[사이테크 플러스] "명왕성, 태양에서 멀어질 때 대기까지 얼어붙는다"

미국 연구팀 "질소까지 얼어붙어 대기 밀도 감소"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 태양계 9번째 행성에서 2006년 행성 기준이 바뀌면서 '왜소행성'(dwarf planet)으로 강등된 명왕성이 태양으로부터 멀어지면서 대기 구성 물질까지 지표면에 얼어붙어 대기 밀도가 감소하는 것으로 나타났다.

미국 사우스웨스트연구소(SwRI) 엘리엇 영 박사팀은 4일(현지시간) 제53회 미국 행성 과학 협회 연례 회의에서 명왕성이 뒤편에 있는 별빛을 가릴 때 지구의 천체망원경으로 명왕성을 정밀 측정하는 방법으로 이 같은 사실을 확인했다고 밝혔다.

명왕성의 대기 SwRI 연구팀은 2018년 8월 15일 밤 명왕성이 별을 가리는 엄폐(occultation) 현상이 일어날 때 미국과 멕시코 여러 지역에 천체망원경을 배치, 2분여에 걸쳐 진행되는 엄폐현상 동안 별빛이 명왕성 대기를 통과할 때 약해지는 현상을 측정했다. 그 결과 명왕성이 태양에서 멀어져 기온이 낮아지고 대기 중 질소가 표면에 얼어붙으면서 대기 밀도가 떨어지고 있는 것으로 나타났다. [NASA/JHU-APL/SwRI 제공. 재판매 및 DB 금지]

명왕성 대기는 지구와 마찬가지로 주로 질소로 이루어져 있고, 평균 기온은 태양에서 너무 멀어 영하 240℃ 이하로 매우 낮다. 명왕성은 타원형 공전궤도로 248년에 한 바퀴씩 태양을 돌며, 태양에 가장 가까울 때 거리는 약 30천문단위(AU=지구와 태양 거리. 약 1억5천만㎞), 가장 멀 때는 50AU 정도다.

연구팀은 2018년 8월 15일 밤 명왕성이 별을 가리는 엄폐(occultation) 현상이 일어날 때 미국과 멕시코 여러 지역에 천체망원경을 배치하고, 2분여에 걸쳐 진행되는 엄폐현상 동안 별빛이 명왕성 대기를 통과할 때 약해지는 현상을 정밀 측정했다.

천문학자들은 수십 년 전부터 명왕성의 희박한 대기를 측정하는 데 엄폐 현상을 이용했다. 뒤편의 별이 명왕성에 가려졌다가 다시 나올 때 대기 밀도에 따라 별빛의 강도가 달라지는 것을 이용한 것이다.

연구팀은 측정 결과를 미국 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 '뉴허라이즌스'가 2015년 근접 비행에서 측정한 명왕성 대기 밀도 데이터와 비교했다. 명왕성 대기는 10년마다 2배로 증가했다가 감소하는 것으로 알려져 있으며 2015년 뉴허라이즌스 관측 결과도 이와 일치했다.

2018년 8월 15일 명왕성 엄폐 현상에서는 명왕성의 대기가 빛을 그림자 중앙 영역으로 굴절시켜 나타나는 '중앙 섬광'(central flash) 현상이 관찰돼 전체적으로 W-자 형태의 광도 그래프가 만들어졌다. SwRI 연구팀은 이런 중앙 섬광이 명왕성이 태양에서 멀어질 때 대기가 표면에 얼어붙어 밀도가 낮아졌음을 뒷받침하는 것으로 분석했다. [NASA/SwRI 제공. 재판매 및 DB 금지]

대기가 있는 천체에서 엄폐현상이 일어나면 빛은 대기를 통과할 때 서서히 어두워졌다가 다시 점차 밝아진다. 그런데 2018년 관측에서는 명왕성 대기가 빛을 그림자 중앙 영역으로 굴절시켜 나타나는 '중앙 섬광'(central flash) 현상이 관찰됐다.

엄폐 현상 관측에서는 별빛의 광도가 보통 U-자형 그래프로 나타나는데, 2018년 명왕성 엄폐에서는 중앙 섬광 현상으로 U자 가운데에 강력한 섬광이 있어 전체적으로 W-형태 그래프로 관측됐다.

영 박사는 "2018년 관측된 중앙 섬광은 지금까지 명왕성 엄폐 현상에서 관측된 것 중 가장 강력하다"며 이는 명왕성이 태양에서 멀어져 대기 중 질소가 냉각돼 표면에 얼어붙으면서 대기 밀도가 낮아졌음을 뒷받침하는 것이라고 설명했다.

명왕성 대기도 지구처럼 주로 질소로 돼 있지만 대기 밀도는 지구와 달리 표면의 얼음에서 발생하는 증기압에 따라 달라진다. 이 때문에 명왕성 표면 얼음의 온도가 조금만 변해도 대기 밀도가 크게 변하는데, 대기 밀도 변화는 엄폐 현상 때 별빛 반사에 큰 영향을 미치게 된다.

연구팀은 지난 25년간 명왕성이 태양에서 점점 멀어지면서 흡수하는 태양 빛도 계속 줄어들고 있다며 이로 인해 명왕성 냉각 효과가 나타나기 시작했음을 시사한다고 밝혔다.

scitech@yna.co.kr

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