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2013년 12월 31일 화요일

태양계 이야기 198 - 아이손 혜성 발견에서 최후까지



(2013 년 11월 15일 경 가장 관측하기 좋을 때 찍은 아이손 혜성의 사진. This new view of Comet C/2012 S1 (ISON) was taken with the TRAPPIST national telescope at ESO's La Silla Observatory on the morning of Friday 15 November 2013. Comet ISON was first spotted in our skies in September 2012, and will make its closest approach to the Sun in late November 2013. Credit :  TRAPPIST/E. Jehin/ESO )


 2012 년 9월 21일 러시아의 키슬로봇스크 (Kislovodsk) 에서 비탈리 네브스키 (Vitali Nevski) 와  아르티움 노비초노크 (Artyom Novichonok) 는 40 cm 구경의 반사 망원경을 이용해 새로운 혜성을 발견하는데 성공했습니다. 이들은 국제 과학 광학 네트워크 (International Scientific Optical Network  ISON) 에 속해있었는데 이로 인해 이 혜성의 명칭은 아이손 혜성 (Comet ISON) 으로 불리게 됩니다. 정식 명칭은 C/2012 S1 입니다.   


 나중에 알게된 일이지만 사실은 아이손 혜성은 다른 망원경 이미지에서도 등장했었습니다. 그러나 당시에는 잘 몰랐던 것이죠. 그런 이유로 아이손 혜성은 대구경 망원경이 아니라 작은 구경 망원경에 의해서 발견되었는데 이런식으로 발견되는 혜성의 수는 적지 않습니다. 아무튼 이 혜성은 그해 발견된 다른 혜성들에 비해 특히 더 주목을 받았는데 그 이유는 대혜성으로 커질 가능성 때문이었습니다. 2013 년이 되자 아이손 혜성은 21 세기 초 가장 큰 혜성이 될 가능성이 높아 보였습니다.


 아이손 혜성은 혜성들의 고향으로 불리는 오르트 구름 (Oort Cloud) 에서 기원한 천체로 생각됩니다. 아마도 태양계가 형성될 당시인 46 억년전 같이 형성되어 태양에서 수만 AU 떨어진 궤도를 공전하다 다른 천체와의 상호 작용등으로 인해서 갑자기 태양계 안쪽 궤도로 들어서게 되었을 것입니다. 그런데 첫번째 태양계 안쪽 여행길이 마지막 길이 될 상황이었는데 그 공전 궤도상 태양에 근접한 후 영영 태양계 안쪽으로 돌아올 수 없는 궤도였기 때문이었죠. 즉 태양의 중력에 의해 태양계 밖으로 튕겨나가는 궤도로 마치 보이저 1/2 호 같은 우주선이 지나가는 행성에 flyby 하는 것과 비슷한 상황이었습니다.  




(아이손 혜성의 궤도. 여기서는 태양에서 근일점을 지난 이후에도 살아남는 경우를 가정함.  Credit : NASA/JPL)



(아이손 혜성의 궤도 : 동영상)  


 2013 년이 시작되자 수많은 우주 망원경 및 지상 망원경이 아이손 혜성을 추적했는데 그 결과 밝혀진 사실은 이 혜성이 선그레이징 혜성 (Sungrazing Comet) 이 되리라는 것이었습니다. 근일점 (태양에 가장 가까이 다가갔을 때) 은 0.01244 AU (즉 116 만 5000 km) 에 달해 이 지점을 통과하는 순간 표면온도는 2700 ℃ 까지 달아오를 것으로 예상되었습니다. 


 여기에 태양의 거대한 중력이 작용하는 지점이므로 여기서 그냥 부서지게 될 가능성도 충분히 생각할 수 있었죠. (  http://blog.naver.com/jjy0501/100199739362 참조) 이 시련을 견뎌내지 못하면 사실 금세기 최고의 혜성쇼는 볼 수가 없었습니다. 지구와의 상대적 위치를 감안하면 가장 잘 보이는 시점은 근일점을 돌고 나서인 2013 년 12 월이었기 때문입니다. 그전까지는 지구에서 바라봤을 때 태양과 가까워서 잘 보이지 않습니다. 따라서 아이손 혜성이 부서질지 아닐지가 초미의 관심사로 떠올랐습니다. 





(아이손 혜성 부서진다 ? )



(세기의 혜성)


 그야말로 세기의 혜성이 되든지 아니면 태양에 의해 파괴되든지 두가지 중에 하나의 운명이 아이손을 기다리고 있었던 것이었습니다. 이것은 아이손 혜성이 얼마나 큰 크기를 가지고 있고 얼마나 견고한지에 따라서 달라지는 것으로 크고 단단한 혜성일 수록 태양 근처에서 불과 중력의 시련을 견뎌낼 가능성이 크다고 말할 수 있습니다. 


 아이손 혜성이 지구에 가까이 올수록 더 자세히 관측이 가능하긴 하지만 반대로 태양에 가까워 짐에 따라 혜성의 핵의 경우 점차 많은 먼지와 가스를 내뿜기 때문에 사실 정확한 크기를 예측하는데 방해하는 요소로 작용하기도 합니다. 따라서 정확한 크기를 측정하는데 좀 애를 먹을 수 밖에 없었습니다. 다만 멀리서부터도 꽤 큰 꼬리를 만들고 있었으므로 근일점에서 살아남기만 하면 21세기 초 가장 밝은 혜성이 될 가능성은 충분했습니다. 


 2013 년 4월 10일 아이손 혜성은 목성 궤도 안쪽으로 들어왔고 (태양에서 대략 6.2 억 km 떨어진 지점) 이미 머리 부분이 지름 5000 km, 꼬리의 길이는 9만 km 이상이었습니다. (http://blog.naver.com/jjy0501/100186669479 참고) 머리 안에 감춰진 핵의 크기는 아직 확실치 않았지만 당시에는 4-6 km 에 달할 수 있을 것으로 여겨졌습니다. 



(2013 년 4월 10일 허블 우주 망원경이 관측한 아이손 혜성  his is a contrast-enhanced image produced from the Hubble images of Comet C/2012 S1 (ISON) to reveal the subtle structure in the inner coma of the comet. (Credit: NASA, ESA, J.-Y. Li (Planetary Science Institute), and the Hubble Comet ISON Imaging Science Team) 



 아이손이 다가 옴에 따라 허블 우주 망원경은 물론이고 스피처 우주 망원경, 지상 기반의 수많은 망원경과 아마추어 천문가들까지 이 혜성을 관측하기 위해 노력했습니다. 나사는 이런 노력들을 모아 CIOC (Comet ISON Observing Campaign) 를 진행했는데 아이손 혜성을 관측하는 전세계의 아마추어 및 전문 천문학자들의 네트워크인 셈입니다. (공식 사이트 http://www.isoncampaign.org/ ) 



(2013년 6월 13 일 스피처 우주 망원경이 관측한 아이손 혜성)  



(2013 년  10월 19일 화성 (오른쪽 아래 천체) 옆을 지나는 아이손 혜성.  Rendezvous in space: this picture depicts comet ISON closely passing the yellowish planet Mars on October 19, 2013. Credit: Sebastian Voltmer / www.weltraum.com)




(2013 년 10월까지 아이손 혜성의 천구에서의 이동 궤적  From December 2012 through October 2013, comet C/2012 S1 (ISON) tracks through the constellations Gemini, Cancer, and Leo as it falls toward the Sun.  Credit  : NASA's Goddard Space Flight Center/Axel Mellinger )


 아이손 혜성의 실제 핵은 아마도 당초 생각했던 것 보다 작은 것으로 보였고 과연 근일점에서 불과 중력의 시련을 이겨낼 것인지는 아무도 장담할 수 없었습니다. 마침내 근일점에 근접하자 여기서 부터는 보통 망원경으로는 자세한 관측이 불가능하기 때문에 STEREO 및 SOHO 관측 위성이 아이손에 대한 관측을 진행했습니다. 


 마침내 근일점에 도달한 11월 말. 아이손 혜성이 사실상 파괴된 것으로 보이는 정황이 발견되었습니다. 그러나 핵의 일부나 혹은 파편이 살아남았을 수 있는 것 처럼 보이는 흔적들이 발견되어 혼란이 있었습니다. 과연 죽었는지 살았는지 알 수 없는 슈뢰딩거의 혜성이라는 이야기도 나왔죠. 확실한 것은 혜성이 있어야할 근일점에서 아무것도 보이지 않았다는 점입니다. 



(근일점에서 혜성이 있어야할 자리 (십자가 표시) 에 아무것도 발견되지 않음 This image from NASA's Solar Dynamics Observatory shows the sun, but no Comet ISON was seen. A white plus sign shows where the Comet should have appeared. It is likely that the comet did not survive the trip.
Image Credit: NASA/SDO


 그러나 이후 SOHO 이미지에서는 근일점을 돌고 난 이후에도 무엇인가 남은 게 있는 것처럼 보여 혼동이 있었습니다. 




(아이손 혜성 부활 ?   ) 


                     http://blog.naver.com/jjy0501/100200783076
                     http://blog.naver.com/jjy0501/100200915370


 진실은 시간이 지나면서 밝혀졌는데 결국 아이손 혜성의 일부 파편이 그 궤도를 따라 가면서 태양풍에 의해 일시적으로 밝아진 것에 불과했습니다. 




(근일점을 돌고 난후 일시적으로 밝아진 파편. 이 때만 해도 희망이 있었지만....  ISON appears as a white smear heading up and away from the sun. ISON was not visible during its closest approach to the sun, so many scientists thought it had disintegrated, but images like this one from the ESA/NASA Solar and Heliospheric Observatory suggest that a small nucleus may be intact.
Image Credit: ESA/NASA/SOHO/GSFC)





(이후 흩어지는 모습은 꿈도 희망도 없는 결론이었음.  Image Credit: ESA/NASA/SOHO/GSFC)



 결국 2013 년 12월 2일 세계 각국의 천문대와 연구소들은 아이손 혜성이 근일점에 도달하기 전 파괴되었고 이후 보였던 것은 그 파편들이라고 결론을 내렸습니다. 이로써 사실상 세기의 혜성은 더 볼 수 없게 되었지만 허블 우주 망원경을 비롯한 여러 망원경은 여전히 아이손 혜성의 파편을 찾기 위해 노력했는데 선그레이징 혜성의 운명을 연구하고 더 나아가 남은 파편 역시 과학적 사실들을 숨기고 있을 수 있기 때문이죠. 남은 조각 중 암석 부분이 많고 만약에 특정 성분이 많다면 오르트 구름에 있는 천체에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있습니다. 다만 결론적으로 말해서 결과는 실망스러운 것이었습니다.



(2013 년 12월 18일 허블 우주 망원경 이미지. 혜성의 파편이 있을 만한 곳에 아무것도 보이지 않음  Credit : NASA/Hubble  ) 


 아마도 아이손 혜성은 당초 예상보다 작은 혜성이었으며 대부분 얼음과 드라이 아이스, 그리고 작은 먼지로 구성된 아주 연약한 혜성이었던 것으로 보입니다. 따라서 태양의 중력에 의해 아주 잘게 부서지거나 증발해 그 흔적이 거의 남지 않은 상태로 보입니다. 다만 그렇다고 해도 남은 것이 아주 없지는 않습니다. 이전의 다른 혜성과 마찬가지로 아이손 혜성이 남긴 먼지들은 지구에 유성우를 남길 가능성이 있습니다. 과연 어느 정도의 유성우를 만들 것인지는 그 때가 되봐야 알겠지만 다른 의미에서의 우주쇼는 아직 남아 있는 셈이죠. 




(아이손 혜성의 유산.  유성우  )


 여기까지 아이손 혜성의 발견에서 최후까지 간단하지만 다소 긴 이야기 였습니다. 나중에 새로운 사실이 밝혀진다면 더 추가할 수는 있겠지만 대략적인 내용은 여기까지가 될 듯 하네요. 대형 혜성쇼를 보여줄 것으로 기대했던 아이손이 결국 파괴되서 아쉽지만 뭐 그건 인간들 사정이고 태양계는 인간이 등장하기 전과 마찬가지로 우주의 법칙에 따라서 앞으로도 수십억년간 계속 새로운 혜성들을 보여줄 것입니다. 관측할 인간들이 없어질 만큼 미래에도 말이죠.



 참고









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