혜성 꼬리가 생기는 이유와 핼리 혜성 주기

NASA 미슈드 근처에서 루이지애나 남동부 상공에서 고대 혜성 발견_NASA

 

혜성은 오랫동안 불길한 징조로 여겨졌습니다. 규칙적으로 도는 별들과 달리, 예고 없이 나타나 꼬리를 끌고 지나갔다가 사라지기 때문입니다.

지금은 정체가 밝혀졌습니다. 혜성은 태양계가 만들어질 때 남은 얼음 덩어리입니다. 그리고 지구의 바다가 어디서 왔는지에 대한 단서를 품고 있을지도 모릅니다.

 

 

혜성 기본 정보

항목	내용
핵의 크기	보통 수백 m ~ 수십 km
주성분	물 얼음, 이산화탄소, 암모니아, 메탄, 먼지
코마 크기	최대 수십만 km
꼬리 길이	최대 1억 km 이상
단주기 혜성	공전 주기 200년 이하, 카이퍼 벨트 출신
장주기 혜성	공전 주기 200년 초과, 오르트 구름 출신

 

혜성의 구조 — 더러운 눈덩이

혜성의 본체를 핵이라고 합니다. 크기는 보통 수 km 정도로, 도시 하나 크기입니다.

성분은 얼음과 먼지가 섞인 상태입니다. 그래서 오랫동안 '더러운 눈덩이'라고 불렸습니다. 최근에는 먼지의 비율이 생각보다 높다는 것이 밝혀져 '얼어붙은 흙덩이'에 가깝다는 견해도 나옵니다.

핵의 표면은 의외로 매우 어둡습니다. 반사율이 석탄보다 낮은 수준으로, 태양계에서 가장 검은 천체 중 하나입니다. 표면의 유기물 때문입니다.

얼음 덩어리인데 검다는 것이 의외로 느껴지지만, 우리가 보는 혜성의 밝은 빛은 핵 자체가 아니라 주변에서 뿜어져 나온 가스와 먼지가 태양빛을 받아 빛나는 것입니다.

 

태양에 가까워지면 벌어지는 일

혜성이 태양계 바깥에 있을 때는 그냥 어두운 얼음 덩어리입니다. 태양에 가까워지면서 달라집니다.

1. 얼음이 승화합니다. 고체에서 곧바로 기체로 바뀝니다. 진공에서는 액체 단계를 거치지 않습니다.
2. 코마가 생깁니다. 뿜어져 나온 가스와 먼지가 핵을 감싸는 거대한 구름이 됩니다. 지름이 수십만 km에 달해, 지구보다 훨씬 커집니다.
3. 꼬리가 뻗습니다. 태양풍과 복사압이 코마의 물질을 밀어내며 긴 꼬리를 만듭니다.

 

꼬리가 두 개인 이유

혜성 사진을 자세히 보면 꼬리가 하나가 아닙니다. 성질이 다른 두 개가 겹쳐 있습니다.

구분	이온 꼬리	먼지 꼬리
색	푸른색	흰색~노란색
성분	이온화된 가스	미세한 먼지 입자
미는 힘	태양풍(자기장)	복사압(빛의 압력)
모양	곧고 가늘다	휘어져 있다
방향	태양의 정반대	궤도 뒤쪽으로 처짐

이온 꼬리는 태양풍의 자기장에 붙잡혀 곧게 뻗습니다. 태양 반대 방향을 정확히 가리킵니다.

먼지 꼬리는 입자가 무거워 태양풍에 곧바로 휩쓸리지 않습니다. 원래 혜성이 가던 궤도의 관성을 어느 정도 유지하기 때문에, 뒤로 처지며 완만한 곡선을 그립니다.

 

NASA의 허블 망원경, 소행성이 여섯 개의 혜성 꼬리를 뿜어내는 모습을 목격했다_NASA

 

꼬리는 항상 태양 반대편입니다

여기서 많은 사람이 오해하는 지점이 있습니다.

혜성의 꼬리는 진행 방향과 무관합니다. 항상 태양 반대편을 향합니다.

그래서 혜성이 태양을 돌아 나올 때는 꼬리가 앞서고 핵이 뒤따르는 상태가 됩니다. 자동차 배기가스처럼 뒤로 흩날린다고 생각하면 틀립니다.

 

핼리 혜성 — 76년의 약속

혜성을 예측 가능한 천체로 바꿔놓은 것은 영국의 에드먼드 핼리였습니다.

1682년 혜성을 관측한 그는 과거 기록을 뒤졌고, 1531년과 1607년에 나타난 혜성이 궤도가 거의 같다는 사실을 발견합니다. 그리고 결론을 내립니다. 같은 혜성이 76년마다 돌아오는 것이다.

그는 1758년에 다시 나타날 것이라고 예측했습니다. 핼리 본인은 1742년에 세상을 떠나 확인하지 못했지만, 1758년 크리스마스 밤 혜성은 정확히 나타났습니다.

혜성이 미신의 영역에서 물리학의 영역으로 넘어온 순간이었습니다.

관측 연도	비고
1066년	노르만 정복 당시. 바이외 태피스트리에 기록
1301년	조토의 그림 속 베들레헴의 별 모델로 추정
1910년	지구가 꼬리를 통과. 독가스 공포가 퍼짐
1986년	탐사선 조토가 근접 관측
2061년	다음 접근 예정

우리나라 기록에도 혜성 관측이 풍부하게 남아 있습니다. 삼국사기와 조선왕조실록에는 혜성의 출현 시기와 위치가 상세히 기록되어 있어, 현대 천문학 연구에 실제로 활용됩니다.

 

삼국사기와 조선왕조실록의 혜성 기록

우리나라는 혜성 관측 기록이 세계적으로 풍부한 나라에 속합니다.

삼국사기에는 삼국시대의 혜성 출현이 기록되어 있고, 고려사와 조선왕조실록에는 훨씬 상세한 내용이 남아 있습니다. 출현 날짜, 하늘에서의 위치, 꼬리의 방향과 길이, 사라진 날짜까지 적었습니다.

당시에는 혜성을 재이(災異), 즉 하늘이 보내는 경고로 여겼습니다. 그래서 국가가 공식적으로 관측하고 기록했습니다. 관상감이라는 전담 기구가 있었고, 관측자가 밤새 하늘을 지켰습니다.

미신적 동기에서 나온 기록이 현대 과학의 자료가 되었습니다. 서양의 관측 기록이 드문 시기의 혜성 출현을 확인하는 데 동아시아 사료가 결정적인 역할을 합니다. 핼리 혜성의 과거 출현 시기를 역산해 검증할 때도 이 기록들이 쓰였습니다.

 

 

 

혜성은 어디서 오나

혜성의 고향은 두 곳입니다.

카이퍼 벨트 — 단주기 혜성
해왕성 궤도 바깥의 원반 모양 지대입니다. 여기서 오는 혜성은 공전 주기가 200년 이하이고, 궤도면이 행성들과 비슷합니다. 핼리 혜성도 여기 속합니다.

오르트 구름 — 장주기 혜성
태양계를 공처럼 감싸고 있다고 여겨지는 훨씬 먼 영역입니다. 여기서 오는 혜성은 주기가 수천 년에서 수백만 년에 이르고, 아무 방향에서나 나타납니다. 한 번 지나가면 살아 있는 동안 다시 볼 수 없습니다.

로제타가 촬영한 67P 혜성_NASA

로제타 — 혜성에 착륙하다

2004년 유럽우주국이 발사한 로제타는 혜성 탐사의 전환점이었습니다.

10년간 태양계를 돌아 2014년 추류모프-게라시멘코 혜성(67P)에 도착했고, 스쳐 지나가는 대신 궤도에 진입해 2년간 동행했습니다. 혜성이 태양에 가까워지며 활동이 격렬해지는 전 과정을 곁에서 지켜본 것입니다.

그리고 착륙선 필레를 내려보냈습니다. 착륙 자체는 순탄치 않았습니다. 고정 장치가 작동하지 않아 표면에서 두 번 튀어오른 뒤 그늘진 곳에 처박혔고, 태양광 발전이 안 돼 배터리가 소진되며 사흘 만에 침묵했습니다.

그럼에도 성과는 컸습니다.

• 혜성 표면에서 유기 분자가 검출되었습니다. 생명의 재료가 혜성에 실려 있다는 가설을 뒷받침합니다.
• 혜성의 물이 지구 바다와 성분이 달랐습니다. 중수소 비율이 지구 바닷물의 세 배 수준이었습니다.

두 번째가 중요합니다. 오랫동안 지구의 물은 혜성이 가져왔다는 가설이 유력했는데, 이 결과는 그것과 맞지 않았습니다. 현재는 소행성이 더 유력한 후보로 거론됩니다. 다만 혜성 종류마다 성분이 달라 결론은 나지 않았습니다.

 

혜성 관측하기

맨눈으로 볼 만한 혜성은 흔치 않습니다. 대략 10년에 한두 번 정도입니다.

관측 요령은 유성우와 비슷합니다.

• 도시를 벗어나세요. 혜성은 밝은 점이 아니라 희뿌연 얼룩처럼 보여서, 광공해가 있으면 아예 안 보입니다.
• 쌍안경이 망원경보다 낫습니다. 혜성은 넓게 퍼져 있어 시야가 넓은 쪽이 유리합니다.
• 달이 없는 밤을 고르세요.
• 새벽이나 초저녁이 대체로 좋습니다. 혜성은 태양 근처에 있을 때 밝아지기 때문입니다.

사진으로 보던 화려한 모습을 기대하면 실망할 수 있습니다. 장노출로 찍은 사진과 맨눈으로 보는 모습은 상당히 다릅니다.

 

혜성에 착륙한 필레 Philae Descent and Science of the Surface_NASA

자주 묻는 질문

혜성이 지구와 충돌할 수 있나요?

이론적으로 가능합니다. 다만 소행성보다 훨씬 드뭅니다. 문제는 장주기 혜성의 경우 발견에서 접근까지 시간이 몇 달밖에 없을 수 있다는 점입니다. 소행성처럼 수십 년 전에 파악하기 어렵습니다.

혜성은 언젠가 없어지나요?

없어집니다. 태양에 가까워질 때마다 물질을 잃기 때문에, 수천 번 정도 돌고 나면 다 소진되거나 부서집니다. 남은 먼지 궤도가 유성우가 됩니다.

혜성 이름은 어떻게 정해지나요?

발견자의 이름을 붙이는 것이 관례입니다. 최대 3명까지 병기할 수 있으며, 최근에는 자동 탐색 시스템이 먼저 찾는 경우가 많아 관측 프로그램 이름이 붙기도 합니다.

별똥별과 혜성은 관계가 있나요?

있습니다. 혜성이 지나가며 뿌린 먼지 띠를 지구가 통과할 때 유성우가 일어납니다. 페르세우스자리 유성우는 스위프트-터틀 혜성, 쌍둥이자리 유성우는 파에톤이라는 천체의 잔해입니다.

 

자료 출처

• ESA 로제타(Rosetta) 임무 자료(2004~2016)
• NASA JPL Small-Body Database
• 오류를 발견하시면 댓글이나 메일로 알려주세요.

 

마무리

혜성은 태양계에서 가장 오래된 물질을 거의 그대로 간직한 천체입니다. 태양에서 멀리 떨어져 있었던 덕분에 열을 받지 않았고, 46억 년 전의 성분이 냉동 보존된 상태입니다.

그래서 혜성 탐사는 사실상 태양계의 원재료를 직접 분석하는 일입니다. 지구의 물과 생명의 재료가 어디서 왔는지에 대한 답도 여기 어딘가에 있을 것입니다.

 

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