태양계의 이웃 별들을 소개하는 몇 개의 연재 포스트들 작성해 볼까 합니다. 적당히 아주 가까이 있는 별들과 근처에 있는 별가운데 중요한 별들을 소개해 볼 생각인데요. 이전처럼 그냥 심심 풀이로 봐주시면 됩니다. ^^ 그럼 편의상 경어는 생략합니다.
1. 시작하는 이야기 - 태양계는 어디쯤 속해 있는가 ?
사실 이전에 태양계 이야기와 우리 은하계 이야기에서 태양계가 은하계의 오리온 팔 (Orion Arm or Local spur) 라는 곳에 있다고 이야기 한 바가 있다. 하지만 태양계와는 비교도 안되게 큰 오리온 팔 전부를 태양계의 위치라고 말한다면 사실 이는 우리집 주소가 서울 혹은 대한 민국이라고 말하는 것과 비슷할 것이다. XX 구 OO 동 하는 식의 구체적 주소가 있어야 정확한 위치를 알 수 있을 것이다.
그러면 태양의 자세한 위치는 어디일까? 여기서 한가지 고려해야 하는 것은 태양계도 인간 처럼 이사를 다닌다는 것이다. 정확히 말하면 현재 태양계는 현재 태양계는 국부 항성간 구름 (Local interstellar cloud = local fluff) 이라는 항성간 구름을 지나서 이동하는 중이다.
태양계는 이 항성간 구름 속을 초속 220 km 를 이동하고 있으니 인간이 만든 어떠한 로켓 보다도 빠르게 우리 모두가 이동하는 셈이다. 현재 태양계는 헤라클레스 성운 근처의 베가 (Vega) 별 방향을 향해 이동하고 있다.
(우리 태양계가 통과하는 국부 항성간 구름의 모식도 : This file is in the public domain because it was created by NASA.)
우리 태양계가 통과하고 있는 국부 항성간 구름의 크기는 약 30광년 정도의 지름으로 생각된다. 태양계가 이 항성간 구름으로 들어온 것은 아마도 4.4 - 15 만년 전으로 생각된다. 아마도 다음 1 - 2만년 후에는 이 구름에서 벗어날 것으로 생각된다.
그러나 오해하지 말아야 할 것은 항성간 구름 (interstellar cloud) 라고 해서 멀리서 봤을 때 무슨 두꺼운 구름같은게 있는 건 아니라는 것이다. 사실 그렇다면 밤하늘에는 달과 행성들 외에 다른 항성들이나 성운들은 하나도 보이지 않고 뿌옇게 보일 것이다.
이 항성간 구름의 밀도는 각설탕 만한 크기인 입방 센티미터 당 0.26 개의 원자가 있는 정도다. 지구의 대기가 입방 센티미터당 2.7 × 1019 의 원자가 있는 것과 비교하면 사실상 진공이나 다를바 없는 상태다. 이 항성간 구름의 밀도는 주변의 우주 공간인 국부 버블 (Local bubble) 과 비교했을 때는 2배의 밀도이지만 국부 버블 외부에 있는 ISM (Interstellar medium) 에 비한다면 1/5에 불과한 밀도이다. 그러나 이 항성간 구름의 온도는 높아서 약 6000K 정도이다.
태양계는 이 희박한 성간 구름 사이를 통과하는 중인데, 태양계안의 천체가 태양풍과 태양 자기장으로 보호 받고 있으므로 이 구름의 물질은 태양계 안에 영향을 주지는 못한다. 마치 지구의 자기장이 태양의 강력한 태양 폭풍을 막아 주듯이 말이다.
(태양계는 태양풍과 태양의 자기장으로 보호받는다 This file is in the public domain because it was created by NASA )
그러면 이 항성간 구름의 위치는 어디일까? 이 항성간 구름은 국부 버블 혹은 로컬 버블 (Local Bubble) 이라고 부르는 물컵 모양의 공동 (Cavity) 안에 있다. 그 지름은 약 300 광년정도이다.
(이것이 로컬 버블이다. 태양이 속한 로컬 버블 옆에는 안타레스를 끼고 있는 로컬 버블 I 이라는 다른 버블이 존재한다 This file is in the public domain because it was created by NASA )
이 공간은 물론 완전히 빈 공간은 아니다. 이 로컬 버블은 주변의 우주 공간인 ISM 보다 약 10분의 1정도 희박하다. 참고로 버블 주변의 성간 물질 (ISM) 의 경우 입방 센티미터당 원자가 평균 0.5 개이다.
이런 주변 지역보다 원자가 희박한 로컬 버블은 생성원인은 강력한 초신성이 폭발하고 나서 그 충격파가 사방 수백 광년에 걸쳐 성간 물질을 주변으로 밀어냈기 때문으로 생각되고 있다. 이 로컬 버블은 아마 200 - 400만년전 폭발한 초신성의 잔해로 생각되는데, 가장 유력한 후보는 쌍둥이 자리의 중성자별 제닝가 (Geminga) 이다. 이 중성자 펄사는 태양계에서 약 552 광년 떨어져 있다. 태양계 주변에는 이런 버블들이 몇개 존재한다. 그리고 이런 버블들이 모두 오리온 팔에 속하는 것이다.
2. 알파 센타우리 (Alpha Centauri (α Centauri / α Cen ) = Rigil Kentaurus, Rigil Kent, or Toliman)
태양에서 가장 가까이 있는 항성은 ? 바로 알파 센타우리이다. 우리 태양에서 1.34 파섹 혹은 4.37 광년 떨어져 있다. 1 광년이 대략 9조 4600억 km 이므로 대략 40 조 km 이상 떨어져 있다고 할 수 있다. 이 항성은 센타우로스 자리에서 보인다.
(붉은 화살표 방향이 알파 센타우리 This image has been released into the public domain by its author, Zwergelstern. This applies worldwide.)
그러나 이 별은 사실 하나의 항성이 아니다. 이미 지구에서의 관측으로 이전부터 2개의 별이 서로돌고 있는 쌍성계(雙星系) 임이 발견되었는데, 사실 이런 쌍성계는 우주에서 매우 흔한 것 중에 하나다. 그러나 좀 더 관측을 진행한 결과 좀 더 작은 제 3의 항성이 하나 더 발견되어 사실은 삼성계 (三星系) 로 밝혀졌다.
(태양과 알파 센타우리의 세 항성의 크기 비교 CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시 : 저자 Qef / David Benbennick )
이 세 항성중 가장 큰 것은 알파 센타우리 A (Alpha Centauri A (α Cen A)) 라고 부르며 그 다음 큰 것을 알파 센타우리 B (Alpha Centauri B (α Cen B)), 가장 작은 것을 프록시마 센타우리나 혹은 알파 센타우리 C (Proxima /α Cen C ) 라고 부른다. 이 별들은 육안으로는 마치 하나의 별로 보인다.
(알파 센타우리 : CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 저자 Ta183ta )
알파 센타우리 A
: 이 별은 천구에서 태양을 제외하고 4번째로 밝은 별이다. 실시 등급은 -0.01 이며, 절대 등급은 4.38 이다. 질량은 태양의 1.1배, 지름은 1.227 배, 표면 온도는 5800K 이며, 태양과 비슷한 G2 V 에 속하는 주계열성이다. 세 별중 가장 커서 센타우리 삼중성계의 주성으로 취급된다.
이 별은 여러 모로 태양과 닯았는데, 크기와 질량은 물론 자전속도도 비슷해서 22일 주기로 자전을 한다고 생각된다. (태양은 25일 주기로 자전) 아마도 나이도 비슷한 것으로 생각되는데, 약 48.5 억년 정도 되서 태양보다 약간 형이 되지 않을까 생각된다. 만약 삼중성계가 아니라면 태양계와 비슷한 구성을 하지 않았을까 ?
알파 센타우리 B
: 이 별은 천구에서 21번째로 밝은 별이다. 실시 등급은 + 1.33 이며 절대 등급은 5.71 이다. 주성인 알파 센타우리 A 보다 약간 작은 쌍둥이 동생으로 볼 수 있는데, 질량은 태양의 0.907배, 지름은 0.865 배, 표면온도 5260K 정도로 태양보다 약간 작다고 할 수 있다.
주성 알파 센타우리 A 의 동반성으로 생성 시기는 동일하게 48.5억년정도로 생각된다. 자전 주기는 41일이다. 주계열성이지만 다만 스펙트럼은 태양과 달리 K1 V 에 속한다.
프록시마 센타우리 (혹은 알파 센타우리 C)
: 이 별은 작은 적색 왜성이다. 이 별에 대해서는 다소 별도로 설명이 필요할 것 같다. 일단 적색 왜성(red dwarf) 에 대한 간단한 설명이 필요할 것이다.
적색 왜성은 태양 질량의 0.08 배 (이 이하면 핵융합 반응을 일으킬 수 없어 갈색 왜성이 된다) 에서 약 40%에 이르는 작은 주계열성이다. 이 적색 왜성에서는 핵융합 반응이 매우 느리게 일어나서 별이 매우 어두운 특징이 있다. (대신 수명이 매우 길다) 따라서 과거의 관측에서는 잘 발견되지 않았으나 현재는 우주에 있는 별의 대다수가 바로 이 적색 왜성으로 생각되고 있다.
(적색 왜성의 컨셉 아트. 매우 어두워서 가장 가까이 있는 프록시마 조차도 눈으로 보이지 않는다. This file is in the public domain because it was created by NASA )
적색 왜성의 분광형은 어두운 K 형에서 M 형 까지인데, 이 프록시마의 경우 M5.5 Ve 에 속한다. 프록시마의 겉보기 등급은 + 11 이고 절대 등급은 + 15 이다. 그러니 태양에서 가장 가까운 항성이지만 맨눈으로는 볼수 없다. 프록시마의 표면 온도는 2700K 이며, 그 밝기는 태양의 만분의 1이라고 보면 된다.
지구에서 관측으로 프록시마의 지름은 태양의 1/7 정도이며, 목성의 1.5배 정도로 측정되었다. 다만 질량은 태양의 12.3% 정도로 목성보다 129 배이다. 그러니 밀도는 제법 큰 셈이다. 이 적색 왜성의 밀도는 56,800 kg/m3으로 태양의 평균 밀도 1,409 kg/m3 보다 매우 크다.
이 적색 왜성의 한가지 특이한 점은 본래는 독자적으로 움직이던 별이다가 이 알파 센타우리 쌍성계에 중력으로 포획된 것이 아닌가 하는 추정이다. 왜냐 하면 알파 센타우리의 AB 두 별은 매우 가까이서 돌고 있는 반면 이 프록시마는 무려 0.21 광년 (약 1조 9400억 km) 떨어져 있기 때문이다. 또 이 별은 매우 빠른 속도로 움직이고 있다.
사실 일부에서는 이 프록시마가 정말 삼중성계의 일원인지도 의심스럽게 생각하는 경우도 있다. 즉 알파 센타우리 AB 와 중력으로 묶여있는지도 다소 의심스럽다는 것이다. 사실 그냥 주변을 지나던 적색 왜성이 이 알파 센타우리의 중력에 이끌려 포물선 운동을 하고 있을 가능성도 있다.
그러나 한편에서는 프록시마가 알파 센타우리 AB 와 고유 운동을 같이한다는 점을 들어 이들이 중력으로 묶인 삼중성계를 이루고 있다고 주장하고 있다. 만약 이 적색 왜성이 알파 센타우리 AB 주위를 돈다면 10 - 50만년 주기일 것으로 생각된다. 또 일부에서는 중력으로 묶여 있긴 하지만 수백만년 후 결국 이 항성계를 탈출하게 될 것으로 보고 있기도 하다.
이 별은 지구에서 보면 한가지 중요한 특징이 있는데 그 것은 지구에서 제일 가깝다는 점이다. (프록시마 자체가 라틴어로 가깝다는 뜻) 즉 이 별은 지구에서 가까운 쪽으로 0.21 광년 알파 센타우리 AB 에서 떨어져 있는 셈이다. 과학자들은 이 프록시마가 3만 2천년전부터 지구에서 가장 가까운 항성이었으며, 향후 9천년 정도는 그 지위를 유지할 것으로 생각하고 있다.
(프록시마 센타우리의 위치 (빨간 삼각형) 알파 센타우리에서 0.21 광년 떨어져 있다. 물론 육안으로는 보이지 않는다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시, 저자 User:Calle Cool)
알파 센타우리 AB 의 공전
: 알파 센타우리 AB 는 프록시마와는 달리 매우 가까운 거리에서 공전하고 있다. 이들의 거리는 11.2 AU (16.7 억 km - 태양에서 토성 거리) 에서 35.6 AU (53 억 km - 태양에서 명왕성 거리) 정도이다. 그러니 12000 - 13000 AU 떨어진 프록시마는 정말 저 멀리 떨어진 별인 것이다. 사실 심지어 알파 센타우리 A 에서 조차 프록시마는 육안으로 겨우 보일 정도다. 이 두별의 공전 주기는 약 79.91년이다. (1AU 는 태양 - 지구의 거리이며 약 1억 5천만 km)
(알파 센타우리 A 를 기준으로한 알파 센타우리 B 의 실제 궤도 (B' real trajectory) 와 겉보기 궤도 (B' apparent trajectory) 이다 CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 저자 :Generated by author/contributor. User Eltwarg on en.wikipedia)
알파 센타우리의 고유 운동
: 알파 센타우리 AB 는 초속 22km, 알파 센타우리 C 는 초속 16km 정도의 속도로 태양에 가까워지고 있다. 사실 알파 센타우리는 비교적 고유 운동 속도가 빠른 천체이다. 따라서 대략 2만 8천 광년후 이 별의 거리는 지구에서 3광년까지 가까워질 것이다.
알파 센타우리에는 행성이 존재할까 ?
: 비록 아직 구체적인 증거는 찾지 못했지만 알파 센타우리는 의심할 바 없이 지구에서 가장 가깝기 때문에 만약 알파 센타우리에 행성이 존재한다면 이는 차후 외계 항성계 탐사에서 첫번째 목표가 될 것이다.
사실 게임이나 대중 문화, 그리고 공상 과학 소설에서 이 알파 센타우리는 인류의 미래 진출 후보지로 거론 되기도 한다. (게임 문명 시리즈나 알파 센타우리를 생각해 보라) 그러나 한가지 중대한 문제가 있다. 일단 가까이에 밝은 두 항성이 존재해서 행성을 찾기가 어려운 것은 물론이고, 두 항성의 거대한 중력 때문에 지구 같은 행성이 안정적인 궤도에서 이들을 공전할 수 있을 까?
이 부분에 대해서는 다소 부정적인 견해가 크긴 하지만 최근 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 알파 센타우리 B 에서 약 1.1 AU 정도 거리에서는 행성이 적어도 2억 5천만년이상 안정적으로 존재할 수 있다고 한다. 만약 여기에 행성이 존재한다고 해도 현재로써는 알아낼 방법은 없지만, 이런 행성이 존재할 경우 지구만큼이나 오래되었을 것이기 때문에 생명체의 존재 가능성이 적지 않다고 하겠다.
아마도 이곳에 행성이 존재한다면 재미있지 않을까 ? 이 행성에서는 어쩌면 태양이 두개가 되거나 어 떤 경우에는 낮과 밤 (?)의 태양이 별도로 존재할지도 모른다. 예를 들어 알파 센타우리 A를 1.25AU 거리에서 도는 지구형 행성이 있다면 이곳에서는 알파 센타우리 A가 태양 처럼 보일 것이다. 이 가상의 행성에서 알파 센타우리 B 는 A 에 비해 190 - 2700 배 어둡지만 보름달 보다 170 - 2300 배 정도 밝을 것이다.
한편 B 주위를 0.71AU 에서 도는 가상 행성은 알파 센타우리 B 가 지구에서의 태양만하게 보이게 되는데, 알파 센타우리 A 는 B 에 비해 70 - 840 배 정도 어두워 보이지만 역시 보름달에 비해서는 520 - 6300 배 밝게 보인다.
따라서 이들 가상 행성의 공전 궤도 경사각이 AB 두 항성과 별 차이가 없고, 대기가 지구와 비슷한 경우 일년 중 절반은 밤이 완전히 어둡지 않고 일식이 일어나는 정도의 밝기를 유지하면서 새벽처럼 어두운 청색으로 보일 것이다. 아마 책은 읽을 정도의 밝기는 될 것이다.
(알파 센타우리 A 근처를 도는 공기가 없는 가상 행성에서 본 알파 센타우리 A,B CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 저자 : The plague)
출처 : Wiki/NASA
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