[스페이스]위성의 탄생과 이별

화성의 두 위성 포보스와 데이모스도 화성과 충돌한 이후 탄생한 것으로 예측됐습니다. [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]태양계 행성들은 자신의 덩치만큼 위성을 소유하고 있습니다. 목성과 토성은 무려 60~70개의 위성을 거느리고 있고, 수성과 금성은 위성이 없이 외로이 태양을 돌고 있으며, 지구는 달 1개, 화성은 2개의 위성을 달고 있습니다.

미항공우주국(NASA)과 국제천문연맹(IAU)의 자료를 종합해보면 태양계의 여덟개 행성 주변을 맴도는 위성은 173개입니다. 소행성이나 왜소행성 등에 딸린 위성까지 합치면 400개가 훌쩍 넘는다고 합니다. 최근에도 위성들이 발견되고 있는 만큼 이 숫자는 계속 늘어날 전망입니다.

그렇다면 행성 주변을 도는 위성은 어떻게 탄생했을까요? 위성은 크게 네 가지 방법으로 탄생한다고 합니다.

첫 번째는 행성이 만들진 후 남은 가스와 먼지가 뭉쳐 탄생합니다. 별들은 기본적으로 가스와 먼지들이 밀집된 성운에서 만들어집니다. 성운 내부의 중력에 의해 가스입자들이 모여 수축하면 핵 융합 반응으로 엄청난 양의 에너지를 방출하면서 회전하는데 그 과정에서 가스와 먼지들이 뭉쳐 행성이 됩니다. 행성이 만들어진 후 주변에 남은 가스와 먼지 등이 뭉쳐서 위성이 되는 것이지요.

두 번째는 우주를 떠돌아 다니던 소행성이 행성과 충돌을 하면 하나의 뜨거운 덩어리가 되는데 이 덩어리에서 어느 부분이 떨어져 나가 위성이 됩니다. 남아있는 큰 덩어리는 행성이 되고 떨어진 작은 부분은 위성이 되는 것입니다.

행성이 빠른 속도로 회전(자전)하면서 주변의 가스와 먼지가 뭉치는데 이 과정에서 주변의 가스층은 별도의 위성이 되거나 고리가 되기도 합니다. [사진=유튜브 화면캡처]

세 번째는 행성이 탄생하는 과정에서 주위에 남겨진 가스와 먼지가 행성의 고리가 되기도 하고, 다시금 뭉쳐 위성이 되기도 합니다. 아니면 두 번째 경우처럼 행성과 충돌 이후 따로 떨어진 작은 덩어리가 위성이 되지 않고 고리가 되기도 합니다.

네 번째는 행성 주위를 지나가던 소천체가 행성의 중력에 빨려 들어가거나 행성 주변의 가스와 먼지 등의 이물질들에 의한 마찰력으로 소천체가 느려져 행성에 끌려 들어가 위성이 되기도 하지요.

화성의 2개의 작은 위성 포보스와 데이모스는 어떻게 탄생했을까요? 화서으이 두 위성은 지구의 달보다 훨씬 작습니다. 포보스 지름 27㎞, 데이모스는 지름 16㎞ 정도인데 이는 지구의 반 정도인 화성의 지름 6760㎞의 300분의 1에 그칩니다. 지구의 위성인 달의 지름은 지구 지름 1만2875㎞의 4분의 1 정도인 3380㎞입니다.

포보스와 데이모스의 형태는 감자처럼 울퉁불퉁하여 위성이라기보다 소행성과 비슷합니다. 천체의 형태를 결정짓는 것은 중력인데 천체가 공처럼 둥글어지려면 지름이 250㎞는 넘어야 한다고 합니다. 화성의 위성들은 크기가 너무 작아 중력이 지배적인 힘으로 작용하지 못해 감자모양이 된것이지요.

지구의 위성인 달은 원시 상태의 지구와 충돌해 탄생한 것으로 밝혀졌습니다. [사진=유튜브 화면캡처]

화성의 두 위성은 화성의 적도면 근처를 거의 원 궤도를 그리며 돕니다. 포보스는 화성 표면에서 불과 6000㎞ 떨어진 곳을 돌고 있는데 태양계 행성 중 위성과 거리가 가장 가깝습니다. 지구와 달의 거리는 평균 38만㎞ 정도입니다.

과학자들은 이 두 위성이 모두 적도 부근에서 원형 궤도를 이룬다는 사실에서 충격에 의해 탄생했을 것으로 추측합니다. 미국 사우스웨스트연구소(SwRI)는 최근 포보스와 데이모스가 초기 화성과 왜소행성의 충돌로 만들어진 것이라고 주장했습니다.

사우스웨스트연구소는 각기 다른 소행성과 초기 화성과의 충돌 시뮬레이션을 거쳐 초기 화성에 소행성대의 가장 큰 천체인 베스타나 세레스 정도의 왜소행성과 충돌했을 때 현재 형태와 크기의 포보스와 데이모스가 만들어진다는 결론을 도출했습니다. 베스타는 화성과 목성 사이에 있는 소행성으로 지름 530㎞ 정도이며, 세레스는 지름이 973㎞의 왜행성이다.

주목할 만한 것은 10억 년 동안 화성 둘레를 쉼없이 돌던 이 두 위성은 머지않아 운명이 바뀔 것으로 예측됐다는 것입니다. 현재 포보스는 100년에 1.8m씩 나선형으로 추락하고 있는데 약 5000만 년 후에 화성 표면에 충돌할 것으로 추정됐습니다. 반면, 데이모스는 나선형으로 천천히 화성에서 떨어져나가 충돌의 운명을 피할 수 있을 것으로 보입니다.

지구의 위성인 달은 어떨까요? 달도 마찬가지입니다. 지구가 싫어졌나봅니다. 과학자들은 달이 매년 3.8㎝씩 멀어져 10억 년 후에는 지구와 이별할 것이라고 예측하고 있습니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr