뉴 허라이즌스호가 밝힌 태양계의 비밀… 태양계 외곽 ‘카이퍼 벨트’는 생각보다 크다 [고든 정의 TECH+]

미국 항공우주국인 나사(NASA)는 2006년 1월 인류 최초로 명왕성을 탐사하기 위해 탐사선 뉴 허라이즌스(New Horizons)호를 발사했다. 뉴허라이즌스는 9년 반에 걸친 긴 여행 끝에 2015년 7월 명왕성과 그 위성을 관측해 지구로 전송했다. 덕분에 과학자들은 태양계 끝에 있는 작은 얼음 천체인 명왕성이 생각보다 복잡한 지형을 지닌 미스터리 얼음 천체라는 사실을 확인했다.

하지만 뉴 허라이즌스의 임무는 여기서 끝나지 않았다. 뉴허라이즌스는 2019년 태양계 외곽의 얼음 소행성인 ‘486958 아로코트’를 관측했다. 이 소행성은 본래 임무에 없던 목표였으나 우연히 뉴 허라이즌스호의 비행경로에 가까이 있는 것이 발견되어 임무에 추가됐다. 덕분에 과학자들은 지금까지 인류가 탐사선을 보낸 천체 중 가장 멀리 떨어진 천체이자 ‘카이퍼 벨트’(Kuiper Belt) 천체를 직접 탐사할 수 있는 기회를 얻었다.

카이퍼 벨트는 태양계에서 해왕성 궤도 밖에 있는 얼음 천체들의 모임으로 대략 30~50AU(1AU는 지구~태양 거리인 1.5억㎞) 정도에 분포하는 것으로 추정된다. 단주기 혜성(2~200년의 공전 주기를 갖는 혜성)은 주로 이곳에서 기원하는 것으로 알려져 있다. 하지만 태양에서 멀리 떨어진 작은 천체들의 모임이다 보니 아직 밝혀내지 못한 부분이 더 많다.

콜로라도 대학의 알렉스 도너가 이끄는 연구팀은 뉴 허라이즌스호가 보낸 데이터를 분석해서 카이퍼 벨트의 실제 크기가 예상보다 훨씬 크다는 증거를 발견했다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 탑재된 ‘베네타 버니 스튜던트 먼지 측정기’(Venetia Burney Student Dust Counter·VBSDC)를 이용해 카이퍼 벨트의 크기를 짐작할 수 있는 단서를 발견했다.

이 장치는 우주에 있는 매우 미세한 먼지의 밀도를 측정한다. 물론 이것만으로 카이퍼 벨트 천체의 존재를 직접 증명할 순 없지만, 중요한 단서를 얻을 순 있다. 카이퍼 벨트의 얼음 소행성들이 서로 충돌할 경우 주변으로 먼지를 날릴 수밖에 없기 때문이다.

일정 농도 이상의 우주 먼지는 카이퍼 벨트가 여전히 끝나지 않았다는 것을 의미한다. 따라서 태양에서 점점 멀어지는 뉴 허라이즌스호가 지나간 비행경로의 먼지 밀도를 측정하면 카이퍼 벨트의 크기를 간접적으로 측정할 수 있다.

연구 결과 카이퍼 벨트의 크기는 예상보다 더 커서 80AU 거리까지 펼쳐진 것으로 나타났다. 대부분의 소행성이 서로 수백만㎞ 이상 떨어져 있고 대개 지름 수십㎞ 이하의 작은 소행이라 지구에서 직접 관측은 어렵지만, 작은 얼음 천체들이 태양계 외곽에 예상보다 더 많이 존재하는 셈이다.

뉴허라이즌스호의 원자력 전지는 2040년까지는 작동할 것으로 예상되기 때문에 앞으로 데이터를 분석하면 카이퍼 벨트의 정확한 크기를 알 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성 탐사와 실질적으로 마지막 소행성인 아로코트 탐사 이후에도 탐사 임무를 계속하는 뉴허라이즌스호가 어떤 새로운 사실을 밝혀낼지 궁금하다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com