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2014년 2월 9일 일요일

태양계 이야기 210 - 소행성의 해부학




 소행성 25143 이토카와 (25143 Itokawa) 는 일본의 로켓 과학자 이토카와 히데오의 이름을 따서 붙인 아폴로 소행성으로 (근일점은 0.953 AU, 원일점은 1.695 AU) 지난 2000 년 발사되어 이 소행성의 자세한 표면 관측 및 표면 토양 샘플을 채취한 우주선 하야부사 (Hayabusa) 의 주된 관측 목표이기도 했습니다. 여러가지 어려움 끝에 지구로 샘플을 가지고 돌아온 하야부사와 지구에서의 관측 덕분에 이토카와는 가장 상세하게 연구된 소행성이기도 합니다. 



(하야부사가 관측한 이토카와 Credit : JAXA )


 ESO (유럽 남방 천문대) 의 과학자들은 NTT (New Technology Telescope) 의 관측 결과와 이전 관측 결과를 이용해서 이 소행성이 내부적으로 사실 다른 구조를 가지고 있음을 보여주는 연구 결과를 내놓았습니다. 이토카와는 사실 하나의 거대한 암석으로 된 소행성이 아니라 잡석 더미에 더 가까운 천체로 그 내부에는 상당히 빈공간이 있으며 밀도 또한 위치에 따라 다르다고 여겨지고 있습니다.


 이토카와의 크기는 535 × 294 × 209 m 정도로 땅콩 같이 생긴 모양을 하고 있으며 질량은 대략 3500 만톤 가량 되는 소행성입니다. 평균 밀도는 대략 1.9 g/㎤ 인데 이번 연구에서는 이 밀도가 확연하게 구분되는 두가지 지역으로 형성되어 있다는 증거가 제시되었습니다. 


 켄트 대학의 스티븐 로리 ( Stephen Lowry (University of Kent, UK)) 및 그의 동료들은 NTT 를 이용해서 이 소행성의 회전 속도를 측정했습니다. 특히 이토카와는 야르콥스키 효과 혹은 YORP (Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack) 효과에 의해 회전하는 속도가 가속되고 있었습니다. (야르콥스키 효과에 대해서는  http://jjy0501.blogspot.kr/2012/09/112-yarkovsky-effect-1999-rq36.html 참조)


 연구팀은 이를 측정한 결과 예상했던 것과는 조금 다른 속도로 자전을 하고 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 사실 이 차이는 미미해서 자전 주기에 연간 0.045 초 정도에 불과한 차이를 만들지만 이 소행성이 모두 밀도가 같은 물질로 이뤄졌다면 나타나지 않았을 차이였습니다. 소행성의 자전 방식과 속도를 정밀하게 측정한 연구팀은 이를 설명한 유일한 방법은 좌우의 밀도가 서로 다른 경우 뿐이라고 결론을 내렸습니다. 



(이토카와의 밀도 분포  A schematic view of the strange peanut-shaped asteroid Itokawa. By making exquisitely precise timing measurements using ESO’s New Technology Telescope, and combining them with a model of the asteroid's surface topography, a team of astronomers has found that different parts of this asteroid have different densities. As well as revealing secrets about the asteroid’s formation, finding out what lies below the surface of asteroids may also shed light on what happens when bodies collide in the Solar System, and provide clues about how planets form. The shape model used for this view is based on the images collected by JAXA's Hayabusa spacecraft. Credit: ESO / Acknowledgement: JAXA)


 이토카와는 2.85 g/㎤ 의 밀도를 지는 고밀도 부분과 1.75 g/㎤ 밀도를 가진 저밀도 부분으로 이뤄져 있었습니다. 이것은 이 작은 소행성이 과거 여러 번의 충돌과 합체로 인해 서로 다른 물질로 이뤄졌음을 시사한 것입니다. 망원경 관측을 통해 소행성의 내부를 해부한 것 처럼 밀도를 측정한 것이죠. 그런데 이는 사실 이전 하야부사의 관측 결과와도 다소 부합되는 결과입니다. 


 당시에도 이 소행성이 하나의 거대한 덩어리가 아니라 다양한 소행성들이 모인 잡석 더미 같은 소행성이라는 결론이 나왔는데 대표적인 증거는 표면에 확인할 수 있을 만한 크레이터가 하나도 없다는 것입니다. 이 역시 하나의 거대한 암석 소행성이라면 가능하지 않은 일로 실상은 여러개의 소행성들이 약한 중력에 의해 뭉쳐 있다고 해석하면 이해가 가능합니다. (따라서 이토카와가 만약 다른 소행성과 큰 충돌을 겪으면 크레이터를 만드는 대신 산산 조각 나고 말 것입니다)


 이와 같은 연구 결과는 지구 근접 소행성들에 대한 우리의 지식을 확장시킬 뿐 아니라 만약에 있을 지 모르는 소행성의 지구 충돌에 대비할 수 있도록 도와줄 것입니다. 예를 들어 이런 잡석 더미 소행성이 지구와의 충돌 궤도에 들어섰다면 다른 우주선을 충돌시키는 방법이나 폭탄을 사용하는 방법은 그다지 효과적이지 않을 수도 있습니다. 한개의 큰 소행성 대신 여러개의 작은 소행성으로 변해서 만치 산탄총 처럼 지구를 덮칠 수도 있기 때문입니다. 이럴 때는 다른 우주선을 이용해서 중력의 힘으로 궤도를 약간 변경시키는 것이 더 합리적인 방법일 수도 있습니다.


 이 연구 결과는 Astronomy & Astrophysics 에 실렸습니다. 


 참고 


Journal Reference:
  1. S. C. Lowry, P. R. Weissman, S. R. Duddy, B. Rozitis, A. Fitzsimmons, S. F. Green, M. D. Hicks, C. Snodgrass, S. D. Wolters, S. R. Chesley, J. Pittichova, P. van Oers. The internal structure of asteroid (25143) Itokawa as revealed by detection of YORP spin-up. Astronomy & Astrophysics, 2014; 562: A48 DOI:10.1051/0004-6361/201322602
  



  


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