(A mosaic image of Bennu composed of pictures taken by the OSIRIS-REx spacecraft. Credit: NASA/Goddard/University of Arizona. https://www.nasa.gov/news-release/nasas-newly-arrived-osiris-rex-spacecraft-already-discovers-water-on-asteroid/.)
(Simulation setup. a Mechanically stable granular bridge for α1 = α2 = 1 and d ∈ [4, 5] cm. b The granular bridges as a function of particle size. c A zoomed-in view illustrating the progressive failure of the granular bridge for α1 = α2 = 1 and d ∈ [4, 5] cm, from the initial state to complete rupture. d The variety of polyhedral shapes used in the study, characterized by different aspect ratios. Credit: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75169-4)
소행성에 대한 대표적인 오해는 우주를 떠돌아 다니는 거대한 바위라는 것입니다. 하지만 사실 대부분의 소행서은 우주를 떠돌아 다니는 잡석 더미에 불과합니다. 그리고 상당수는 조각난 암석인 미세 먼지 같은 입자들을 지니고 있습니다. 따라서 딥임팩트 미션처럼 충돌체를 소행성에 충돌시켜 궤도를 변화시키려 할 때는 상당히 신중히 접근해야 합니다. 오히려 소행성이 파괴되거나 궤도가 예상치 않은 방향으로 바뀔 수 있기 때문입니다.
콜로라도 볼더 대학교 선임 연구원 폴 산체스 (Paul Sánchez, a senior research associate at the University of Colorado Boulder)와 동료들은 소행성이 낮은 밀도와 빠른 자전에도 분해되지 않고 유지되는 이유를 분석했습니다.
사실 일부 작은 소행성들은 중력만으로는 해결되지 않는 강도를 지니고 있습니다. 지름 150m의 먼지와 잡석 더미에 불과한 소행성이 2.4시간 미만의 빠른 자전 속도를 지니면서도 분해되지 않는 것은 어떤 다른 힘이 존재함을 의미합니다. 연구팀은 자기중력은 크기(반지름)에 비례해 약해지지만, 입자 간 응집력(cohesion)은 크기에 무관하게 유지된다는데 주목했습니다. 따라서 작은 소행성에서는 중력이 급격히 약해지는 반면, 반 데르 발스(van der Waals) 힘 같은 미세한 응집력이 지배적 결합력으로 작용할 수 있습니다.
연구팀은 2010년에 이 가설을 제시한 바 있는데, 당시에는 가설을 검증할 구체적인 데이터를 확보하기 힘들었습니다. 하지만 2023년 NASA의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 임무가 베누 소행성에서 샘플을 가져오면서 상황이 변했습니다. 연구팀은 실제 소행성 샘플을 이용해서 응집력을 직접 측정해 시뮬레이션에 실제 값을 대입할 수 있게 됐습니다.
연구팀은 이 데이터를 바탕으로 10가지 다른 종횡비를 지닌 구와 각진 입체의 소행성을 시뮬레이션 했습니다. 다만 소행성 전체를 모사하는 대신 소행성의 작은 조각을 모델링했습니다. 각각 직경 1미터인 두 개의 바위 사이에 점착성 입자 매트릭스(콘크리트의 시멘트처럼 더 큰 조각들을 결합하는 미세 물질)를 채워 넣어 다리 모양을 만든 후 다리가 부서질 때까지 바위를 잡아당기면 인장 강도를 측정할 수 있습니다. 연구팀은 오픈소스 코드 LMGC90에 구현된 접촉 동역학 방법을 사용하여 이러한 시뮬레이션을 78회 실행했습니다.
시뮬레이션 결과, 인장 강도는 두 가지 요소에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다. 하나는 입자의 크기이고, 다른 하나는 구형에서 얼마나 벗어나 있는지입니다. 입자가 작을수록 더 강한 결합을 형성합니다. 입자가 작아지면 같은 공간에 더 많은 입자가 들어가게 되어 결합을 유지하는 접촉점이 많아집니다. 모양도 중요한데, 두 개의 구체는 한 점에서 만나는 반면, 두 개의 각진 입자는 모서리나 전체 면을 따라 만날 수 있기 때문입니다.
연구팀은 반환된 샘플에서 측정된 응집력을 사용하여 베누에 적용했습니다. 그 결과 표면 강도는 1파스칼 (Pa) 미만으로 나타났으며, 이는 원격 탐사 및 샘플링 이벤트 자체에서 얻은 독립적인 추정치와 일치합니다. 비교를 위해 예를 들면 갓 갈아낸 커피로 작은 원통을 만들면 강도가 약 50Pa 정도인데, 손가락 하나로도 구멍을 뚫을 수 있습니다. 베누 소행성의 표면은 그보다 50배나 약한 셈입니다. 이렇게 약한 이유는 암석 사이 미세한 먼지 입자가 부족하기 때문입니다.
이번 연구는 소행성이 겉보기와 달리 같은 크기라도 내부 입자의 크기와 형태에 따라 강도가 크게 달라질 수 있다는 점을 보여주고 있습니다. 이는 앞으로 소행성 탐사 및 궤도 변경에 중요한 시사점이 될 것으로 보입니다.
참고
Paul Sánchez et al, A universal scaling framework for granular asteroid strength and its application to the surface of asteroid Bennu, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75169-4.
https://phys.org/news/2026-09-particle-size-asteroid-strength-revealing.html
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