행성의 탄생과 소행성대의 형성

행성들의 탄생

태양계 성운의 물질은 너무 빨리 회전하므로 형성 중인 태양에 합쳐지지 못하고 원반 모양으로 펼쳐져 있는데 이 원반은 중심부가 얇고 주로 수소와 헬륨의 혼합 가스로 이뤄져 있다고 한다. 또 이 원반에는 고체 상태 물질의 미세 결합체인 먼지 알갱이들이 흩어져 있다고 한다. 천체물리학자들은 이 원반을 태양으로부터 약 5AU(천문단위) 떨어진 얼음 동결선이라는 경계 안쪽과 바깥쪽으로 나눈다고 한다. 이때 AU로 표시되는 천문단위는 태양계에서 사용되는 거리의 단위로 1 AU는 1억 4턴 960만km이다. 얼음동결선 밖의 원반은 너무 차가워서 물은 고체 상태가 된다고 한다.

침대 밑에서 먼지 뭉치가 만들어지듯 먼지 알갱이들은 조금씩 서로 달라붙는다고 한다. 이것들이 서로 뭉쳐서 1m가 넘는 크기의 덩어리가 외면 중력이 작용해 1km가 넘는 크기의 개체들이 형성된다고 한다. 이 미행성중 가장 무거운 것들은 마침내 자신들이 중력권 안에 존대하는 모든 것을 흡수한다고 한다. 이런 과정을 거쳐 만들어진 행성 배아의 질량은 태양에서 멀어질수록 증가한다고 한다.

 

얼음동결선 너머의 배아들은 상당히 무거워서 (지구 질량의 몇 배) 원반의 가스를 끌여 당겨 수소와 헬륨으로 무장할 수 있다고 한다. 이 가스층의 질량이 지구 질량의 100배을 통과하면 이 가스층은 두꺼워져 목성과 토성처럼 거대 가스형의 대기가 된다고 한다. 반대의 경우 가스층은 흩어지고 휘발성 재료(얼음으로 잘못 알려진)와 암석으로 된 커다란 핵만 남는데 지구 질량의 15배쯤 되는 이 핵은 천왕성과 해왕성처럼 수소와 헬륨으로 둘러싸인다고 한다.

 

얼음동결선 안쪽 그리고 태양복사의 직용으로 가스가 조금씩 소실되는 매질에서 행성 배아들은 서로를 동요시킨다고 한다. 이 행성 배아들의 궤도가 기어지다가 서로 만날 수 잇기 때문이다. 이것들이 상로 자용을 계속하면 결구 미행성의 융합이 일어나거나 혹은 중력의 새총 효과로 인해 태양계 밖으로 쫓겨난다고 한다. 그 결과 살아남은 것은 4개뿐이라고 한다. 태양에서 가까운 순서로 말하자면 수성, 금성, 지구, 화성인데 천체물리학자들이 이 행성들을 지구형 행성이라 부르는 이유는 이것들이 지구처럼 주로 암석과 금속으로 만들어졌기 때문이다. 이 행성들은 거대 행성보다 크기는 아주 작으나 밀도는 훨씬 높다고 한다. 다른 별 주변에서도 지구형 행성 찾기가 활발히 이뤄지는데 미구의 케플러 우주망원경을 통해 2009년에서 2018년까지 관측한 결과 지구형 행성 몇 개가 발견되었다고 한다.

 

 

소행성대의 형성

어린 태양을 둘러싼 가스와 먼지의 원반에서 거대 행성이 만들어지기 가장 좋은 위치는 얼음동결선 밖이라고 한다. 바로 그곳에서 원시 행성 (미래의 목성)의 질량은 아주 빨리 증가한다고 한다. 2017년 발표된 독일 행성학자들의 연구에 따르면 원시 목성의 질량은 100만 년 이전에 지구 질량의 20배를 초과한다고 한다. 이후 300만 년 동안 원시 목성의 질량은 계속 커져 지구 질량의 50배가 된다고 한다. 거대 질량의 중력 효과 덕분에 원시 목성은 태양계에서 중요한 역할을 한다고 한다. 물질이 원시 행성 원반을 가로질러 옮겨지는 것을 원시 목성이 효과적으로 저지하기 때문이다. 그래서 태양계 안쪽에는 무거운 지구형 해성이 없다고 한다. 하지만 다른 별 구변에서는 슈퍼 지구 같은 무거운 지구형 행성이 점차 많이 발견되고 있다고 한다.

 

원시 목성의 질량은 주변 가스를 합체시켜 계속 증가한다고 한다. 그런데 이 어린 목성은 이 가스의 잔여물과 중력 상호작용을 하며 조금씩 원반 안쪽으로 이동한다고 한다. 이때 화성과 목성 사이 내태양계에서 진화 중인 모든 미행성과 목성 간 궤도 공명 상황이 점점 심해진다고 한다.

 

그 결과 미행성들의 상대적 속도가 증가하고 그로 인해 충돌이 발생하면 미행성은 완전히 분해된다고 한다. 물론 미행성들의 합체로 만들어지는 행성 배아는 태양계 가장 안쪽에서 계속 형성될 수 있지만 화성과 목성 사이에서는 더 이상 어떠한 행성도 만들어 질 수 없다고 한다. 그곳에 여전히 존재하는 미행성들은 소행성대를 형성해 원시 태양계의 목격자가 된다고 한다. 그런데 이 작은 천체들의 띠가 존재한다고 해서 파에톤이라는 행성이 해체되었다고는 할 수 없다.

 

파에톤은 화성과 목성 사이에 존재했을 것이라고 19세기 사람들이 주장했던 가상의 행성이라고 한다.

우주 비행학 발전에 힘입어 이제 행성학자들은 소행성에 우주선을 보내 태양계의 원시 재료를 자세히 연구하고 그 표본을 가져오려고 한다. 2005년 일보의 우주 탐사선 하야부사는 조그만 소행성 이토카와를 스쳐가며 그곳에서 입자를 채취하여 2010년 6월 지구로 가져왔다고 한다. 좀 더 최근인 2013년 미국 NASA는 소행성 회수임무를 제안했다고 한다. 이것은 가까운 소행성 표면에서 큰 암석을 채취한 후 소행성을 안정적인 달 궤도에 올려놓아 우주 비행사들이 그것을 자세히 연구하도록 하는 계획이다. 하지만 예산상 이유로 이 임무에 관한 연구는 2017년 중단되었다고 한다.