토성에서 첫 트로이 소행성 발견…1천년 돌고 궤도 벗어난다

곽노필의 미래창
토성 앞쪽에서 같은 공전궤도 돌아
2천년전 포획…유일하진 않을 듯

과학자들이 토성과 같은 공전궤도를 도는 소행성을 처음으로 발견했다. 미 항공우주국 제공

태양계 각 행성의 공전궤도에는 행성의 앞 또는 뒤에서 행성과 같은 궤도를 따라 태양을 공전하는 소행성들이 있다. 이들을 트로이 소행성이라고 부른다.

트로이 소행성을 가장 많이 거느리고 있는 행성은 태양계 최대 행성인 목성이다. 목성에서는 지금까지 발견된 트로이 소행성이 1만3천여개에 이른다. 거대 외행성인 천왕성(2), 해왕성(31), 내행성인 금성(1), 화성(9), 지구(2)에서도 각각 트로이 소행성이 발견됐다. 지구 궤도에서는 2011년과 2022년에 각각 1개씩 발견됐다. 수성과 토성이 품고 있는 트로이 소행성은 없을까?

과학자들이 토성에서도 트로이 소행성을 발견해 사전출판 논문 공유집 아카이브에 발표했다. 토성은 태양계에서 두번째로 큰 행성이지만 그동안 트로이 소행성이 발견되지 않아 궁금증을 불러일으켰다.

캐나다의 웨스턴 온타리오대 연구진은 2019년 하와이 마우나케아산 정상에 있는 망원경 관측을 통해 포착한 소행성의 2015~2024년 관측 데이터를 추적한 결과 이 천체가 토성의 트로이 소행성이라는 걸 확인했다고 밝혔다.

트로이 소행성은 태양과 행성의 중력이 균형을 이루는 우주 공간, 즉 라그랑주점에 위치해 있다. 라그랑주점은 태양과 행성을 잇는 선상에 3곳, 행성 공전궤도상에 2곳을 합쳐 모두 5곳이 있다. 이 가운데 행성 공전궤도의 앞과 뒤에 있는 라그랑주점 2곳(L4, L5)에서 태양을 도는 천체가 트로이 소행성이다. 라그랑주점 L4와 L5는 태양, 행성과 정삼각형을 이루는 지점, 즉 행성에서 60도 각도 떨어져 있는 곳이다. 60도는 전체 공전 궤도의 6분의 1에 해당한다.

이번에 발견한 토성의 트로이 소행성도 마찬가지다. ‘2019 UO 14’라는 이름이 붙은 이 소행성은 L4 지점에 있다. 지름은 약 13km로 화성의 두 위성 중 작은 위성인 데이모스와 거의 같은 크기다.

목성과 천왕성 사이에서 궤도 불안정

그러나 토성의 트로이 소행성은 궤도가 불안정하다. 토성 양쪽으로 거대한 중력을 갖고 있는 두 개의 행성, 즉 목성과 천왕성이 있기 때문이다. 마드리드 콤플루텐세대의 카를로스 데 라 푸엔테 마르코스 교수(천문학)는 “목성의 강력한 중력이 조금씩 토성의 트로이 소행성의 공전 궤도를 교란시켜 결국 소행성을 궤도에서 이탈시킬 것”이라고 말했다.

연구진은 이번에 발견한 소행성이 트로이 소행성이 된 것은 약 2천년 전이며 앞으로 궤도를 유지할 수 있는 기간은 1천년 정도일 것으로 예측했다. 연구진은 이 소행성은 토성 궤도에 잡히기에 앞서 거대 행성 궤도 사이의 어딘가에서 태양을 공전하고 있었을 것으로 추정했다. 그러다가 어느 순간 토성 중력에 이끌려 토성의 트로이 소행성이 됐다는 것이다.

연구진은 이 소행성이 토성의 유일한 트로이 소행성은 아닐 것으로 본다. 다른 트로이 소행성이 얼마나 있을지는 알 수 없지만 아직 발견하지 못했을 뿐이라는 것이다.

미 항공우주국(나사)은 2023년 10월 사상 처음으로 트로이 소행성 탐사선 루시를 목성 궤도를 향해 발사했다. 우주선 루시는 2027년부터 목성 궤도에 도착해 2033년까지 트로이 소행성 5개를 차례로 근접비행하며 탐사 활동을 한다.

*논문 정보

https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.19725
2019 UO14: A Transient Trojan of Saturn

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr