언론에서 본 항대

[우주과학]혜성출동에서 분출된 엄청난 양의 물

  • 2006-04-06

나사의 탐사선이 지난해 혜성 템플 1(Temple 1)에 충돌하면서 적어도 250,000톤의 물이 혜성에서 쏟아져 나온 것으로 알려지고 있다. 이러한 수치는 영국과 미국의 과학자들이 이 딥 임팩트(Deep Impact)호의 충돌실험을 관측한 미국의 천체망원경인 스위프트(Swift)로부터 얻은 자료를 근거로 한다. 스위프트의 X-선 자료는 혜성에서 분출되는 물을 보여주고 있으며, 이것은 전에 생각했던 것보다 장기적으로 물이 분출되는 것을 보여준다. 스위프트호를 이용한 관측을 수행한 영국 레스터(Leicester) 대학의 딕 윌링게일(Dick Willingale) 박사는 "과학적으로 혜성에 대한 X선 모델을 지지하는 많은 자료증거가 있다. 그리고 스위프트호의 기민성과 그 자료의 높은 수준의 질로 인해 다른 혜성이 가시권에 들어올 경우 관측을 실행할 수 있는 이상적인 장비"라고 말했다.

궤도를 돌고 있는 스위프트호의 일상적인 임무는 우주공간에서 무작위적으로 발생하는 감마선을 폭발을 찾아내는 것이다. 하지만 지난해 6월 4일에 나사의 혜성 탐사선인 딥 임팩트의 370킬로그램의 충돌선이 직경 14킬로미터의 혜성 템플 1에 충돌할 당시 나사는 많은 우주공간의 인공위성과 지상 천체망원경이 이 광경을 관측하도록 요청했다. 이 충돌로 한 줄기의 물질들이 쏟아져 나왔으며 다양한 파장으로 조사되었다. 하지만 다른 관측결과는 상대적으로 빠르게 결과를 내었지만 스위프트호는 60일 동안 이 충돌이 일어난 얼음산을 지속적으로 관측했으며 이러한 인내심은 결과를 얻어내었다. 스위프트호의 X-선 천체망원경(XRT)은 이 혜성이 최초 충돌이 일어난 후에 지속적으로 13일 동안 물을 방출하는 사실을 관측했으며 충돌 5일 후에 그 방출량의 최고조에 이르렀음을 보여주었다. X-선은 충돌로 인해 방출되는 엄청난 양의 물을 직접 측정할 수 있었으며 그 양은 지구에서 100개의 올림픽 경기장 수준의 수영장에 담긴 물을 쏟아내었다.

그리고 이 X선은 방출된 중수 입자와 태양에서 지속적으로 방출되는 전하를 띤 무거운 입자의 흐름인 태양풍과 상호작용하는 과정을 추적했다. 레스터 대학의 폴 오브라언(Paul O’Briaen) 박사는 "태양풍의 입자는 혜성입자에 충돌하였으며 그 과정에서 전하교환(charge exchange)이 일어나고 있다. 그 결과 태양에서 발생한 무거운 이온은 전하를 일으키는 단계에 이른 후에 광자를 분출하면서 전하를 잃게 되어 결국 이러한 광자는 X-선으로 바뀌게 된다. 근본적으로 좀더 많은 물질이 분출될수록 좀더 많은 X-선이 생산된다"고 말했다. X-선 방출량은 혜성에서 생산되는 물의 양과 그 근처의 태양풍의 지역적인 조건에 의해 달라지며, 충돌 당시 혜성은 지구에서 1억 3,000만 킬로미터 거리에 있었다. 지속적으로 태양풍을 관측하고 있는 ACE라고 불리는 인공위성의 자료를 이용하여 스위프트호의 연구진은 X선이 방출될 당시에 혜성에 흘러오는 태양풍을 계산했다. 이러한 계산을 통해 X-선을 방출하는 두 가지 요소를 풀어내었다.

문제는 왜 혜성이 지속적으로 충돌이 일어난 후에 장기적으로 물질을 방출하는가의 문제이다. 혜성은 특히 태양에 가까이 접근하게 되면 지속적으로 물질을 잃게 된다. 천문학자들은 때때로 유성과의 자연적인 충돌과 연관된 갑작스런 폭발을 관측하기도 한다. 하지만 딥 임팩트호와의 충돌로 일어난 장기간에 걸친 X-선 방출의 증가는 과학자들을 혼란스럽게 하고 있다. 그 이유는 최초 충돌 이후 광학적인 관측에 의하면 폭발로 인한 가스방출이 곧 사라졌기 때문이다. 윌링게일 박사는 "내 추론으로는 이 혜성은 충돌로 흔들렸으며 많은 물질이 충돌로 방출되었지만 아직도 표면에 약하게 묶여있다고 생각된다. 만일 사람들이 얼음알갱이를 들어올리면 쉽게 고체에서 가스로 승화된다. 이 알갱이들은 좀더 태양의 빛에 노출되는 것이다. 이러한 모든 것은 가설에 불과하다. 우리는 평상시보다 2 1/2배 정도의 양이 방출되고 있다는 것을 알고 있을 뿐"이라고 말했다. 딥 임팩트호에 대한 스위프트호의 관측결과는 올해 국립천문학회(National Astronomy Meeting)가 열리는 레스터 대학에서 논의될 것이다.