소행성대 위치와 정체, 지구에 충돌할 가능성은

우주를 떠도는 소행성_pixabay

 

영화에서 소행성대는 늘 위험한 곳으로 그려집니다. 우주선이 바위 사이를 아슬아슬하게 피해 가며 통과하는 장면 말입니다.

실제로는 정반대입니다. 소행성대를 통과한 탐사선은 지금까지 10여 대가 넘지만, 소행성을 피하느라 고생한 적은 한 번도 없습니다. 오히려 소행성을 하나라도 가까이서 보려면 일부러 궤도를 조정해야 합니다.

 

 

소행성대 기본 정보

항목	내용
위치	화성과 목성 사이
태양과의 거리	약 3억 3,000만 ~ 4억 8,000만 km (2.2~3.2 AU)
확인된 천체 수	100만 개 이상 (추정 수백만)
전체 질량	달 질량의 약 4%
가장 큰 천체	세레스 (지름 약 940 km)
평균 간격	수백만 km

마지막 두 줄이 핵심입니다.

 

왜 텅 비어 있나

소행성 수백만 개가 있다고 하면 빽빽할 것 같지만, 그 공간이 워낙 넓습니다.

소행성대의 부피는 상상하기 어려울 정도인데, 그 안에 든 물질을 전부 합쳐도 달 질량의 4%밖에 안 됩니다. 지구 질량과 비교하면 0.05% 수준입니다.

그 결과 소행성 사이의 평균 거리는 수백만 km에 이릅니다. 지구와 달 사이 거리(38만 km)의 수 배입니다.

소행성 하나 위에 서 있다면, 다음 소행성은 육안으로 보이지 않습니다. 그냥 별처럼 보이는 점 하나가 있을 뿐입니다.

탐사선이 소행성대를 그냥 지나갈 때 충돌 확률은 사실상 0에 가깝습니다.

 

행성이 되지 못한 이유

한때는 "여기 원래 행성이 있었는데 폭발했다"는 설명이 유행했습니다. 지금은 부정됩니다.

이유는 단순합니다. 전부 합쳐도 달의 4%밖에 안 되기 때문입니다. 행성 하나가 부서졌다면 훨씬 많은 물질이 남아 있어야 합니다.

현재 정설은 이렇습니다. 애초에 행성이 되지 못했습니다.

원인은 목성입니다. 태양계가 만들어지던 시기, 목성은 압도적인 중력으로 주변 물질의 궤도를 흔들었습니다. 미행성들이 서로 부딪혀 뭉쳐야 행성이 되는데, 목성의 영향으로 속도가 너무 빨라져 부딪히면 뭉치는 게 아니라 부서졌습니다.

결국 이 지역의 물질은 행성으로 자라지 못한 채 파편 상태로 남았습니다. 소행성대는 태양계 형성 초기의 재료가 그대로 보존된 창고인 셈입니다.

asteroid-belt 소행성 2006 HV5 (출처:NASA·ESA 공개 이미지 )

커크우드 간극

소행성대를 자세히 보면 소행성이 거의 없는 빈 띠가 몇 군데 있습니다. 커크우드 간극이라고 합니다.

목성과 공전 주기가 정수비를 이루는 위치입니다. 예를 들어 목성이 한 바퀴 돌 때 소행성이 정확히 세 바퀴를 도는 지점에서는, 같은 자리에서 반복적으로 목성의 중력을 받게 됩니다. 그네를 같은 박자로 계속 밀어주는 것과 같아서, 결국 궤도가 흐트러져 그 자리를 벗어납니다.

토성 고리의 빈틈도 같은 원리로 만들어집니다.

오른쪽 상단에 위치한 세레스의 단투 분화구를 2,700마일 4,400킬로미터 고도에서 보여줍니다. 세레스 북쪽은 오른쪽 위 쪽입니다_NASA

주요 소행성

세레스 — 소행성대의 유일한 왜행성

지름 약 940km로 소행성대 전체 질량의 약 3분의 1을 혼자 차지합니다. 자체 중력으로 둥근 형태를 유지할 만큼 커서, 소행성이 아닌 왜행성으로 분류됩니다.

1801년 처음 발견됐을 때는 행성으로 여겨졌습니다. 이후 비슷한 천체가 계속 발견되면서 소행성으로 격하됐고, 2006년 명왕성 재분류 때 왜행성이 되었습니다. 명왕성보다 150년 앞서 같은 일을 겪은 셈입니다.

2015년 나사의 던(Dawn) 탐사선이 도착해 놀라운 것을 발견했습니다. 표면에 눈부시게 밝은 흰 점들이 있었는데, 분석 결과 소금(탄산나트륨) 침전물이었습니다. 지하의 염수가 표면으로 올라와 증발하며 남긴 흔적입니다.

즉 세레스 내부에 액체 상태의 물이 존재할 가능성이 있습니다.

그 외 큰 천체

이름	지름	특징
베스타	약 525 km	표면이 밝고, 지구에서 맨눈 관측 가능한 유일한 소행성
팔라스	약 512 km	궤도가 크게 기울어 있음
히기에아	약 434 km	최근 구형에 가깝다는 관측

 

소행성의 세 종류

유형	비율	성분	위치
C형 (탄소질)	약 75%	탄소, 물, 유기물	주로 바깥쪽
S형 (규산질)	약 17%	규산염, 니켈-철	주로 안쪽
M형 (금속)	나머지	철, 니켈	중간

C형이 특히 중요합니다. 물과 유기물을 품고 있어, 지구에 물과 생명의 재료를 가져다준 것이 이런 소행성이라는 가설이 있습니다.

NASA Dawn 임무의 컬러 지도는 거대 소행성 베스타 표면에 분포한 암석과 광물의 종류를 보여줍니다_NASA

지구에 충돌할 가능성

소행성대 자체는 멀리 있지만, 궤도를 벗어나 지구 근처로 오는 것들이 있습니다. 근지구 천체(NEO)라고 합니다.

 

크기별 위험도

크기	빈도	결과
1m 미만	매년 여러 번	대기에서 완전히 소멸
20m 안팎	수십 년에 한 번	공중 폭발, 유리창 파손 수준
140m 이상	수만 년에 한 번	도시~지역 규모 피해
1km 이상	수십만 년에 한 번	전 지구적 재앙
10km 이상	수천만 년에 한 번	대멸종

2013년 러시아 첼랴빈스크에 떨어진 것이 두 번째 줄에 해당합니다. 지름 20m가 채 안 되는 천체가 상공에서 폭발했는데, 충격파로 건물 유리가 깨지며 1,500명 이상이 다쳤습니다. 사전에 아무도 발견하지 못했습니다.

6,600만 년 전 공룡을 멸종시킨 것은 지름 10km급으로 추정됩니다.

 

대응은 하고 있나

하고 있습니다. 지름 1km 이상의 근지구 천체는 90% 이상 발견되어 궤도가 추적되고 있으며, 가까운 미래에 지구와 충돌할 것으로 확인된 대형 천체는 없습니다.

문제는 140m급 이하입니다. 작아서 발견이 어려운데, 도시 하나를 파괴하기에는 충분합니다.

2022년 나사는 다트(DART) 탐사선을 소행성 디모르포스에 충돌시켜, 실제로 궤도를 바꿀 수 있는지 실험했습니다. 결과는 성공이었습니다. 예상보다 큰 폭으로 공전 주기가 바뀌었습니다.

인류가 천체의 궤도를 의도적으로 바꾼 최초의 사례입니다.

 

우주 자원으로서의 소행성

소행성 채굴은 아직 구상 단계지만, 논의 자체는 진지합니다.

M형 소행성에는 철, 니켈, 백금 계열 금속이 지구 광산보다 훨씬 높은 농도로 들어 있습니다. 지구에서 이런 금속이 희귀한 이유는 원래 없어서가 아니라, 지구 형성 초기에 무거운 금속이 대부분 중심핵으로 가라앉았기 때문입니다. 소행성은 그 과정을 겪지 않았습니다.

다만 현실적인 걸림돌이 큽니다. 왕복 비용이 채굴 가치를 넘어서고, 지구로 대량의 금속을 들여오면 시세가 붕괴합니다.

그래서 더 현실적인 목표는 금속이 아니라 물입니다. C형 소행성의 물은 식수와 산소, 그리고 로켓 연료(수소+산소)가 됩니다. 지구에서 물을 실어 나르는 비용을 생각하면, 우주에서 물을 구하는 것 자체가 엄청난 가치입니다.

asteroid-belt 소행성(출처:NASA·ESA 공개 이미지 )

 

마무리

소행성대는 영화가 만들어낸 이미지와 가장 다른 장소입니다. 빽빽한 바위 지대가 아니라, 상상하기 힘들 만큼 텅 빈 공간에 부스러기가 흩어져 있는 곳입니다.

그리고 그 부스러기들은 46억 년 전 태양계가 만들어질 때의 재료가 거의 그대로 남은 것입니다. 행성이 되지 못한 덕분에, 역설적으로 가장 오래된 기록을 보존하게 되었습니다.

디디모스 시스템에 있는 NASA의 DART_NASA

한국인 이름이 붙은 소행성

소행성은 발견자가 이름을 제안하고 국제천문연맹이 승인합니다. 한국과 관련된 이름이 붙은 소행성이 여럿 있습니다.

한국 최초의 천문학 박사인 이원철의 이름을 딴 소행성, 세종대왕과 장영실 등 역사 인물의 이름이 붙은 소행성, 그리고 한국 천문학자들이 발견해 국내 지명이나 인물명을 붙인 사례도 있습니다.

한국천문연구원은 보현산천문대에서 소행성 탐색을 수행해 다수의 소행성을 발견했습니다. 발견된 소행성에는 임시 부호가 붙고, 궤도가 확정되면 정식 번호와 이름을 받습니다.

작은 돌덩이에 이름을 붙이는 일이 사소해 보일 수 있지만, 명명권은 발견에 대한 국제적 인정의 표시입니다.

자료 출처: NASA 던(Dawn) 탐사선 관측 자료, NASA 근지구천체연구센터(CNEOS), NASA DART 임무 결과(2022).

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