(원시 태양계에서 형성되는 소행성들.
Asteroids were formed by capturing chondrules with the help of gravitational force.
Credit: NASA/JPL-Caltech)
지구 같은 행성은 원시 태양 주변에 있었던 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)에서 생성되었다는 것이 과학계의 주된 가설입니다. 이 가설은 현재 태어나는 여러 젊은 별을 연구하면서 다시 한 번 검증되고 있습니다. 젊은 별을 둘러싼 먼지와 가스의 원반은 뭉쳐서 행성을 형성합니다. 하지만 어떻게 작은 티끌만 한 먼지들이 뭉쳐 행성과 소행성이 될 수 있는지는 아직 검증되지 않은 부분이 존재합니다.
과학자들은 지구 대기로 진입하는 미세한 운석 입자인 콘드률(chondrule)이 아마도 태양계 초기에 풍부했을 것으로 추정하고 있습니다. 이 미세한 입자는 대개 1mm 이내 크기로 감람석, 휘석 및 유리질로 구성되어 있으며, 우주 공간에서 한번 녹았다가 다시 굳은 작은 미세 입자로 보입니다. 이런 미세 입자들이 모여 현재의 행성과 소행성을 형성했을 가능성이 크다는 것이 현재 추정입니다. 물론 큰 행성도 처음에는 작은 입자에서 시작한 것이 당연하긴 하겠죠.
스웨덴 룬드대학(Lund University)의 앤더스 요한센 박사(Dr Anders Johansen)와 미국, 독일, 덴마크의 과학자 동료들은 이 밀리미터 크기의 티끌 같은 콘드률이 실제로 지구 같은 행성을 형성할 수 있는지를 시뮬레이션을 통해서 검증했습니다.
이들에 의하면 이 작은 입자들은 매우 빠르게 뭉쳐서 초기 소행성을 형성할 수 있습니다. 일단 소행성이 중력으로 주변의 콘드률을 끌어당길 수 있을 만큼 커지면, 마치 눈덩이를 눈 위에서 굴리는 것처럼 크기는 순식간에 커지게 됩니다. 초기 태양계에는 매우 높은 농도의 콘드률이 존재하기 때문이죠. 따라서 1,000km 지름까지 커지는 데 걸리는 시간은 별로 길지 않다고 합니다.
이전 연구에서는 화성만 한 크기의 행성이 생기는 데는 100만 년에서 300만 년 정도면 충분하다는 결론이 나왔습니다. 이번 연구에서도 같은 결과가 확인되었습니다. 일단 지구 질량의 10% 정도 되는 화성만 한 행성들이 태양계 초기에 수십 개가 생성된 것으로 생각되는데, 이들은 원시 행성(protoplanet) 혹은 미행성이라고 부릅니다.
태양계 초기 1억 년 동안 이런 원시 행성들은 서로 중력에 이끌려 충돌해 지금의 행성을 만든 것으로 생각됩니다. 지구의 경우 테이아(Theia)라는 화성 크기의 행성과 마지막으로 충돌해 현재의 지구와 달이 형성된 것으로 보고 있습니다.
과학자들은 행성의 형성이 별의 형성과 별로 차이 나지 않을 만큼 매우 빠른 시기에 이뤄질 수 있다고 믿습니다. 물론 수백 만년에서 1억 년은 천문학의 관점에서는 길지 않지만, 인간의 척도로는 매우 긴 시간이죠. 이 긴 세월 동안 밀리미터 크기의 입자들이 모여 지구 같은 행성도 만들 수 있습니다. 우주의 척도에서 생각하면 당연한 이야기지만 티끌 모아 태산이 아니라 지구도 충분이 가능합니다. 인간의 척도로는 가늠할 수 없는 영겁의 세월이 있으니까 말이죠.
Journal Reference:
- A. Johansen, M.-M. M. Low, P. Lacerda, M. Bizzarro. Growth of asteroids, planetary embryos, and Kuiper belt objects by chondrule accretion. Science Advances, 2015; 1 (3): e1500109 DOI: 10.1126/sciadv.1500109
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