수 없었다.
그 이유는 베스타가 둥근 원형이 아니라 감자 내지는 만두 처럼 생겨서 공전함에 따라 밝기와 최대 지름이 관측할 때 마다 변했기 때문이었다. 오늘날 가장 자세한 관측에 의하면 베스타는 578 X 560 X 458 km 길이 (평균 529 km) 의 감자 모양 천체이다. (아래 사진 참조) 과학자들은 아마도 베스타 보다 더 큰 지름 500 km 급 이상의 천체들은 자체 중력에 의해 원형의 형태를 띄는 것으로 생각해 왔다. 따라서 거의 원형이 아닌 약간 불규칙한 형태의 소행성 가운데 베스타는 가장 거대한 축에 속한다고 할 수 있다.
(탐사선 던이 찍은 사진을 이용해 베스타의 공전을 움직이는 사진으로 관찰하면 크기를 구하기가 쉽지 않았음을 쉽게 이해할 수 있다. 찌그러진 모양으로 공전할 뿐 아니라 표면을 구성하는 물질의 밝기도 일정하지 않다 This file is in the public domain because it was created by NASA. )
한편 그 질량에 대해서 구하기는 크기보다 훨씬 힘들었다. 하지만 베스타는 소행성대에 천체중에 가장
빨리 정확한 질량이 측정된 천체이다. 그 이유는 다른 소행성인 197 아레테 (197 Arete) 가 18 년 마다 베스타에 0.04 AU 거리까지 접근하게 되는데 이 때 상호간의 중력 간섭을 측정하여 얼만큼의 질량을 가졌는지 간접 측정이 가능했던 것이다. 1966 년의 결과 값은 태양 질량의 (1.20 ± 0.08) × 10−10 배 였다. 이후 좀더 자세한 관측이 이루어져 이 천체가 2.59 X 1020 kg 의 질량을 가졌음을 알게되었다. 따라서 밀도는 비교적 높은 3.42 g/㎤ 이다.
빨리 정확한 질량이 측정된 천체이다. 그 이유는 다른 소행성인 197 아레테 (197 Arete) 가 18 년 마다 베스타에 0.04 AU 거리까지 접근하게 되는데 이 때 상호간의 중력 간섭을 측정하여 얼만큼의 질량을 가졌는지 간접 측정이 가능했던 것이다. 1966 년의 결과 값은 태양 질량의 (1.20 ± 0.08) × 10−10 배 였다. 이후 좀더 자세한 관측이 이루어져 이 천체가 2.59 X 1020 kg 의 질량을 가졌음을 알게되었다. 따라서 밀도는 비교적 높은 3.42 g/㎤ 이다.
베스타의 궤도는 베스타의 모든 특징 가운데서 처음부터 가장 정확하게 측정이 가능했다. 원일점은 2.572 AU, 근일점은 2.151 AU 이며 평균 궤도는 2.361 AU (3 억 5326 만 km) 이다. 1년은 1325 일 (3.63년)이며 공전 속도는 꽤 빨라서 5.342 시간 (지구 날로 0.22 일) 이다. 이를 포함한 기타 특징을 아래 정리했다.
크기 : 578 X 560 X 458 km (평균 529 km)
질량 : 2.59 X 1020 kg
밀도 : 3.42 g/㎤
궤도 : 원일점 2.572 AU, 근일점 2.151 AU, 준주 궤도 2.361 AU (3 억 5326 만 km)
공전 주기 : 1325 일 (3.63년)
자전 주기 : 5.342 시간 (지구 날로 0.22 일)
표면 중력 : 0.022 g (0.22 ㎨ )
탈출 속도 : 0.35 km/s
표면 온도 : 평균 85 K (영하 188 도 (섭씨))
최대 270 K (영하 3 도)
알베도 : 0.423
겉보기 등급 : 5.1 - 8.48
참고로 사실 베스타는 부피로 볼 때는 소행성대에서 세레스와 팔라스 다음으로 큰 천체이다. 즉 부피로는 3번째다. 그러나 베스타는 밀도가 꽤 높아서 질량으로 따지면 소행성대에서 2번째로 크다. 이는 세레스의 2 g/㎤ 이나 2.8 g/㎤ 이내로 생각되는 팔라스 보다 큰 수치이다. 사실 베스타는 질량으로 볼 때 세레스와 비교해서도 28% 작을 뿐이다. 덩치가 절반 수준인 걸 생각하면 크기는 작아도 체중은 헤비급인 셈이다.
그런데 솔직히 말해서 우리들은 소행성의 표면을 비롯한 자세한 성질에 대해서 정말 감질나게 작은 정보만을 알고 있었다. 그 이유는 이 천체들이 태양계에 존재해도 사실 지구에서 최대 2억 km 이상 떨어져 있기 때문에 지상이나 심지어 허블 우주 망원경으로 봐도 흐릿한 영상 밖에 얻을 수 없었기 때문이다.
위의 사진이 우리가 베스타에 대해 얻을 수 있었던 가장 좋은 사진이었다. 이 사진으로도 베스타가 단순한 감자가 아니라 사실은 표면 지형이 꽤 있을 것으로 추정해 볼 수 있지만 이것만으로는 부족하다는 사실을 누구나 쉽게 인정할 수 있을 것이다. 이렇듯 직접 빛을 내지 않는 천체를 연구한다는 것은 심지어 태양계 안에 존재하는 천체라도 쉽지 않은 것이다. 따라서 앞서 이야기한 탐사선 던이 이 소행성을 행해 날아갔고 마침내 2011 년 7월 베스타의 아주 상세한 사진들이 전송되기 시작했다.
(한가지 참고로 이야기할 점은 솔직히 베스타는 가장 밝게 빛날 때는 희미하게 나마 육안으로도 볼 수 있다는 사실이다. 그런데도 역설적으로 지구에서 상세 관측이 어려운 천체이다.
(2007 년 +5.4 등급으로 희미하게 육안 관측이 가능한 베스타의 사진 작은 화살표 아래 자은 점이 베스타 CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시 저자 Mila Zinkova )
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