지구보다 10배 가까이, 화성 궤도에서 만난 ‘태양계 바깥 혜성’

곽노필의 미래창
미국·중국·유럽, 우주 관측장비 총동원
성간천체 ‘아틀라스혜성’ 잇따라 공개
지구보다 10배 가까운 거리에서 촬영
지상 관측과 결합해 입체적 파악 가능

10월3일 유럽우주국의 엑소마스가스추적궤도선(TGO)(오른쪽)이 성간혜성 아틀라스를 2900만km 떨어진 거리에서 촬영한 사진. 유럽우주국 제공

미국과 유럽, 중국이 화성 궤도선을 포함해 우주 관측 장비를 총동원하다시피 하며 촬영한 성간천체 아틀라스혜성(3I/ATLAS) 사진을 잇따라 공개했다.

지난 7월 초 미국항공우주국(나사)의 아틀라스(ATLAS=소행성 충돌 최종 경보 시스템) 망원경을 통해 발견된 아틀라스 혜성은 2017년 오우무아무아, 2019년 보리소프 혜성에 이어 인류가 확인한 세번째 성간 천체다. 성간 천체란 말 그대로 태양계 밖에서 날아온 천체를 말한다. 이 혜성의 명칭 ‘3I/ATLAS’에서 3은 세번째로 발견된 것을, I는 성간 천체를, ATLAS는 이 천체를 발견한 망원경의 이름을 뜻한다.

세 나라는 특히 지난달 3일 아틀라스혜성이 화성을 최근접 거리에서 통과할 때 화성 궤도와 표면에 있는 관측장비로 집중 관측했다. 당시 아틀라스혜성과 화성의 최근접 거리는 2900만km였다. 이때는 혜성이 태양 뒤쪽에 있어서 지구에서는 관측할 수 없었던 기간이다.

미국항공우주국(나사)의 화성정찰궤도선(MRO), 메이븐 궤도선과 화성 표면에서 활동 중인 로봇탐사차 퍼시비런스, 유럽우주국의 엑소마스 가스추적궤도선(TRO), 중국의 화성 궤도선 톈원1호에 탑재된 장비가 이번 관측에 사용됐다. 이 장비들 덕분에 과학자들은 지상에 있는 망원경보다 약 10배 더 가까운 곳에서 다른 각도로 관측한 혜성을 접할 수 있었다. 우주에서의 관측은 혜성의 특성을 좀 더 자세하고 입체적으로 파악할 수 있게 해준다.

미국항공우주국의 태양관측위성 스테레오가 촬영한 아틀라스혜성. 가시광선 관측 기기로 9월11~25일 촬영했다. 미국항공우주국 제공

우주 삼각측량, 소행성 감시에도 유용

나사는 19일(현지시각) “12개의 나사 장비를 아틀라스혜성 관측에 사용했다”며 40여일간의 연방정부 폐쇄 기간 동안 쌓였던 관측 사진을 일제히 공개했다.

유럽우주국(ESA)은 화성 탐사선 엑소마스가스추적궤도선(TGO)을 이용해 10월1~7일 화성 가까이 접근하는 아틀라스 혜성을 관측했다. 유럽우주국은 화성과 지구에서의 관측 데이터를 결합하면 혜성의 향후 경로를 더 정확하게 예측할 수 있다고 밝혔다. 유럽우주국은 특히 이런 우주 삼각측량 방식은 앞으로 지구에 근접하는 소행성 감시에도 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대했다.

나사의 스테레오(STEREO), 펀치 (PUNCH), 유럽우주국의 소호(SOHO) 등 태양관측위성들도 혜성 관측에 동원됐다. 태양관측위성이 혜성 관측에 사용된 것은 이번이 처음이다. 화성과 목성 사이 소행성대와 목성의 트로이 소행성군을 향해 가고 있는 나사 탐사선 프시케와 루시도 관측 대열에 합류했다.

10월3일 중국의 화성 궤도선 톈원 1호가 2896만km 거리에서 촬영한 아틀라스혜성. 중국국가우주국 제공

태양계 혜성보다 이산화탄소 양 더 많아

얼음과 먼지, 암석 입자들로 이뤄진 혜성은 태양에 가까워지면서 태양 에너지의 영향으로 얼음이 기체로 승화돼 핵 주위에 코마라고 하는 가스층과 함께 긴 꼬리를 형성한다. 혜성의 꼬리엔 고체 입자들로 구성된 먼지 꼬리와 기체 상태의 이온 꼬리가 있다. 이론상 꼬리는 근일점에서 가장 길어진다. 이온꼬리는 태양 반대쪽으로 직선, 먼지꼬리는 부채꼴 모양을 이룬다.

혜성의 코마는 녹색 빛을 띠는 경우가 많다. 이는 물, 이산화탄소, 일산화탄소 등으로 이뤄진 얼음이 녹으면서 방출돼 대기를 형성하는 휘발성 기체 가운데 이원자 탄소(C₂)가 태양 자외선(UV)을 받아 방출되는 빛이다. 반면 태양풍의 영향으로 형성되는 혜성의 이온꼬리는 파란색을 띠는 경우가 많다. 푸른색은 일산화탄소 이온이 내는 빛이다. 일산화탄소는 혜성의 성분 중 승화점이 가장 낮은, 즉 가장 쉽게 증발하는 기체다.

지금까지의 관측 데이터로 보면 아틀라스혜성은 태양계 혜성과 거의 동일한 물질로 구성돼 있다. 제임스웹우주망원경(JWST)은 혜성의 코마에서 이산화탄소, 수증기, 물 얼음, 일산화탄소, 그리고 황화카르보닐을 발견했다. 칠레의 초거대망원경(VLT)도 시안화물과 니켈을 발견했는데 , 둘 다 태양계 혜성과 비슷한 농도였다.

다만 아틀라스혜성에선 이산화탄소 양이 태양계 혜성보다 훨씬 많았다. 또 상당 부분이 일반적인 탄소-12가 아닌 탄소-13 동위원소를 포함하고 있었다. 이는 아틀라스와 그 중심별을 만든 성운과 태양계를 형성한 성운의 화학적 차이 때문으로 추정된다. 그러나 전반적으로 아틀라스혜성의 화학 구성은 다른 행성계도 우리 행성계와 별다를 게 없는 것으로 나타났다. 이는 다른 별 주변에서도 생명체가 진화할 수 있다는 걸 시사한다.

제임스웹, 12월 중 마지막 추가 관측

10월 말 태양과 2억1천만km 거리에서 근일점(태양에서 가장 가까운 지점)을 통과한 아틀라스혜성은 태양계 내에서 생성된 혜성보다 훨씬 빠른 시속 20만km의 속도로 이동하고 있다. 현재 지구와의 거리는 약 3억km이다.

아틀라스혜성은 12월19일 지구를 가장 가까이서 지나간다. 그러나 2억7500만km나 멀리 떨어진 거리에서 통과하기 때문에 지구에 위협이 되지는 않는다. 나사는 이때가 이 혜성을 관측할 수 있는 마지막 기회라고 보고, 12월 중 지구에서 150만km 떨어진 거리에 있는 제임스웹우주망원경(JWST)을 이용해 이 혜성을 추가 관측할 예정이다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr