2004년 초, 미국 과학자들은 지구에서 65,438+02.9만 킬로미터 떨어진 곳에서 세드나라는 붉은 소행성도 발견했습니다. 당시 세드나는 태양계에서 10번째로 큰 행성으로 여겨졌습니다. 그러나 많은 천문학자들이 의문을 제기했고, 과학자들의 거듭된 평가 끝에 결국 부적합한 것으로 판명되었습니다.
현재 태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성 등 9개의 행성이 있는 것으로 알려져 있습니다. 일부 과학자들은 명왕성이 행성인지 여부에 대해 약간의 불일치가 있다고 제안했습니다.
7월 29일, 캘리포니아 공과대학의 마이클 브라운과 다른 연구진은 명왕성 궤도 밖에서 거대한 물체를 발견했다고 발표했습니다. 이들의 추정에 따르면 이 천체는 명왕성 크기의 최대 1.56배에 달할 수 있다고 합니다. 연구 프로젝트에 자금을 지원한 NASA는 발표에서 이 물체를 '10번째로 큰 행성'인 2003UB313으로 명명했습니다.
우리가 살고 있는 지구가 금성과 화성처럼 큰 행성이라는 것은 잘 알려진 사실이며, 천문학자들이 태양계 밖에서 약 160개의 큰 행성을 발견했고 그 수는 계속 증가하고 있다는 이야기를 들어보셨을 겁니다. 하지만 잠깐만요. "큰 행성"이 무엇인지 아는 분이 있나요?
사실, "큰 행성"이 무엇인지 아는 사람은 아무도 없습니다. "큰 행성"에 대한 국제적인 정의는 없습니다. 브라운 등이 발견하고 2003UB313이라는 이름이 붙자마자 천문학계에서는 큰 논란이 일었습니다. 이 발견으로 천문학자들은 "행성"이라는 흔한 용어가 실제로 무엇을 의미하는지에 대해 신중하게 생각하게 되었습니다.
천문학에 '행성'은 없다?
'새로운 행성'을 발견한 브라운은 자신의 팀이 문화적, 역사적 의미에서는 큰 행성을 발견했지만 과학적 의미에서는 발견하지 못했다고 주장합니다.
이것은 이해하기 어렵지 않습니다. 1930년 명왕성을 발견했을 때 천문학자들은 처음에는 명왕성과 비슷한 궤도를 가진 다른 천체가 많다는 사실을 깨닫지 못한 채 명왕성이 화성만큼 크다고 생각했고, 자연스럽게 명왕성을 큰 행성의 대열에 추가했습니다. 나중에 연구자들은 명왕성이 저자의 이름을 딴 '카이퍼 벨트 천체'라고 불리는 많은 천체들이 띠 모양으로 모여 있는 영역에 있다는 사실을 발견했습니다.
사실 명왕성은 역사적 이유로 인해 이중적인 정체성을 유지해 온 거대한 카이퍼 벨트 천체입니다. 2003년 UB 313이 발견되기 전까지 명왕성은 알려진 카이퍼 벨트 천체 중 가장 큰 천체였습니다. 수년 전부터 일부 천문학자들은 명왕성을 거대 행성에서 제외해야 한다고 제안하기 시작했지만, 주요 국제 천문 기구인 국제천문연맹은 이를 승인하지 않았습니다.
작년에 브라운 연구팀은 명왕성 궤도 너머에서 거대한 새로운 천체 세데나를 발견했다고 발표하면서 명왕성의 지위에 대한 논쟁이 다시 불붙었습니다. 그러나 세데나는 명왕성보다 훨씬 작아서 브라운 자신도 "10번째로 큰 행성"이라고 생각하지 않았습니다.
2003UB313은 명왕성의 절반 크기입니다. 명왕성은 큰 행성이므로 그보다 큰 천체는 "큰 행성"이라고 불러야 하지 않을까요? 반면에 "행성"이라는 단어는 현대 과학이 탄생하기 훨씬 전에 그리스어에 등장했습니다. 그리스어에서 '큰 행성'은 하늘을 떠도는 천체를 의미했습니다. 국제천문연맹(IAU)은 아직 "큰 행성"에 대한 완전한 정의를 내리지 않았으며, 이는 태양계의 천체 중 어떤 것이 큰 행성인지 과학적으로 결정할 방법이 없기 때문에 "큰 행성"은 역사적, 문화적 개념일 수 밖에 없다는 것을 의미합니다.
"행성"은 "큰 사람"과는 다릅니다.
1995년 이전에는 "큰 행성"의 정의가 중요한 이슈가 아니었습니다. 그때까지 천문학자들은 다른 별 주위의 행성을 발견하지 못했기 때문입니다. 하지만 지금은 태양계 밖에서 수많은 '외계 행성'을 발견했습니다. 태양계의 거대 행성에 비해 외계 행성에는 다양한 종류의 분자가 존재하기 때문에 천문학자들은 '거대 행성'이라는 오래된 개념을 다시 검토하기 시작했습니다.
현재 천문학자들은 목성의 13.6배가 넘는 질량을 가진 천체를 큰 행성이라고 부를 수 없다는 '큰 행성'의 정의에 동의하고 있습니다. 그 이유는 천체의 질량이 그 경계를 넘으면 내부에서 핵융합이 시작되고, 내부 핵융합이 일어난 천체는 더 이상 행성이 아니기 때문입니다.
이것은 행성 질량의 상한이지만, 질량의 하한은 인정되지 않습니다. 일부 천문학자들은 명왕성의 질량을 하한으로 주장한 반면, 다른 천문학자들은 하한을 "물체가 자체 중력에서 구형이 될 수 있는 만큼"이라고 주장했습니다.
그러나 질량 하한이 없다는 것 이상의 의미가 있습니다.
천문학자들은 어떤 천체가 거대한 행성인지 여부를 고려할 때 종종 또 다른 질문, 즉 어떻게 형성되었는지를 고려합니다. 일부 외계 행성의 형성 과정은 우리 태양계 행성의 형성 과정과 상당히 다른 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 행성의 형성 과정은 별과 더 비슷할 수 있지만, 그 무게는 여전히 별과는 거리가 멉니다. 일부 천문학자들은 형성 과정이 별과 비슷한 천체를 대형 행성으로 분류해서는 안 된다고 생각합니다.
또한 천문학자들은 대형 행성이 살고 있는 '환경'을 고려해야 할 수도 있습니다.
일부 행성 질량 천체는 별보다 작은 질량을 가진 천체 주위를 공전하는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 중심 천체는 내부에 핵융합이 있기 때문에 행성이 아니지만, 핵융합이 불안정하기 때문에 별도 아닙니다. 그렇다면 태양이나 다른 별의 궤도를 돌지 않는 이 행성 질량 천체를 대형 행성이라고 불러야 할까요? 천문학자들은 중성자별 옆에서 행성 질량을 가진 천체도 발견했습니다. 이 천체들도 거대 행성의 대열에 합류해야 할까요? 지금까지의 발견을 보면 중성자별 옆에 있는 행성 질량 천체는 큰 행성으로 분류되지 않았습니다.
또한 일부 영국 천문학자들은 성운에서 "자유 부유하는" 행성을 발견했습니다. 이 행성 질량 물체들은 다른 천체 궤도를 돌지 않고 성운 속을 정처 없이 떠돌고 있습니다. 예전에는 별을 공전했지만 더 이상 공전하지 않을 수도 있습니다. 그렇다면 이 천체들은 거대 행성의 일부일까요? 그리고 만약 큰 행성이 아니라면 무엇일까요?
우리 태양계에서 천문학자들은 어떤 천체가 주요 행성인지 여부를 결정할 때 다른 문제들을 고려할 수 있습니다. 예를 들어, 궤도면과 '9개의 행성'의 평균 궤도면 사이의 각도가 너무 크거나 소행성대 또는 카이퍼 벨트의 일원인 천체일까요?
이 사례들은 "주요 행성"의 정의가 단순히 무게의 문제가 아니라는 것을 보여줍니다. 어떤 물체를 주요 행성으로 만드는 정의는 전적으로 인위적인 것이지만, 만족스러운 기준을 찾는 것은 생각만큼 쉽지 않습니다.
"10번째로 큰 행성" 논쟁
실제로 일부 천문학자에 따르면 태양계에는 20개가 넘는 행성이 있습니다. 버클리 캘리포니아 대학교의 천문학 교수인 키보 바스리가 이러한 생각을 대표적으로 제시합니다. 그는 '행성'의 정의와 관련된 천체를 핵융합 별, 여행하는 천체, 거대 행성의 세 가지 범주로 분류합니다. 핵융합별은 일생 동안 핵융합을 일으킬 수 있는 천체, 행성 천체는 구형의 비핵융합별, 행성은 핵융합별 궤도를 도는 행성체입니다. 여기서 핵융합별과 천체는 자신의 개념입니다. 그 결과 목성보다 13.6배 더 큰 천체는 중심부에서 핵융합 반응이 일어나기 때문에 핵융합성이고, 달은 핵융합성 주위를 공전하지 않기 때문에 천체이지만 주요 행성은 아니며, 태양계 밖의 '자유롭게 떠다니는' 지구는 주요 행성이 아니라 행성체라는 상황이 만들어졌습니다.
이 시나리오는 현재의 혼란에 대한 좋은 해결책으로 보입니다. 이 방식에 따르면 새로 발견된 '새로운 행성'은 실제로 일부 작은 행성을 포함한 큰 행성이며, 우리 태양계에는 20개 이상의 큰 행성이 있습니다.
점점 더 많은 천문학자들이 바스리의 분류에 영향을 받고 있지만, 이 체계를 널리 적용하는 것은 여전히 매우 어려운 것으로 보입니다. "만약 천문학자들이 갑자기 '태양계에는 실제로 23개의 행성이 있다고 결정했고, 지금 바로 여러분에게 알려드리겠습니다'라고 말한다면 많은 사람들이 화를 낼 것입니다."라고 브라운은 말합니다. 브라운이 말했습니다.
1999년부터 국제천문연맹은 천문학자 그룹을 조직하여 '거대 행성'의 정의에 대해 논의했습니다. 제 10 행성의 요청에 따라이 그룹은 최근 "큰 행성"을 정의하기위한 예비 제안을 내놓기를 희망하면서 자주 소통하고 있습니다.
그룹 멤버인 앨런 스타인은 다음과 같이 대략적으로 표현할 수 있는 정의를 제안했습니다: 큰 행성은 항성 궤도를 돌고, 자체 중력이 구형이며, 중심에서 핵융합이 일어날 정도로 질량이 크지 않은 천체입니다. 동시에 스탠은 "왜소 행성"이라는 개념도 제시했는데, 왜소 행성은 전통적인 용어인 "소행성"에 해당하는 큰 행성보다 질량이 작습니다. 스탠의 이해에 따르면 이번에 발견된 '새로운 행성'은 당연히 큰 행성입니다.
그러나 일부 천문학자들은 이 '새로운 행성'을 전통적인 의미의 큰 행성으로 간주하지 않습니다. 예를 들어, 워싱턴 카네기 연구소의 행성 형성 전문가인 앨런 보스(Allen Bos)는 이 새로운 천체를 '카이퍼 벨트 행성'이라고 부르는 반면, 하와이 대학의 저명한 행성 과학자인 데이비드 주엣(David Jewett)은 이를 카이퍼 벨트 대형 천체로 간주합니다.
국제천문연맹의 '거대 행성' 정의 작업 그룹의 또 다른 멤버인 브라이언 마스덴은 다른 견해를 가지고 있습니다. 그는 태양계에서 큰 행성의 수를 "8개"로 되돌리고 새로 발견된 천체가 화성이나 지구보다 큰 경우에만 큰 행성으로 분류하는 것이 더 나을 수 있다고 생각합니다. 따라서 마스덴의 견해에 따르면 '새로운 행성'은 행성으로 인정되지 않습니다.
실제로 천문학자들은 태양계 가장자리에는 아직 알려지지 않은 거대한 천체가 존재하며 카이퍼 벨트에는 화성이나 지구만큼 큰 천체가 있을 수 있다고 믿고 있습니다. 그래서 스탠은 자신이 의장을 맡고 있는 뉴호라이즌스 탐사 프로그램이 명왕성 너머 태양계의 마지막 비밀을 탐사하기 위해 탐사선을 명왕성에 보낼 수 있다고 믿습니다.
브라운은 문화적 관점에서 명왕성까지는 새로운 태양계 행성이 추가되지 않아 태양계에는 항상 9개의 행성만 존재할 것"이라는 대안도 제시합니다. 명왕성이 '큰 행성'인 이유는 문화가 명왕성을 큰 행성으로 간주하기 때문입니다." 그는 말했다.
최종 확정 계획은 1년 안에 나올 수 있습니다. 내년 8월 IAU 총회에서 천문학자들이 제안한 분할 계획에 대해 논의하고 투표할 예정입니다. 아마도 그때 우리는 현대 과학이 '행성'이라는 오래된 단어에 어떤 의미를 부여했는지 알게 될 것입니다. 그러면 전 세계의 모든 과학 교과서와 책에서 태양계 행성의 표현이 바뀔지도 모릅니다.