'혜성(Comet)'은 행성으로 성장하지 못한 얼음먼지로 주로 '카이퍼대(Kuiper Belt)'와 '오르트 구름(Oort cloud)'에 분포하고 있다. 혜성은 '얼음먼지(Icy Dust)'로 구성되어 있다. 얼음먼지에서 얼음이란 단어는, 먼지의 온도가 낮나는 물리적 설명이 아니라 먼지를 구성하는 성분이 고체형태라는 의미이다.
혜성의 핵은 태양계가 생긴 초기 단계에 태양계의 가장자리에서 생긴 것으로 보인다. 그래서 소행성과 마찬가지로, 초기 태양계의 정보를 가지고 있을 것으로 생각된다.
0. 목차
- 혜성의 정체는 어떻게 밝혀졌는가?
- 혜성의 종류
- 혜성의 꼬리
- 혜성 목록
1. 혜성의 정체는 어떻게 밝혀졌는가?
1-1. 중세시대에 혜성은 대체로 불길한 징조로 간주되었다.
지난 수천 년 동안 '혜성(Comet)'은 사람들에게 다양한 추론과 신화, 그리고 두려움의 대상이었다. '유성(Meteor)'은 밤하늘을 가로지르다가 몇 초 만에 사라지지만, '혜성'은 한번 나타나면 꽤 긴 시간 동안 관측된다. 중세 시대에 혜성은 대체로 불길한 징조로 간주되었다.
1066년, 영국 하늘에 혜성이 나타났을 때, 사람들은 '해럴드 2세(King Harold Ⅱ)'의 군대가 전쟁에서 패할 징조라고 믿었다. 실제로 해럴드 2세는 '헤이스팅스 전투(Battle of Hastings)'에서 노르만족의 정복왕 '윌리엄(William of Normandy)'에게 대패했고, 이 사건을 계기로 영국에는 새로운 왕조가 들어섰다. 노르만족의 영국 정복을 묘사한 중세의 자수품 '바이외 테피스트리(Bayeux Tapestry)'에는 하늘을 가로지르는 혜성과 그것을 바라보며 겁에 질린 농부와 병사들의 모습이 생생하게 표현되어 있다.
1-2. 자신의 중력이론으로 혜성을 설명한 '아이작 뉴턴'
그로부터 600년이 지난 1682년, 헤럴드 2세의 죽음을 예견했던 바로 그 혜성이 영국에 다시 나타났다. 하지만 과거와 달리 이번에는 모든 사람들이 혜성의 찬란한 빛에 매료되었고, '아이작 뉴턴'은 이 미스터리를 풀기로 마음먹었다. 그는 거울로 빛을 모으는 반사망원경을 손수 제작하여 혜성의 궤적을 관측한 후 자신의 중력이론으로 계산된 궤적과 비교했는데, 결과는 한마디로 '완벽한 일치'였다. 오랜 세월 동안 사람들을 두려움에 떨게 했던 혜성도 결국은 뉴턴의 중력이론을 따르고 있었던 것이다.
그러나 은둔형 과학자였던 뉴턴은 이 놀라운 결과를 학계에 발표하지 않았다. 동시대에 활동했던 천문학자 '에드먼드 핼리(Edmond Halley)'가 아니었다면, 뉴턴의 중력이론은 서랍 속에서 사장되었을지도 모른다. '에드먼드 핼리'는 케임브리지를 방문했다가, 뉴턴이 혜성의 궤적을 알아냈을 뿐만 아니라, 향후 궤적까지 계산했다는 사실을 알고 대경실색했다. 그것은 그때까지 어느 누구도 이루지 못했던 이루지 못한 업적이었다. 수천 년 동안 사람들에게 두려움과 경외감을 자아냈던 천문현상을 단 수식으로 완벽하게 설명해 놓고도 침묵으로 일관하고 있으니, '에드먼드 핼리'의 심정이 얼마나 답답했을지 짐작이 가고도 남는다.
뉴턴의 중력이론이 비범한 업적임을 한눈에 알아본 '에드먼드 핼리'는 출판 비용 전액을 내가 부담할 테니 제발 당신의 이론을 세상에 공개해 달라며 간곡히 부탁했다. 그러자 더 이상 숨길 명분이 없었던 '아이작 뉴턴'은 지난 20여 년 동안 연구해온 물리학 이론을 한 권의 책으로 요약했다. 이렇게 탄생한 책이 바로 과학 역사상 최고의 명저로 꼽히는 '프린키피아(The Principia)'이다. 이 책에서 뉴턴은 하늘의 섭리를 역학 법칙으로 설명함으로써, 자연과 수학의 친밀한 관계를 최초로 규명한 물리학자가 되었다. 그는 자신이 창안한 미적분학을 이용하여 태양계에 존재하는 모등 행성, 위성, 혜성의 운동을 정확하게 계산했으며, 혜성이 일정한 타원궤도를 따라 주기적으로 출현한다는 사실도 알아냈다. 그리고 '에드워드 핼리'는 뉴턴의 이론을 적용하여 1682년에 런던 하늘에 나타난 혜성이 76년 후에 되돌아온다고 예견했다. 그의 계산이 옳다면 1682년에 나타난 혜성은 1758년에 다시 돌아와야 한다. '에드먼드 핼리'는 그때까지 살지 못했지만, 그의 이름을 딴 '핼리혜성'은 정확하게 1758년 크리스마스에 등장하여 핼리의 예측이 옳았음을 입증했다.
2. 혜성의 종류
혜성은 궤도의 주기가 각각 다르며, 그 주기에 따라 몇 가지 종류로 나누어진다. 혜성은 태양을 도는 주기가 200년 이내인 '단주기 혜성(Short-period Comet)'과, 그 이상의 주기를 갖는 '장주기 혜성(Long-period Comet)'으로 나뉜다. 200년 이상의 주기를 가진 혜성 외에도 원이 아니라 포물선 또는 쌍곡선 모양을 하고 있어 태양에 가까워질 기회가 1회뿐인 혜성도 '장주기 혜성'이라고 한다. '단주기 혜성'은 '카이퍼 벨트(Kuiper Belt)'에서 온 것이고, '장주기 혜성'은 '오르트 구름(Oort cloud)'으로부터 온 것이다.
- 단주기 혜성(Short-period Comet): 첫 번째 장소는 해왕성 너머에 있는 '카이퍼벨트'로서 태양계 행성의 공전면과 거의 동일한 평면에 놓여 있다. 이곳의 혜성들은 태양을 중심으로 납작하게 일그러진 타원궤도를 따라 움직이고 있다. 또한 이 혜성들은 궤도를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간, 즉 주기가 수십에서 수백 년에 불과하며 '단주기 혜성(Short-period Comet)'으로 불리기도 한다. 이들의 주기는 이미 알려져 있기 때문에, 어느 날 갑자기 나타나 지구로 돌진할 가능성은 거의 없다고 봐도 무방하다.
- 장주기 혜성(Long-period Comet): 혜성의 또 다른 집결지는 훨씬 먼 곳에 있는 '오르트 구름'인데, 띠 모양으로 형성된 '카이퍼 벨트'와 달리 거대한 구형으로 태양계를 에워싸고 있다. 이곳의 혜성들은 태양과의 거리가 너무 멀어서 대부분이 정지상태를 유지하고 있다. 하지만 그 근처로 별이 지나가거나 자기들끼리 무작위 충돌을 겪다보면 우연히 태양계 안으로 진입할 수도 있다. 이 혜성들은 다시 돌아온다해도 주기가 수만년에서 수십만 년에 달하기 때문에 '장주기 혜성(Long-period Comet)'이라 불린다. 또한 이들은 출현 시기를 예측할 수 없기 때문에 '단주기 혜성'보다 위험하다.
3. 혜성의 꼬리
혜성의 가장 큰 특징은 긴 꼬리를 길게 뻗은 모습이라고 할 수 있겠다. 하지만 모든 혜성이 꼬리를 가지고 있는 것은 아니다. 혜성은 태양에 다가갔을 때, 태양열의 영향으로 핵 표면에서 얼음이 승화해 '코마(Coma)'라는 대기가 생긴다.
'코마(coma)'가 생긴 혜성은 밝게 빛나게 되며, 얼음이 승화하면서 핵에서부터 코마로 먼지도 방출된다. 그리고 태양에서 온 자외선이 코마에 닿으면 전기를 띤 '이온(ion)'이 발생한다. 코마 속에 생긴 먼지와 이온은 태양에서 불어오는 태양풍에 의해 뻗으면서 '먼지 꼬리'와 '이온 꼬리'를 만든다. 혜성으로부터 방출된 먼지는 방출 직후에는 혜성과 함께 태양을 돌지만, 차츰 혜성 띠 모양으로 궤도상에 자리잡게 된다. 그러다 지구가 그 띠와 교차할 때 일제히 먼지가 지구 대기에 돌입하는 경우가 있는데, 이것이 바로 '유성(meteor)'이다.
4. 혜성 목록
4-1. 핼리(Halley)
- 크기: 14.4×7.4×7.4km
- 주기: 약 75년
- 공식 명칭: 1P/Halley
'핼리(Halley)'는 영국의 천문학자 '에드먼드 핼리(Edmond Halley, 1656~1743)'가 처음으로 혜성의 궤도를 계산으로 유도한 점을 기념해, 그의 이름이 붙여졌다. '에드먼드 핼리'는 1705년에 당시 뉴턴이 발표한 만유인력의 이론에 따라서 기록에 있는 24개의 혜성의 궤도를 계산해서 1531년, 1607년, 1682년에 출현 바 있는 세 개의 혜성이 같은 궤도를 돌고 있음을 발견했다. 그리고 거의 같은 간격으로 나타나는 점에서, 이것들은 동일한 혜성이 태양의 주위를 76년의 주기로 돌고 있다고 결론짓고, 이 혜성이 다음에 1758년에 또 나타날 것이라고 예언했다. 그는 그 재출현을 보지 못하고 사망하였으나, 그의 이 예언은 정확히 적중하여 1758년의 크리스마스 밤에 그 아름다운 모습을 나타내며 접근해 왔다. '에드먼드 핼리'의 이 공적에 의하여, 혜성 중에 주기적인 것이 있다는 것을 비로소 알게 되었다. 다음에 지구에 접근하는 시기는 2061년이다.
천문학자들은 지금까지 꽤 많은 혜성의 성분, 크기, 강도 등을 알아냈다. 1986년에 핼리혜성이 다시 돌아왔을 때 탐사선 함대가 출동하여 성분을 분석했는데, 혜성의 몸체는 16km 짜리 땅콩 깍지 모양을 하고 있었다. 가운데가 잘록한 것으로 보아, 핼리혜성은 미래의 어느 날 두 조각으로 분리되어 '쌍혜성'이 될 가능성이 높다.
4-2. 템펠1 (Tempel 1)
- 크기: 7.6×4.9km
- 주기: 약 5.5년
- 공식 명칭: 9P/Tempel
'템펠 1(Tempel 1)' 혜성은 1867년 '윌헬름 템펠(Wilhelm Tempel, 1821~1889)'이 발견한 혜성으로, 5.5년을 주기로 태양을 공전하고 있다. 근일점은 화성 궤도의 약간 안쪽에 있다. 2005년 1월에 쏘아 올린 NASA의 무인 우주탐사선 '디프 임팩트(Deep Impact)'는 6개월간의 항해 끝에 '템펠 1'의 궤도에 접근하였다.
4-3. 하틀리 2 (Hartley 2)
- 크기: 2.2×0.4km
- 주기: 약 6.5년
- 공식 명칭: 103P/Hartley
'디프 임팩트(Deep Impact)'는 나중에 '에폭시(EPOXI)'라는 이름으로 바뀌었다. 2010년 11월 탐사선 '에폭시(EPOXI)'가 '하틀리 2 혜성'의 핵에서 약 700km 거리까지 접근해, 핵에서 작은 눈덩이가 튀어나오는 모습 등을 매우 상세하게 관측하는 데 성공하였다.
4-4. 보렐리 (Borrelly)
- 크기: 4.0×1.6km
- 주기: 약 6.9년
- 공식 명칭: 19P/Borrelly
핵은 볼링 핀같은 가늘고 긴 모양이다. 빛의 반사율이 낮고, 탄소의 검댕 같은 것으로 덮여 있다고 추정된다. 태양에 가장 접근하는 근일점은 지구와 화성 사이에 있다.
2001년 9월 22일, '미국 항공우주국(NASA: National Aeronautics and Space Administration)'은 1998년 발사한 '딥 스페이스 1호(Deep Sapce)'가 보렐리 혜성에 2156㎞까지 접근해 볼링 핀처럼 생긴 핵을 촬영하는 데 성공했다고 밝혔다. 에베레스트산 덩치만 한 지름 8㎞의 핵은 표면이 울퉁불퉁했고, 깊게 파인 부분이 있었으며 바깥은 유기 분자로 보이는 검은 물질로 덮여 있었다. 얼음과 먼지로 이루어진 혜성의 핵은 태양빛에 녹으면서 우물처럼 파인 부분에서 3방향으로 제트 먼지를 분출하면서 긴 꼬리를 만들어내고 있었다. '유럽우주국(European Space Agency)'도 1986년 탐사선 '지오토(Giotto)'를 '핼리(Halley)' 혜성에 보내 사진을 찍었지만, '딥 스페이스 1호'가 촬영한 사진처럼 선명한 사진을 얻지는 못했다. 혜성은 태양계 생성 초기에 지구와 부딪치면서, 지구에 많은 양의 물을 공급해 생명체가 탄생하는 데 결정적인 기여를 한 것으로 천문학자들은 보고 있다.
4-5. 그 외의 혜성
- 러브조이 혜성(Comet Lovejoy):
- 맥노트 혜성(Comet McNaught):
- 맥홀츠 1 혜성:
- 슈메이커-레비 9 혜성:
- 아이손 혜성(ISON): 2013년에 와서 긴꼬리를 만들기 전에 태양 가까운 곳에서 파괴된 '장주기 혜성'이다.
- 아틀라스 혜성:
- 엘레닌 혜성:
- 웨스트 혜성:
- 이케야-세키 혜성:
- 이케야-장 혜성:
- 츄류모프-게라시멘코 혜성(Churyumove-Gerasimenk):
- 판스타스 혜성(PanSTARRS):
- 하쿠타케 혜성:
- 하틀리 제2혜성(Comet Hartley 2): 지구의 '중수소의 비'와 비슷하다.
- 허셜-리골렛 혜성(Herschel-Rigollet):
- 헤일-밥 혜성: