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태양계 이야기 1024 - 왜행성 콰오아에서 발견된 두 번째 고리


 

(Representation of our results on Quaoar's shape (center) and the detection of the two rings Q1R (outer ring) and Q2R (inner ring). The red segments correspond to the 1-σ error bars on the particular events. The orbit of Q1R is determined from a simultaneous fit using the present work and previous detections of 018, 2019, 2020, and 2021 reported by Morgado et al. (2023). The solution for the orbit of the new Q2R ring assumes that this ring is co-planar and concentric with Q1R. The central part of the plot (occultation by the solid body) is enlarged in Fig. A.2. In yellow, we show the 1/3 SOR resonance with Quaoar, and in teal is the 5/7 SOR resonance. The purple ellipse represents 6/1 MMR with Weywot (considering the double-peaked rotation period), and the green ellipse presents the expected Roche limit, considering particles with a bulk density of ρ = 0.4 g cm−3 . The arrow shows the star's motion relative to Quaoar. Note: the orbital radius of Weywot is about three times larger than that of Q1R, and thus it is not shown in this representation. Credit: arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2304.09237)

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해왕성 궤도 밖에 존재하는 왜행성 가운데 콰오아는 대략 원일점 45AU, 근일점 42AU라는 원에 가까운 궤도를 돌고 있습니다. 크기는 명왕성의 위성인 카론과 비슷한 정도로 지름이 대략 1100km 정도인 것으로 추정됩니다. 하지만 궤도나 크기보다 더 중요한 사실은 이 왜행성에 예상치 못한 고리가 있다는 것입니다. 고리의 위치는 콰오아의 반지름에서 7배 정도 거리에 있는 대략 4000km 정도로 로슈 한계보다 더 멀어 과학자들의 주목을 받았습니다. 이 한계 밖에서는 위성의 중력이 모천체의 기조력보다 크기 때문에 형태를 유지할 수 있는데도 고리가 생긴 이유는 아직 미스터리입니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/223010388211

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(Scientists Can't Solve This!! Quaoar defies all theories with its ring system!)

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그런데 얼마 지나지 않은 시점임에도 불구하고 국제 과학자팀이 두 번째 고리까지 찾았다는 소식입니다. 콰오아의 두 번째 고리 역시 로슈 한계 밖인 2500km 정도 거리에서 포착되었으며 두께는 비교적 균일한 10km 정도로 추정됩니다. 첫 번째 고리가 5-300km 정도로 다소 균일하지 않은 크기인 것과 대조적입니다.

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참고로 콰오아는 웨이왓 (Weywot)이라는 위성을 13,300km 거리에 거느리고 있습니다. 위성의 지름은 170km 정도입니다. 따라서 콰오아 시스템을 보면 아래와 같이 생겼습니다.

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(Viewed top-down over Quaoar's north pole. 출처: 위키피디아)

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콰오아 같은 작은 천체가 어떻게 이렇게 복잡한 고리와 위성 시스템을 거느릴 수 있는지는 아직 알려진 바가 없습니다. 명왕성의 사례처럼 태양계 외곽의 얼음 천체들은 오랜 세월 서로 충돌하거나 혹은 우리가 알 수 없는 이유로 많은 위성과 고리를 지니게 되었을지도 모릅니다. 정확한 것은 역시 탐사선을 직접 보내봐야 더 알아낼 수 있을 것입니다. 어쩌면 콰오아의 위성은 하나가 아닐지도 모릅니다. 앞으로 추가 관측을 통해 어떤 사실이 더 밝혀지게 될지 궁금합니다.

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참고

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https://en.wikipedia.org/wiki/50000_Quaoar

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https://phys.org/news/2023-04-dwarf-planet-quaoar.html

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C. L. Pereira et al, The two rings of (50000) Quaoar, Astronomy & Astrophysics (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202346365. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2304.09237

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