하늘을 가로지르는 혜성

우리 선조들은 밤하늘에서 종종 관측되는 혜성을 두려워하고 경계했습니다. 혜성의 정체가 무엇인지 전혀 알 수 없었으니 당연한 일입니다. 이들에게 혜성은 별 또는 행성과 달랐습니다. 혜성은 예고 없이 나타났다가 사라졌고, 모양도 크기도 달라졌습니다. 어떤 이들은 혜성이 곧 일어날 재앙을 경고하는 불운의 전조이자 하늘의 경고라고 생각하기도 했습니다. 그러나 이제 우리는 혜성이 행성과 마찬가지로 태양 주위를 공전하는 전체 중 하나라는 사실을 잘 알고 있습니다. 혜성은 주기가 200년 이상인 장주기 혜성과 200년 이하인 단주기 혜성으로 나뉩니다. 우리가 알고 있는 혜성 중 가장 유명한 것은 아마 핼리혜성일 것입니다. 이번에는 혜성 관측의 역사와 혜성의 구조, 혜성 탐사의 의의를 살펴봅시다. 혜성을 연구한 최초의 인물은 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스였습니다. 그는 혜성이 지구 대기의 상층부에서 발생한다고 생각했습니다. 그러나 그의 생각에는 오류가 있었습니다. 혜성이 지구와 가까이에서 움직인다면, 우주 전체를 빠르게 가로지르는 것처럼 보여야 합니다. 그러나 실제로 혜성을 관측하면 매우 느리게 움직이며, 하늘을 가로지르는 데 몇 주에서 몇 달까지도 걸리는 것을 확인할 수 있습니다. 16세기 덴마크의 천문학자 튀코 브라헤는 1577년에 등장한 밝은 혜성에 관심을 가졌습니다. 그는 동료 학자들과 몇 달간 혜성의 위치를 자세히 측정하고, 그 결과 혜성이 지구 대기권보다 훨씬 먼 우주에 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 또다시 밝은 혜성이 나타나자 분석한 타원 궤도의 법칙을 활용해 혜성의 궤도를 정리했습니다. 1684년에는 에드먼드 핼리가 혜성을 발견하고 궤도 운동에 대해 뉴턴과 토론을 나눴습니다. 핼리의 혜성 관측은 인류의 천문학적 지식을 크게 넓혀준 대단한 발견이었습니다. 에드먼드 핼리는 역사 기록을 살피며 혜성의 출현 주기를 연구해 특정 혜성이 약 76년 주기로 나타난다는 사실을 알아냈습니다. 그는 이 혜성이 1758년에 다시 나타날 것이라고 예측했고 실제로 혜성은 중력으로 인한 궤도 변화 때문에 그 이듬해인 1759년에 나타났습니다. 이 혜성은 발견자의 이름을 따 핼리 혜성이라고 명명되었습니다. 핼리 혜성은 1986년에 마지막으로 관측되었고 2061년쯤 다시 관측할 수 있을 것으로 보입니다. 20세기에는 혜성이 본질적으로 우주의 먼지와 얼음덩어리에서 만들어진다는 프레드 휘플의 아이디어가 주류로 받아들여졌고, 이후 혜성 연구를 통해 많은 새로운 사실이 밝혀졌습니다. 혜성은 1066년 유럽 상공에 등장했음을 밝혔습니다. 노르망디 왕국의 정복왕 윌리엄 1세가 잉글랜드 군대를 정복한 헤이스팅스 전투를 묘사한 중세 자수 작품 바이외 태피스트리에 수놓아진 꼬리 달린 태양 같은 것이 바로 핼리 혜성입니다. 고대 바빌로니아의 설형문자 점토판에는 기원전 164년경에 출현했던 혜성에 대한 기록이 남아 있습니다. 혜성은 핵, 코마, 꼬리로 이루어져 있습니다. 핵은 주로 암석과 먼지, 얼음, 고체 이산화탄소 등으로 이루어져 있습니다. 혜성이 태양에 가까워져 열에너지를 받으면 공기에 노출된 드라이아이스처럼 승화됩니다. 이때 핵 주위에 생겨나는 기체와 먼지로 이루어진 옅은 대기를 코마라고 합니다. 가벼운 가스인 코마는 태양풍에 휩쓸려 태양 반대 방향으로 흘러 나가며 긴 꼬리를 형성합니다. 때때로 혜성의 꼬리가 혜성의 이동 방향을 따라간다고 착각할 수 있는데, 항상 그렇지는 않습니다. 혜성에는 두 종류의 꼬리가 생기는데 기체들로 형성되는 1형 꼬리는 태양 자기력선의 방향대로 형성되고, 먼지가 쓸려나가며 만들어지는 2형 꼬리가 혜성이 지나간 궤도를 따라 만들어집니다. 따라서 간혹 망원경으로 혜성을 보면 두 꼬리가 서로 다른 방향을 가리키는 것처럼 보이기도 합니다. 혜성은 우주에 입자를 남깁니다. 입자들은 혜성이 지나간 궤도에 퍼져 있습니다. 지구가 혜성의 궤도를 지나갈 때 이 입자들이 지구 대기와 부딪히는데, 대기를 뚫고 지구 표면에 떨어지는 것을 가리켜 바로 별똥별 또는 유성이라고 합니다. 1932년 에스토니아 천문학자 에른스트 외픽은 혜성이 태양계에서 가장 먼 가장자리 궤도를 선회하는 무리에서 떨어져 나온 천체라고 보았습니다. 네덜란드의 천문학자인 얀 오르트는 외픽의 아이디어에서 착안해 태양계 바깥쪽에 얼음 천체가 모인 광대한 구형 구름이 있다는 가설을 세웠습니다. 바로 오르트 구름 개념입니다. 오르트 구름은 태양에서 약 1광년 정도 떨어져 있다고 추정됩니다. 오르트 구름에 얼마나 많은 혜성 핵이 존재하는지 오르트 구름이 어떻게 형성되었는지는 아직 밝혀지지 않았습니다. 지금으로써는 태양계의 얼음 물질이 거대 행성들로 만들어져 지금 위치로 이동하고 남은 물질이 모여 오르트 구름을 형성했다는 이론이 가장 유력합니다. 이제 우리는 혜성이 약 45억 년 전 태양계가 형성되던 시기부터 존재했던 오래된 물질들로 만들어졌다는 사실을 알고 있습니다. 혜성은 태양계 역사의 증인이자 보물과 같습니다. 몇 년간 국제 혜성탐사선, 베가 1,2호 스이세이 위성, 지오토 탐사선, 딥스페이스 1호, 딥임팩트호, 스타더스트호 등 여러 탐사선이 혜성을 방문하거나 혜성의 파편을 채취했습니다. 특히 2004년에 유럽우주국이 쏘아 올린 로제타호는 2015년에 추류모프-게라시멘코 혜성 67P/C-G의 궤도에 성공적으로 진입해 탐사 로봇 필레를 무사히 착륙시켰습니다. 태양계가 형성되는 동안 원시 성운에는 풍부한 얼음 물질이 있었습니다. 일부 얼음은 태양열에 파괴되거나 행성이 되었습니다. 나머지는 태양계 바깥으로 밀려나 오르트 구름이 되었습니다. 태양계 외곽이자 얼음 행성의 바깥쪽 카이퍼대에도 얼어붙은 혜성 핵이 많이 존재할 것으로 보입니다. 혜성은 궤도를 따라 먼 거리를 이동합니다. 어떤 혜성은 태양계의 아주 먼 곳에서부터 지구를 향해 날아옵니다.