혜성은 무엇이며 어디에서 오는가?

포하마입니다.

67P/Churyumov-Gerasimenko 혜성은 절벽, 바위, 구덩이, 그리고 곰돌이 자국을 가지고 있습니다 – 이 모든 것들은 단지 2.7 마일 (4.3 킬로미터)의 "더러운 눈덩이" 위에 있습니다.

천문학자 데이비드 주짓트와 제인 루가 명왕성 너머 카이퍼 벨트의 일원을 1992년 1분기에 처음 발견한 지 30년이 된 작년인 2022년입니다. 폭이 약 100킬로미터인 이 작은 세계의 존재는 완전히 예상치 못한 것은 아니었습니다; 아일랜드 천문학자 케네스 에지워스는 그러한 물체의 개체군이 거의 50년 전에 해왕성 너머에 존재할 수 있다고 제안했습니다. 그런데도, 그것은 인내와 기술적인 기술의 인상적인 위업이었습니다.
또한 혜성 연구의 전환점이 되었습니다. 지난 30년 동안 혜성이 어디에 존재하는지, 어떻게 그곳에 도달했는지, 그리고 어떻게 계속 진화하는지에 대한 우리의 이해를 변화시킨 새로운 발견들의 급류를 가져왔습니다.

지난 20년은 우주선을 이용한 혜성 탐사의 황금기이기도 했습니다. 2001년 딥 스페이스 1이 19P/Borrely로 근접 통과한 이후, 우리는 여섯 개의 혜성 천체와 근접한 만남을 가졌습니다. 816파운드(370kg)의 충격기로 템펠 1호(9P/템펠)의 표면을 타격한 NASA의 딥 임팩트 미션, 67P/추류모프-게라시멘코를 2년간 탐사한 유럽우주국(ESA)의 로제타 우주선, 2015년 명왕성을 지나쳐온 NASA의 뉴호라이즌스 미션 등이 있습니다. 이러한 만남은 얼음으로 된 미행성들이 모양, 지질, 활동에 있어서 완전히 비슷한 두 물체가 없는 놀랍도록 복잡한 세계라는 것을 보여주었습니다.

이러한 발전은 혜성에서 더 복잡한 가스를 식별할 수 있는 도구, 즉 가스가 분출하고 증발하면서 혜성을 둘러싸고 있는 흐릿한 대기에 의해 강화되었습니다. 그리고 2011년부터 칠레의 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array는 이 작은 얼음 천체들의 역사에 대한 추가적인 맥락을 제공하면서 다른 별들 주위의 행성 형성 원반을 이미지화하고 있습니다.

QB1의 발견 이후 우리가 배운 모든 것과 함께, 혜성에 대한 가장 중요한 질문들이 대답 된 것처럼 보일 수 있습니다. 그런데도, 혜성의 많은 주요 특징들은 미스터리로 남아있습니다. 우리 행성계의 형성에서 나온 원시적인 잔여물로서, 그것들은 또한 그것의 기원을 탐구하기 위한 가장 좋은 방법입니다. 이 점을 염두에 두고, 아직 답하지 않은 몇 가지 질문이 있습니다.

점점 더 강력한 조사와 망원경의 확장된 네트워크 덕분에, 우리는 이제 수백 개의 센타우루스자리 천체와 함께 수천 개의 카이퍼 벨트 물체(KBO)를 확인했습니다. 이 천체는 거대 행성들 사이에서 소용돌이치는 불안정한 궤도를 차지하고 있습니다. 이 물체들이 교란되어 태양계 안쪽으로 항해하게 되면, 태양에 의해 열을 받아 우리가 혜성으로 알고 있는 에테리얼한 모습으로 변하게 됩니다. 조사는 이제 태양계의 외부 지역을 통과할 때 들어오는 혜성을 일상적으로 발견하고 그들이 태양계 내부에 접근하고 나서 출발할 때 어떻게 진화하는지 모니터링합니다.

혜성 핵의 잔해 더미 모델에서, 혜성의 파편들은 그들 사이의 극도로 약한 중력보다 조금 더 많이 함께 붙어 있습니다. 이러한 조각은 크기가 서로 다르거나(왼쪽) 유사한 특성 크기(가운데)를 가질 수 있습니다. 이러한 형성 모델에서 혜성 핵은 매우 가벼운 충돌을 통해서만 형성될 수 있습니다. 대신에, 작은 얼음 조각과 먼지는 더 빠른 속도의 충돌에서 서로 떨어져 나가고 충돌 시에 그들 자신을 스스로 평평하게 하여 talps라고 불리는 일련의 층으로 만들 수 있습니다.

혜성 핵에 대한 최초의 현대적인 설명은 1950년대에 프레드 휘플에 의해 제안되었습니다. 그의 모형에서, 혜성은 먼지가 섞인 다양한 얼음으로 구성된 "얼음덩어리"라고 그가 불렀던 다소 균일한 물체였습니다. 언론은 그것을 "더러운 눈덩이" 가설이라고 불렀습니다. 이것이 혜성의 활동을 설명할 수는 있지만, 그것은 단지 태양에 의해 따뜻해질 때 때때로 스스로 분해되는 내부의 힘이 거의 없는 물체로서 혜성에 대한 우리의 새로운 이해에 맞지 않았습니다.

1986년 폴 와이즈먼은 혜성이 느슨하게 묶여 있고 다양한 크기의 작은 천체들로 이루어진 "러블 더미"라고 제안했습니다. 이 잔해 조각들은 서로를 파괴하지 않기 위해 매우 낮은 속도로 충돌해야 했고 거의 비슷한 궤도를 돌았을 것입니다.