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태양계 이야기 222 - 미스테리 소행성



(지난 수개월간 독특한 형상으로 파괴된 소행성  P/2013 R3 의 모습. 가장 큰 조각의 경우 약 180 미터 정도 크기    This series of Hubble Space Telescope images reveals the breakup of an asteroid over a period of several months starting in late 2013. The largest fragments are up to 180 meters (200 yards) in radius. Credit: NASA, ESA, D. Jewitt (UCLA))  


최근 주 소행성대 (main - asteroid belt) 에서 매우 독특한 천체 하나가 발견되었습니다. P/2013 R3 라 명명된 이 천체는 2013 년 9 월 15일 판스타 망원경 (Pan-STARRS sky-survey telescopes) 및 카탈리나 (Catalina) 망원경에 의해 관측되었는데 이후 10 월 1일에 켁 망원경으로 관측했을 때는 세개의 조각으로 갈라지면서 주변에 먼지 구름을 형성하고 있었습니다. 


 이후 허블 망원경 관측에서는 이 천체가 실제로는 거의 10 조각 정도로 갈라졌으며 이들이 마치 혜성같은 먼지 구름과 꼬리를 형성하고 있는 것이 드러났습니다. 그리고 이들은 점차 파괴되어 소행성대에서 크기가 사그러들고 있습니다. (위의 사진 참조) 이는 분명 보통의 소행성은 물론 혜성에서도 보기 힘든 현상입니다. 


 과학자들은 이 천체가 이른바 주 소행성대 혜성 (Main-belt comets (MBCs)) 이라는 것을 알고 있습니다. 문제는 왜 갑자기 태양에서 멀리 떨어진 지점에서 산산 조각이 났는지 입니다. 다른 천체와의 충돌은 위의 사진에서 보이는 것 처럼 시간이 갈수록 많은 조각들로 갈라지는 식으로는 일어나지 않습니다. 


 대신 더 가능한 시나리오로 유력시 되는 것은 이전에도 설명한 야르콥스키 효과 (Yarkovsky effect.  이전 포스트 http://jjy0501.blogspot.kr/2012/09/112-yarkovsky-effect-1999-rq36.html 참조) 와 더불어 작은 소행성에 큰 영향을 미치는 YORP 현상 (YORP effect/ Yarkovsky–O'Keefe–Radzievskii–Paddack effect) 에 의해 이 천체가 파괴되었다는 가설입니다.     


 이전에 설명했듯이 소행성은 지구와 마찬가지로 자전하면서 태양에너지를 받게 됩니다. 그러면 태양에너지를 받는 부위 (낮인 지역) 와 받지 않는 부위 (밤인 지역) 의 표면 온도차이가 발생하고 이에 의해 표면에서 복사되는 에너지의 차이가 발생합니다. 이 에너지는 아주 미세하지만 오랜시간 누적되면 소행성의 궤도를 변경하게 만들 수 있습니다. 야르콥스키 효과는 지구 처럼 큰 천체에는 별 영향을 미치지 않지만 10 km 이하 지름의 소행성에서는 의미있는 힘을 행사하게 됩니다. (아래 그림) 




(1. 소행성에서 복사되는 에너지 ( Radiation from asteroid's surface )
 2. 자전하는 소행성
 3. 소행성의 궤도
 4. 태양에서 복사 되는 에너지 
  
  Original uploader was Graevemoore at en.wikipedia   CC-BY-SA-2.5,2.0,1.0; Released under the GNU Free Documentation License. )



 그런데 이런 작은 소행성은 사실 매끈한 구형으로 생기지 않았습니다. 대부분 아주 다양한 생김새를 하고 있는데 자체 중력으로 인해서 가장 안정된 모양인 구형이 되기 위해서는 대략 500  km 이상 지름이 되어야 하기 때문입니다. 일단 태양계 안에 있는 천체들은 지름 500 km 이상이 되면 대개 구형을 이루게 되는 것으로 보이며 소행성 베스타는 거의 그 경계에 있는 것으로 생각됩니다. 


 따라서 이런 작은 소행성에서 복사 에너지의 방출은 사실 모든 방향으로 분산되지 않고 특정 방향으로 더 크게 일어나면서 자전 속도가 더 빨라질 수도 있습니다. 위의 모식도에서 매끈하게 생긴 구형대신에 여기저기 튀어나온 작은 소행성을 생각해 보면 이해가 빠를 수도 있습니다. 결국 시간이 흐르면서 YORP 효과에 의해 소행성의 자전속도가 빨라져 심한 경우 원심력에 의해 천체가 분해되게 됩니다. 


 이와 같은 YORP 효과는 여러 소행성에서 확인된 바 있는데 소행성 2000 PH5 의 경우 이 현상이 최초로 발견된 소행성이라는 것을 기념하기 위해 이름이 54509 YORP 로 변경된 바 있습니다. 



(소행성 54509 YORP 의 레이더 이미지/3D 랜더링   Radar image and 3D model of asteroid 54509 YORP, previously named 2000 PH5. The model was used to validate by computer simulation the YORP effect observed for the first time on this asteroid.  Credit : ESO )    


 P/2013 R3 의 미스테리 한 파괴 역시 비슷한 메카니즘으로 이해할 수 있습니다. 이 소행성은 매우 약한 구조로 되어 있는 먼지 및 얼음의 결합체로 원심력이 강해지자 오래 버티지 못하고 10 개 이상의 조각으로 파괴되었을 것입니다. 이후 이들은 서로간의 약한 중력으로 인해 비슷한 궤도를 뭉쳐서 공전하면서 마치 편대 비행을 하듯 태양 주변을 공전하게 된 것으로 보입니다. 


 이 연구의 리더인 UCLA 의 데이빗 제윗 (David Jewitt, a professor in the UCLA Department of Earth, Planetary and Space Sciences and the UCLA Department of Physics and Astronomy) 과 그의 동료들은 이 가설이 확실한지 알기 위해서 이 천체의 파편들을 더 상세하게 관측하고 있습니다. 과학자들이 YORP 효과를 보다 확실히 검증할 수 있게 되면 소행성이나 혜성의 파괴를 더 정확히 예측할 수 있게 될 것입니다. 이는 물론 지구 주변에서 갑자기 튀어나오는 소행성과 혜성 파편을 관측하는데도 도움을 주겠죠. 


 이 연구는 Astrophysical Journal Letters 에 실렸습니다.  



 참고 



http://en.wikipedia.org/wiki/Yarkovsky%E2%80%93O'Keefe%E2%80%93Radzievskii%E2%80%93Paddack_effect




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