태양계를 스쳐지나갔던 별의 놀라운 정체! | 최근 발견된 흔적들 ㅎㄷㄷ

2011년 6월 25일, 허블마연경의 눈은 해왕성을 향했습니다. 이 사진이 촬영되기 5년 전, 일찍이 명왕성은 태양계 행성의 주위를 잃은 상태였죠. 따라서 이미 해왕성은 공식적으로 태양계 가장 마지막 행성이었습니다. 해왕성은 이제 태양계를 떠나기 전 마지막으로 만날 수 있는 최후의 행성, 최후의 관문으로 여겨지죠. 하지만 사실 태양계는 해왕성 너머에도 계속 이어집니다. 해왕성 너머 훨씬 작은 소천체들이 바글바글하죠. 생각보다 엄청나게 많습니다. 특히 천문학자들은 해왕성 궤도를 갓 넘어갔을 때부터 그 바깥 크게 찌그러진 타원 궤도를 그리며 돌고 있는 소천체들을 연이어서 발견하고 있는데요. 이러한 천체를 해왕성 주변 천체, TNO라고 부르죠. TNO는 지금까지 발견된 수만 3천 개를 넘습니다. 작게는 태양과 지구 사이 거리의 100배 거리에서부터, 멀게는 200배, 300배 거리에 이르기까지 아주 크게 찌그러진 특징적인 타원 궤도를 그리죠. 한때 천문학자들은 이 TNO의 타원 궤도가 유독 한쪽으로 쏠려 분포한다는 사실을 발견했습니다. TNO가 랜덤하게 분포할 거라 생각했던 기존의 예상과는 너무나 맞지 않은 어색한 분포였죠. 이를 설명하기 위해서 일부 천문학자들은 TNO의 궤도가 쏠려 있지 않은 정반대쪽에 아직 발견되지 않은 아홉 번째 행성이 또 숨어있을지 모른다는 가능성을 제기했습니다. 명왕성처럼 애매한 수준이 아니라 누가 봐도 천왕성, 해왕성급으로 명백한 행성으로 인정해줄 만한 덩치 큰 행성이 하나 더 숨어있을 거라 생각했죠. 게다가 이 흥미로운 주장을 하필이면 앞서 명왕성을 쫓겨내게 만드는 계기를 마련했던 천문학자 일명 플로토틸러 마이클 브라운이 한 바람에 더 많은 주목을 받았습니다. 그리고 지금까지 태양계 가장자리, 진짜 아홉 번째 행성을 찾기 위한 천문학자들의 사냥은 끊임없이 이어지고 있죠. 하지만 아직 별다른 소식은 들려오지 않고 있습니다. 그렇다면 아예 아홉 번째 행성이 없었던 게 아닐까요? 최근 이에 대해서 아주 흥미로운 분석 결과가 나왔습니다. 어쩌면 현재 우리 태양계의 모습을 만든 진짜 범인은 따로 있었을지도 모릅니다. 어쩌면 태양계가 만들어진 직후, 얼마 지나지 않았을 때 거의 태양만한 별 하나가 태양계 안쪽까지 깊게 들어와 우리 곁을 스쳐 지나갔을 가능성이 있죠. 우주먼지의 현저타임즈, 과거 우리 태양계를 깊숙이 들어왔다 나갔을지 모르는 놀라운 별의 이야기를 소개합니다. 지금까지 발견된 TNO는 크게 세 가지 그룹으로 분류됩니다. 우선 해왕선 궤도 안 밖에서 거의 완벽한 원에 가까운 궤도를 그리는 카이퍼벨트 천체들이 있죠. 두 번째로 훨씬 크게 찌그러진 타원 궤도를 그리며 해왕선 궤도 안과 밖을 넘나드는 천체들이 있습니다. 대표적으로 세드나가 있죠. 그리고 마치 해성처럼 60도 가까이 아주 크게 기울어진 타원 궤도를 그리는 경우도 있죠. 이러한 TNO들도 어쨌든 태양 중력에 붙잡혀 있는 태양계 멤버들입니다. 다만 너무나 외곽에 떨어져 있다 보니 순수하게 태양에 의한 중력 영향만 받지 않죠. 이들의 궤도는 태양뿐 아니라 태양계 바깥, 어둠 속에 숨어있을지 모르는 다른 천체들을 의한 중력의 영향도 함께 받습니다. 따라서 이들의 궤도가 어떻게 분포하는가는 어둠 너머 누가 어디에 숨어있을지를 보여주는 아주 중요한 길잡이가 될 수 있죠. 천문학자들은 우리 태양계가 과거 다른 별과 비교적 가까운 거리를 두고 서로의 곁을 스쳐 지나가는 일종의 플라이바이를 경험했을 가능성을 고민했습니다. 사실 별과 별이 서로의 곁을 가까이 스쳐 지나가는 건 굉장히 흔하게 벌어집니다. 아무리 별의 밀도가 낮고 휑한 텅 빈 성단이라 하더라도 전체 별들 중에서 별끼리 플라이바이를 하는 경우는 1% 이상이라고 알려져 있죠. 모든 별은 다른 별과 서로 인기척을 느낄 수밖에 없습니다. 한 번 태어나서 우주에서 사라질 때까지 평생 그 다른 어떤 별과도 아무런 상호작용을 주고받지 않고 홀로 외롭게 살다 가는 별은 거의 없죠. 천문학자들은 오늘날 태양계에서 발견되는 TNO들의 궤도를 재현할 수 있는지 다양한 시뮬레이션을 계산하고 그 결과를 비교했습니다. 시뮬레이션에 따르면 우리 태양 진량의 80% 정도 되는 살짝 가벼운 별이 우리 태양으로부터 100AO 정도 거리를 두고 근처를 지나갔다고 가정하면 현재 태양계의 모습을 가장 잘 재현할 수 있죠. 100AO 정도 거리면 현재 태양과 해왕성 사이 거리 4배보다 살짝 안 되는 거리입니다. 오늘날 태양을 중심으로 크게 찌그러진 기다란 타원 궤도를 그리는 TNO의 궤도 범위 안에 들어오는 수준이죠. 대략 165억 킬로미터 정도입니다. 해왕성 궤도를 넘어서 태양계 끝자락에서 우리 지구를 찍었던 보이저 탐사선의 그 유명한 사진, 창백한 푸른 점 사진 아마 다들 아실 텐데요. 그 사진을 찍던 당시 보이저가 지구에서 떨어져 있던 거리가 대략 60억 킬로미터 정도입니다. 따라서 165억 킬로미터 정도라면 창백한 푸른 점 사진을 찍던 당시에 보이저가 있던 거리의 대충 두세 배 정도 거리라고 볼 수 있죠. 이 정도 거리면 별이 태양계 곁을 쳐 지나갔다기보단 사실상 태양계 안쪽까지 한 번 쓱 들어왔다가 나갔다고 볼 수 있을 정도입니다. 우리 태양계가 형성되고 나서 겨우 천만년밖에 지나지 않았을 때 아주 극 초반에 찐한 두 별의 조우가 있었을 거라 추정하죠. 과거 태양계 깊숙하게 찾아왔던 별과의 중력적 상호작용은 태양 주변을 돌던 행성과 소행성, 소천체들의 궤도에 큰 변화를 일으켰습니다. 특히 태양계 가장자리를 돌던 소천체들의 궤도는 크게 요동쳤고 지금처럼 길게 찌그러진 타원궤도로 변했죠. 또 궤도 기울기도 심하게 뒤틀릴 수 있습니다. 단순히 아홉 번째 행성 하나만 가정했을 때만으로는 설명할 수 없었던 태양계 가장자리 소천체들의 분포를 훨씬 잘 설명하죠. 이러한 두 별의 플라이바이는 태양계 가장자리뿐 아니라 좀 더 안쪽에 다양한 연쇄작용까지 일으켰을 가능성이 있습니다. 지금도 목성과 토성 등 거대한 가스 행성 주변 위성들을 보면 일부 다른 위성들과는 정반대로 역주행을 하면서 공전하는 경우들이 있습니다. 이러한 역주행 위성들은 중심의 행성이 처음 만들어질 때 함께 만들어진 존재라고 보기 어렵죠. 대신 나중에 외부에서 사로잡힌 위성이라고 볼 수 있습니다. 이번 시뮬레이션 결과를 보면 전체의 티에노 중에서 한 7% 정도는 태양계 안쪽으로 끌려들어옵니다. 태양계 근처로 다른 별이 지나가는 과정에서 태양계 가장자리에 짱박혀있던 소천체들 중 일부가 태양계 안쪽으로 더 깊게 끌려들어오는 거죠. 그리고 목성과 토성의 중력에 사로잡히게 되면 역주행을 하거나 크게 길어진 궤도를 그리는 좀 독특한 위성이 될 수 있습니다. 이번 분석에 대해서 천문학자들은 한 발짝 더 나아가서 과거 벌어졌던 태양과 다른 별의 찐한 조우가 어쩌면 지금의 우리 지구에게 특별한 행운이었을지 모른다고 이야기합니다. 예를 들면 현재 우리 주변에 거대한 달이 있을 수 있게 해주었던 거대한 충돌의 이어가 될 수 있죠. 한편 태양계 최외곽 차가운 가장자리를 떠돌던 얼음천체들이 대거 지구를 향해 떨어졌고 그때 물과 유기물질이 공급되는 아주 중요한 사건의 계기가 되었을 가능성도 있습니다. 실제로 많은 천문학자들은 이제 지구 생명체의 기원을 단순히 지구에서만 찾는 것이 아니라 소행성이나 해성 등 얼음천체로 붙어있던 외계 물질에서 찾기도 하죠. 현재 우리 태양계 바깥 가장 가까운 별은 광속으로 4.2년을 가야 닿을 수 있는 프록시마 센타올입니다. 태양을 비롯해서 주변의 별들도 우주에 가만히 고정되어 있지 않죠. 서로 조금씩 다른 방향과 속도로 우리 은하공간을 누비고 있습니다. 그래서 시기에 따라 각 별까지의 거리도 조금씩 달라지고 태양계에서 가장 가까운 별도 달라지죠. 앞으로 4만 년 정도가 지나면 제일 가까운 별이었던 프록시마 센타올이는 살짝 멀어집니다. 그 사이 로스 248이라는 별이 태양계 곁에 제일 가까이 다가오죠. 이때가 되면 이 별은 태양으로부터 거의 3광년 안팎까지 접근합니다. 그러는 사이 이미 오래전 태양계 바깥으로 떠나갔던 보이저도 우주 공간을 누비면서 다른 별 곁을 지나가게 되죠. 앞으로 4만 년, 5만 년 정도가 흐르면 보이저 1호는 글리제 445라는 별 곁을 거의 1광년 정도 거리만 둔 채 스쳐 지나가게 됩니다. 그때가 되면 이제 인류가 만든 보이저에서 가장 가까운 별은 처음으로 우리 태양이 아닌 다른 별이 되겠죠. 오늘날 우리 태양은 그 어떤 성단에도 속해 있지 않은 극도로 외로운 별입니다. 우주의 절반 가까이가 곁에 동반성을 하나 이상 거느리고 있다는 사실을 생각해보면 우리 태양의 현실은 참 불쌍하기도 하죠. 하지만 우리 태양도 평생 그 어떤 다른 별과 상호작용을 주고받지 않았던 것은 아닐 겁니다. 분명 옷깃만 스쳐 지나가는 비교적 가벼운 상호작용일지라도 꾸준히 다른 별과 중력적인 상호작용을 주고받았을 겁니다. 오늘날 태양계 가장자리에서 발견되는 크게 찌그러진 티에노들, 소천체들의 분포는 우리 태양도 분명 우주의 수많은 존재들과 서로의 존재를 인식하고 느끼고 있는 외롭지 않은 존재라는 사실을 보여줍니다. 제가 좋아하는 말 중에 우주론적 인식이라는 표현이 있습니다. 우주에서 보이는 것들이 보이지 않는 것들에 의해서 영향을 받고 또 알려져 있는 모든 것들이 아직 알려지지 않은 모든 것과 연결됐다는 사실을 인식하는 거죠. 오늘날 우리는 태양계 가장자리 천체들을 보면서 그 경계에 넘어 성간우주에 무엇이 숨어있을지 어둠 속 존재를 상상하며 살고 있습니다. 우리를 가두고 있는 이 태양계라는 울타리를 넘어서 과연 저 머나먼 바깥세계엔 또 무엇이 숨어있을까요? 어떻게 하면 이 지구위를 살면서 매일매일 우주를 더 와닿을 수 있게 느낄 수 있을까요? 사실 이 대단한 감정을 느끼기 위해서 아주 대단한 일이 필요한 게 아닙니다. 그저 매일 하늘을 올려다보고 가끔 우주를 그리워하면 충분하죠. 지갑 속에 허블마환경으로 찍은 이 아름다운 사진조각, 우주의 빛의 조각들을 담고 다니는 것도 꽤 괜찮은 방법이 될 수 있지 않을까요? 이제 여러분도 허블이 바라봤던 아름다운 우주의 풍경을 매일매일 즐기면서 살아보는 건 어떨까요? 신한카드에서 선보이는 처음 애니버스 카드 허블마환경을 통해서 촬영한 사진들을 이제 여러분들의 지갑 안에 담을 수 있습니다. 2020년 나사는 허블 우주마환경의 30번째 생일을 맞이해서 재밌는 이벤트를 진행했습니다. 나의 생일 날짜를 입력하면 정확히 허블마환경이 그 날짜에 찍었던 사진을 보여주는 웹사이트를 만들었죠. 전 세계에서 우주를 사랑하는 많은 사람들은 자신의 생일, 기념일에 허블이 과연 어떤 우주를 바라봤는지를 확인했습니다. 그리고 매일 단 하루도 쉬지 않고 우주를 바라봐준 허블의 이야기를 들었죠. 올해로 34번째 생일을 맞고 있는 1990년생 허블 우주마환경은 어쩌면 저와 비슷한 MZ세대라고 볼 수 있지 않을까 싶네요. 나사에서 진행했던 이 멋진 허블마환경의 생일 프로젝트에서 영감을 받아 이번에 신한카드에서 새롭게 선보이는 처음 애니버스 카드는 바로 여러분만을 위한 특별한 날짜, 특별한 생일, 특별한 기념일을 기를 수 있는 아주 아름답고 우주적인 선물이 될 수 있을 거라 생각합니다. 여러분에게 가장 특별하고 소중한 날짜는 언제인가요? 바로 그 날짜에 허블마환경으로 찍은 우주의 모습을 한 조각 떼어내서 여러분들의 카드 안에 담을 수 있는 이 멋진 기회를 소개해드립니다. 여러분에게 가장 특별한 순간, 가장 기억하고 싶은 순간, 바로 그 순간은 이 우주에서 딱 하나뿐이니까요. 신한카드의 처음 애니버스 카드와 함께 수천, 수억 강년을 날아와서 도착한 이 소중한 우주의 빛을 여러분의 품속에 소중하게 간직해보시길 바라겠습니다. 우주먼지 현사타임즈 오늘은 여기에서 마칩니다. 구독과 좋아요도 부탁드릴게요. 우주먼지 여러분 감사합니다. 안녕!