[아하! 우주] 혜성처럼 활동하는 소행성 ‘파에톤’의 비밀

매년 12월마다 지구에 별똥별을 뿌리는 쌍둥이자리 유성우의 정체는 소행성 파에톤(3200 Phaethon) 떨어져 나온 먼지와 암석 부스러기다. 파에톤은 지름 5.8km 소행성으로 태양에서 가장 가까울 때는 2090만km, 가장 멀 때는 3억5900만km 정도 거리를 공전한다.

따라서 태양에 가까울 때는 수성 궤도 안쪽으로 들어온 후 멀어질 때는 화성 궤도 밖으로 나가는 긴 타원 궤도를 공전한다. 2017년에는 지구에서 1000만km 정도로 근접해 상세한 관측이 이뤄졌다. 

지난 수십 년간 파에톤을 관측한 과학자들은 한 가지 이상한 사실을 발견했다. 분명히 암석 소행성인데, 태양에 가까이 다가가면 주변으로 물질을 방출하면서 더 밝아지는 혜성 같은 활동이 일어난다는 것이다. 쌍둥이자리 유성우를 만든 물질도 이때 주로 방출된 것으로 보인다. 

캘리포니아 공대의 조셉 마시에로가 이끄는 과학자팀은 쌍둥이자리 유성우와 파에톤의 관측 데이터, 그리고 실험실 연구를 통해 ‘암석 혜성’이라는 별명을 지닌 파에톤의 비밀을 조사했다. 연구팀이 생각한 해답은 바로 나트륨 (소듐)이었다. 

일반적인 혜성은 이산화탄소나 물처럼 매우 낮은 온도에서 기화하는 휘발성 물질이 태양 가까이에서 증발하면서 먼지도 같이 뿜어져 나와 혜성 활동을 시작한다.

하지만 파에톤은 본래가 암석 성분인 소행성으로 태양 가까운 곳에선 표면 온도가 섭씨 750도로 상승해 표면이 건조하게 바짝 익은 상태다. 연구팀은 이 온도에서 나트륨이 기화할 수 있다는 점에 주목했다. 

나트륨의 녹는 점은 섭씨 98도이고 끓는점은 883도이지만, 섭씨 100도 이하에서도 물이 수증기가 되는 것처럼 나트륨 역시 끓는점에 가까운 뜨거운 온도에서 일부 기화될 수 있다. 암석에 포함된 나트륨이 기화하면서 분출하면 파에톤의 약한 중력 때문에 표면에 있는 작은 먼지와 암석 부스러기가 중력을 이기고 탈출한다.

결국 태양 가까이에서 파에톤 혜성과 유사한 활동을 보이게 되는 것이다. 연구팀은 실험실 및 이론적 연구 이외에도 쌍둥이자리 유성우에 나트륨 성분이 매우 부족하다는 점도 근거 중 하나로 제시했다. 

연구팀의 주장은 상당히 그럴듯해 보이기는 하지만, 결정적인 단서를 확보하기 위해서는 탐사선을 보내 직접 파에톤을 조사해보는 수밖에 없다.

현재 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 데스티니 플러스 (DESTINY+)라는 파에톤 탐사선을 계획하고 있다. 데스티니 플러스는 2024년에 발사해 2028년에 파에톤에 도착할 예정이다. 그때가 되면 진짜 나트륨이 원인인지 아니면 상상도 하지 못한 다른 이유가 있었는지 밝혀질 것으로 예상된다. 

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com