(Credit: Pixabay/CC0 Public Domain)
태양계에는 8개의 행성이 있습니다. 하지만 과거에는 이보다 더 많은 미행성들이 있었던 것으로 보입니다. 지구와 달 역시 원시 지구와 화성만한 가상의 행성 테이아가 서로 충돌해 만들어졌다는 것이 유력한 가설입니다.
그런데 이런 원시 행성의 충돌과 소실은 태양계 안쪽에서만 일어난 것은 아닐 것입니다. 존스 홉킨스 대학의 매튜 클레멘트(Matthew S. Clement)가 이끄는 연구팀은 초기 태양계 외곽엔 지금보다 1-2개 정도 더 많은 가스행성이 있었다는 연구 결과를 저널 이카루스(Icarus)에 발표했습니다.
약 40억 년에서 45억 년 전 행성들이 형성된 직후, 태양계 외곽은 니스 모델 불안정기 (Nice Model instability)라고 알려진 극심한 혼란기를 겪었습니다. 이 시기에 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 궤도는 급격하게 변동하며 매우 불안정해졌습니다.
이 시기 거대 행성들은 서로에게 엄청나게 가까이 접근하여 강력한 중력으로 끌어당기는 근접전을 자주 벌였습니다. 이러한 혼란스러운 움직임 끝에 행성들은 현재의 위치에 자리 잡게 되었습니다. 하지만 안정화 이전 태양계가 지금과 같은 구성이었다면 이 과정에서 행성의 위성들은 다른 행성의 중력에 의해 살아남기 어려웠을 것입니다.
이 과정을 알아내기 위해 연구팀은 초기 태양계의 컴퓨터 시뮬레이션 122개를 분석했습니다. 과학자들은 행성, 위성, 태양, 그리고 지나가는 우주 암석 사이의 복잡한 중력 상호작용을 수백만 년에 걸쳐 추적하는 소프트웨어를 사용했습니다. 그리고 거대 행성이 다섯 개 또는 여섯 개로 시작하는 여러 가지 역사 시나리오를 검증했습니다. 이는 현재의 니스 모델에 하나 또는 두 개의 거대 행성이 추가로 존재하다가 나중에 태양계에서 튕겨져 나가는 시나리오가 포함되어 있기 때문입니다.
컴퓨터 모델 분석 결과, 목성과 천왕성의 위성계가 살아남을 확률은 매우 낮은 것으로 나타났습니다. 목성과 천왕성의 위성계가 살아남을 확률은 모두 15% 미만인 것으로 나타났습니다. 여러 시나리오를 검토한 결과, 원래의 위성과 행성이 모두 온전하게 살아남은 경우는 단 한 건뿐이었습니다.
결론적으로 가장 가능성 높은 시나리오는 초기 태양계에 가스 행성이 1개 혹은 그 이상 존재했다가 튕겨 나갔고 천왕성의 경우 이 과정에서 위성들이 충돌한 이후 다시 뭉쳐져 현재의 위성계가 된 것으로 보입니다. 이는 미란다 같은 천왕성의 위성을 잘 설명하는 결과로 보입니다.
아무튼 태양계에서 추방당한 행성이 있다는 이야기는 꽤 상상력을 자극하는 이야기 같습니다. 과연 이 행성은 지금 은하계 어디에 있을지 궁금합니다.
참고
https://phys.org/news/2026-06-planets-solar.html
Matthew S. Clement et al, The fragility of the Uranian moons during the giant planet instability, Icarus (2026). DOI: 10.1016/j.icarus.2026.117056. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2603.21750
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