우주의 방랑자 "혜성"

혜성

 

우리나라에서는 '혜성'을 '살별'이라 하고, 다른 말로는 코메트라고도 하며 이는 머리를 뜻하는 말로 쓰인다. 16세기에는 새의 상징으로 생각되는 혜성이 티코 브라헤(티초)가 지구 대기에서 나타나는 현상이 아니라 일종의 천체라는 사실을 밝혀냈고, 이후 영국의 천문학자 에드먼드 할리는 혜성이 태양계의 일원임을 증명했다.

혜성의 특징

 

이 혜성은 초기 태양계를 형성한 오트 구름에서 중력과 태양계의 모종의 동요의 영향을 받아 태양계에 들어온 것으로 보인다. 비록 소행성과 크기는 비슷하지만 혜성은 코마라고 불리는 핵과 그 주위에 넓은 수소 구름, 그리고 우주를 떠도는 중에 발생하는 꼬리를 둘러싸고 있다. 이 모든 구조물들은 태양의 영향을 받지만 혜성은 태양계가 형성되었을 때와 같은 성분을 가지고 있기 때문에 휘발성 가스를 많이 포함하고 있다. 혜성이 태양계에 많이 들어올수록 태양의 영향을 많이 받고 혜성 표면의 기체는 증발하여 분해되어 대기와 꼬리를 형성한다.

 

혜성의 핵

혜성의 핵에는 먼지와 얼음이 섞여 있다. 분광 관측에 따르면 핵은 주로 탄소, 수소, 산소, 질소로 구성되며 나트륨, 실리콘, 황, 마그네슘, 철 등 무거운 원소를 포함하고 있지만 이 함량은 태양 형성의 초기 성분과 거의 같다.

혜성의 핵은 내부에 촘촘한 핵이 있고 먼지가 많은 얼음 층으로 덮여 있다. 태양에 접근하면서 핵의 표면 온도는 높아지지만 1986년 약 0.8AU에 위치한 핼리 혜성의 핵 온도는 적외선(약 330K(57C))으로 측정했다.

혜성 궤도

혜성은 형성 초기에는 태양계의 외연에서 중력에 의해 태양계로 들어오겠지만 목성 등 질량이 큰 행성의 영향도 받고 궤도 원소도 매우 가변적이다. 따라서 태양계에 들어간 후 혜성은 태양과 다른 행성들과 충돌하여 태양계를 파괴하거나 이탈할 수도 있다.

혜성은 궤도 이심률과 궤도 주기에 따라 분류된다. 궤도 이심률이 0이고 궤도 주기가 20년 미만인 혜성을 목성 근처를 거의 지나갈 정도로 짧은 기간 혜성, 즉 목성 혜성이라고 부른다. 궤도 주기가 20~200년인 혜성을 핼리(Halley) 모양의 혜성이라고도 한다. 200년 미만의 모든 혜성은 단기간 혜성으로 연결되기도 한다. 그러한 단주기 혜성의 이름은 파인더 앞에 P(Periodic)를 추가하여 표시된다. 예를 들어, 핼리의 혜성은 P/Halley로 묘사된다.
반면 200년 이상의 기간을 가진 혜성은 장기 혜성으로 분류되지만 대부분 포물선 궤도로 이동하고 있다.

혜성 탐사

스타더스트 우주선은 1999년 2월에 혜성 탐사선으로 발사되었다. 탐사선은 2004년 1월 와일드 2 혜성에서 표본을 채취한 뒤 지구로 귀환했다. 2004년 3월 발사된 로제타도 67P/처 리우 모프-제라스 미 엔코 혜성에 착륙하기 위한 탐사선이다. 2014년 11월 12일, 로제타 로버의 "파이어" 로버가 67P 혜성에 착륙했다.

 

혜성의 구조

 

• 혜성의 조각
  혜성은 태양에 접근하여 핵 표면에서 드라이아이스, 암모니아, 얼음이 그 순서대로 증발한다. 이러한 가스가 발생할 때 먼지도 방출된다. 먼지의 성분은 혜성마다 조금씩 다르며 먼지는 동체보다 1~2배 더 많다. 이런 식으로 생성되는 가스와 먼지로 구성된 혜성의 대기를 혼수상태라고 한다. 혜성이 태양으로부터 약 2.5AU 거리에 들어가면 얼음층이 증발하기 시작하며 혜성의 모양을 비교적 잘 볼 수 있다. H2O는 혼수상태에서 가장 흔한 성분이지만 H2O는 핼리혜성의 경우 혼수상태 물질의 80% 이상이며 CO는 약 10%이다.
• 수소 구름
  프레임 주변에서 짧은 파장의 중성 수소 와이어(126A)를 관찰한 결과 106~108km 구간에서 거대한 수소 원자가 프레임을 둘러싸고 있는 것으로 나타났다. 이는 태양의 영향으로 조각의 주성분인 H2O가 분해되고 많은 수소 입자가 생성되면서 발생한 것으로 추정된다.
  
  
• 혜성 꼬리
  혜성의 꼬리는 이온 꼬리와 먼지 꼬리가 있다. 먼지 꼬리는 먼지 꼬리라고도 불리지만 혜성이 궤도 운동을 하는 동안 프레임 속의 먼지는 태양의 강한 방사선 압력에 의해 궤도에 흩어진다. 먼지 꼬리는 혜성의 이동 방향에서 반대 방향으로 발생한다.
  
  
• 가스 꼬리라고도 불리는 이온 꼬리는 약 50km/s의 빠른 속도로 이온 분자를 태양의 반대편으로 밀어내 꼬리를 형성한다. 이온 꼬리는 태양에 가까워질수록 길어지는데, 태양에서 방출되는 태양풍이라고 불리는 매우 빠른 양성자와 전자가 혜성에 영향을 주기 때문이다. 그 결과 CO。, N2。, OH。, CO2。, CH。 등의 이온화 입자가 발생하였다.