태양계에서 소행성이나 혜성의 움직임은 일반적인 태양계 내부의 천체들의 움직임과는 매우 다르다. 라그랑주 포인트(Lagrange point)는 매우 안정적이고, 화성과 목성 사이에 소행성 벨트(asteroid belt)가 존재한다는 사실은 잘 알려져 있다.
천문학자들은 태양계에서 가장 큰 행성인 목성과 태양의 중력이 중요한 작용을 한다고 생각하고 있었다. 특히 소행성과 혜성의 빠른 이동이 이런 현상과 연관성을 갖는다고 생각해왔다.
이 같은 생각을 뒷받침이라고 하듯, 천문학자들이 태양계에는 중력의 상호작용에 의해 생성된 보이지 않는 ‘우주 슈퍼 하이웨이'(space superhighway)가 존재한다고 발표했다.
이 슈퍼 하이웨이는 우주공간에서 물체의 빠른 이동을 가능하게 하며 혜성과 소행성의 연구뿐만 아니라 인간의 우주 탐험에 이용될 수 있다.
세르비아의 베오그라드 천문대의 나타샤 토도로비치(Nataša Todorović) 박사가 이끄는 연구팀은 관측 데이터와 시뮬레이션 데이터를 분석해 우주 슈퍼 하이웨이를 발견하고 관련 논문을 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 저널에 발표했다.
행성 간 중력에 의해 보이지 않는 아치 구성
우주 슈퍼 하이웨이는 보이지 않는 일련의 아치로 이뤄져 있다. 이 보이지 않는 아치는 천체들의 중력 상호작용에 의해서 생긴 우주 다지관(space manifolds)이라는 보이지 않는 구조물에 의해 생성된다. 과학자들은 태양계 안의 각 천체는 자신만의 고유한 우주 다지관을 생성한다고 주장했다.
태양계의 슈퍼 하이웨이를 가능하게 하는 이차 같은 모양의 다지관(manifold) © Todorovic et al
목성에서 해왕성까지 가려면 기존의 공간개념으로 계산하면 수십만 년에서 수백만 년이 걸리지만, 이 우주 슈퍼 하이웨이를 이용하면 불과 수십년 만에 이동할 수 있다.
지금까지 숨겨져 왔던 구조물을 찾는 것이 쉬운 것은 아니지만, 우주에서 혜성과 소행성이 움직이는 방식을 보면 우주 공간에 슈퍼 하이웨이가 존재한다는 것을 짐작할 수 있다.
태양계 안에는 태양에서 서로 다른 거리에 태양을 중심으로 공전하는 여러 개의 작은 우주가 존재한다. 목성을 중심으로 모인 목성 가족 혜성( Jupiter-family comets, JFCs)은 목성 공전 궤도에서 이탈하지 않고 목성을 중심으로 몰려있다.
켄타우로스(Centaurs)는 목성과 해왕성 사이에 있는 얼음처럼 차가운 바위 덩어리들인 천체들이다. ‘해왕성바깥천체’ (trans-Neptunian objects TNOs)는 해왕성 보다 더 먼 곳에서 움직이는 천체들이다.
태양(왼쪽)을 공전하는 주요 행성들. 거리와 크기는 실제와 비례하지 않는다. © 위키피디아
이번 논문에서 과학자들은 라그랑주 포인트(Lagrange point)를 언급하지는 않았지만, 목성과 태양 사이의 상호작용에 의해 만들어진 상대적 중력 안정성이 다지관을 생성할 수 있다고 알려져왔다. 그래서 토도로비치 교수 연구팀은 조사에 착수했다.
연구팀은 보통 우주의 혼란 정도를 측정하는 데 사용하는 ‘빠른 리야프노프 계기(fast Lyapunov indicator, FLI)’라는 도구를 사용했다. 과학자들은 태양계 수백만 궤도에 대한 수치 데이터를 수집했고, 금성에서 해왕성에 이르는 7개의 주요 행성에 의해 생성된 섭동(perturbation)을 모형화해서 이미 알려진 다지관의 연관성을 계산했다.
과학자들은 가장 두드러진 아치가 목성과 연관되어 있으며, 특히 라그랑주 포인트와 강하게 연결된 것을 발견했다. 목성의 거대한 영향력은 그리 놀라운 것이 아니다. 목성은 태양을 제외하고 태양계에서 가장 거대한 물체다.
이 새로운 이해는 혜성과 소행성이 태양계 안에서 어떻게 움직이는지, 그리고 지구에 대한 잠재적 위협을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다.
언젠가 우주선의 빠른 이동에 이용될 수도
캘리포니아 샌디에이고 대학의 공동 저자인 애런 J 로젠그렌(Aaron J Rosengren)은 “우리 행성계에서 가장 거대한 천체인 목성이 우리가 발견한 이 슈퍼 하이웨이 구조물과 관련이 있다”고 말했다.
이어 그는 “하지만 각 행성은 비슷한 아치를 생성하며, 이 모든 구조물은 매우 복잡한 운송 경로를 생성하기 위해 상호 작용할 수 있다.”고 덧붙였다.
태양과 주요 행성 사이의 크기 비교 © 위키피디아
이번 연구는 앞으로 천문학자와 공학자들이 지구-달 사이에 인공구조물이 증가하는데 따라 변화하는 역학관계가 가져올 잠재적 영향을 이해하는 데 도움이 될 수 있다.
우주 슈퍼 하이웨이는 또한 언젠가 세계 각국이 우주선을 더 빨리 우주 행성으로 보내는데 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
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2020-12-15 02:09:00Z
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