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  (73)명왕성은 왜 불명예 퇴직했을까?

  이연호 기자 2020.07.05

  [이데일리 이연호 기자]‘수금지화목토천해명’. 그때는 맞고 지금은 틀리다. 태양계 행성의 이름과 순서를 가리키는 이 축약어는 2006년을 기준으로 그 이전은 맞았지만 그 이후는 마지막 ‘명(冥)’이 빠진 ‘수금지화목토천해’가 맞다.명왕성(오른쪽)과 그 위성인 ‘카론’. 사진=NASA.명왕성을 왕따(?)시키는 소위 태양계 구조조정은 지난 2006년 8월 국제천문연맹(IAU) 총회에서 일어난다. 당시 IAU는 태양계 행성을 기존 9개에서 명왕성을 뺀 8개 행성으로 새로 규정하는 행성 정의 결의안을 60%의 지지로 채택했다. 이로써 지난 1930년 미국인 클라이드 톰보(Clyde William Tombaugh)가 발견한 명왕성은 76년 만에 행성 자격을 잃고 왜소행성(왜행성·Dwarf Planet) ‘134340’이라는 숫자로 불리는 신세로 전락했다. 아이돌 그룹 방탄소년단(BTS)은 이별의 순간을 행성 자격을 박탈당한 명왕성에 비유한 곡 ‘134340’을 지난 2018년 발표하기도 했다.인류가 20세기에 찾아낸 유일한 태양계 행성이었던 명왕성이 이처럼 태양계 행성군에서 불명예 퇴직을 하게 된 건 왜일까. IAU가 논란 끝에 행성의 정의를 새롭게 하면서다. △‘태양을 중심으로 하는 공전궤도를 가질 것’ △‘원형의 형태를 유지할 수 있는 중력을 가질 수 있도록 질량이 충분할 것’이라는 기존의 정의에 △‘자신의 공전 궤도 내 천체에서 지배적인 위치를 차지해야 할 것’이라는 새로운 조건이 추가됐기 때문이다. 즉 ‘자신이 속한 공전 궤도에서 다른 천체를 위성으로 가질 정도로 중력이 세고 가장 큰 구형 천체만 태양계 행성이 될 수 있다’는 얘기였다.명왕성은 지난 1930년 발견 이래 행성으로서의 그 자격을 두고 논란이 계속 있어 왔다. 수성, 금성, 지구, 화성과 같이 표면이 암석으로 이뤄진 ‘지구형(암석형)’ 행성과 목성, 토성, 천왕성, 해왕성처럼 가스층으로 덮힌 ‘목성형(가스형)’ 행성과 달리 명왕성은 지금까지의 관측 결과 대부분이 얼음(산소와 메탄 가스)으로 이뤄져 행성으로 보기에 부족했기 때문이다. 또 지구의 위성인 달 지름의 3분의 2에 해당하는 지름을 가진 명왕성은 궤도가 타원에 가까워 공전주기 약 248년 중에 20년을 해왕성 궤도 안쪽에서 진행했고 자신이 속한 ‘카이퍼 벨트(Kuiper Belt·해왕성 궤도 바깥쪽에서 태양의 주위를 도는 작은 천체들의 집합체)’에서 상당한 크기의 천체가 계속 발견돼 행성 지위가 좌불안석이었다.이런 와중에 비슷한 공전 궤도에서 명왕성보다 질량과 지름이 큰 것으로 인정되는 ‘에리스(Eris)’라는 왜행성이 지난 2005년에 발견되면서 명왕성의 퇴출 명분은 보다 분명해졌다. 만약 명왕성의 행성 자격을 유지하면 에리스를 10번째 행성으로 인정해야 하고 이후에도 행성은 계속 추가될 가능성이 생기기 때문에 결국 명왕성 퇴출이 결정됐다.그런데 에리스처럼 멀리 떨어진 천체의 정확한 지름을 구하기는 쉽지 않아 2005년 발견 직후 허블 우주 망원경 측정 결과 지름이 2397Km로 명왕성보다 약간 더 큰 지름을 가졌던 에리스는 이후 이어진 정밀관측에서 처음 관측값보다 조금 더 작은 수치의 지름을 얻은 것으로 알려졌다. 반면 명왕성은 이후 인류 최초의 명왕성 탐사선인 뉴호라이즌스(New Horizons)호 탐사 결과 기존보다 80km가량 더 긴 2370km 안팎이라고 밝혀졌다. 명왕성으로서는 억울할 수도 있겠지만 지름은 비슷하다 쳐도 에리스의 질량이 명왕성에 비해 약 27% 더 크기 때문에 명왕성만 행성으로 인정하기엔 에리스가 더 억울한 상황이 발생할 수도 있는 쉽지 않은 문제다.명왕성의 퇴출에 가장 반대가 심했던 나라는 단연코 미국이었다. 명왕성이 미국인이 발견한 유일한 행성이었기 때문이다. 자존심이 상한 미국 항공우주국(NASA)은 지난 2006년 1월 명왕성을 탐사하기 위해 뉴호라이즌스호를 발사했다. 1초에 14km씩 쉬지 않고 날아 9년 6개월 만인 지난 2015년 7월 14일 지구에서 56억km 떨어진 명왕성에 최근접한 뉴호라이즌스호는 한때 태양에서 가장 멀리 떨어진 춥고 어두운 행성이었던 명왕성의 사진을 찍어 지구로 보내오기도 했다.*편집자 주: 수학, 화학, 물리학, 생물학 등 기초과학의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 특히 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 빅데이터 등 첨단 정보통신기술(ICT)이 이끄는 4차 산업혁명 시대를 맞아 그 중요성은 점차 더 커지고 있다. 하지만 대개의 경우 기초과학은 어렵고 낯설게만 느껴져 피하고 싶은 것도 사실이다. 기초과학의 세계에 쉽고 재미있게 발을 들여 보자는 취지로 매주 연재 기사를 게재한다.

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  (72)별똥별은 왜 지구로 떨어질까?

  이연호 기자 2020.06.28

  [이데일리 이연호 기자] 별똥별을 보며 소원을 빌면 그 소원이 이뤄진다는 말이 있다. 정확하게는 별과 아무런 관련이 없는 이 별똥별이라는 것은 왜 지구로 떨어질까.유성이라고 일컬어지는 별똥별은 혜성이나 소행성의 흔적이다. 행성으로 성장하지 못한 얼음먼지인 혜성은 긴 타원 궤도를 그리며 태양을 공전한다. 이런 혜성이 태양 주위에 접근하게 되면 얼음과 먼지 등이 태양열로 녹기 시작한다. 녹은 혜성의 찌꺼기들이 태양의 복사압력과 태양풍의 영향으로 태양 반대쪽으로 밀려나가면서 혜성의 꼬리가 생긴다. 이런 이유로 혜성이 지나가는 궤도에는 혜성에서 나온 많은 물질들이 쌓이게 된다.지구가 태양을 공전하다가 이 찌꺼들을 통과하게 되면 그 찌꺼기들이 지구의 중력에 따라 지구 대기권 속으로 빠르게 빨려 들어온다. 대기층의 공기와 마찰하면서 발생하는 열로 이 찌꺼기들이 타면서 빛을 내는데 이를 별똥별이라고 한다. 미처 다 타지 못하고 땅으로 떨어지는 것도 있는데 이는 운석이라고 부른다.유성우(流星雨)란 많은 유성이 한꺼번에 떨어지는 모습이 마치 비처럼 보인다고 해서 이름 붙여진 천문 현상이다. 유성우는 매년 일정한 시기에 나타나는데 이는 지구의 공전궤도와 관련이 있기 때문이다. 유성을 만드는 유성체의 궤도가 지구의 공전 궤도와 겹치거나 가까울 경우 유성우가 생기기 때문이다. 7월 말부터 8월 중순까지 1년 중 별똥별을 가장 많이 볼 수 있는 것도 이 무렵에 지구의 공전 궤도와 겹치는 혜성의 궤도가 많기 때문이다.지구에서 관측할 수 있는 유성우는 모혜성의 종류에 따라 1년에 총 8개 가량이 있으며 이 중 페르세우스자리 유성우(8월), 사자자리 유성우(11월), 쌍둥이자리 유성우(12월)가 3대 유성우로 거론된다.유성의 궤적을 역으로 추적할 경우 하늘의 한 점으로 모이는데 이를 복사점이라고 한다. 지구의 궤도와 혜성의 궤도가 만나는 지점인 이 복사점이 위치한 별자리 이름으로 유성우의 이름은 결정된다. 페르세우스자리 유성우는 페르세우스자리에서 가장 많은 별똥별이 떨어진다는 의미다.유성우는 극대 시기에는 1시간에 100개 넘게 떨어지기도 하지만 보통 1시간에 20~30개 정도 떨어진다. 지구 공전 궤도가 혜성이 지나간 궤도에 근접할수록, 혜성이 클 수록, 지구와 혜성이 해당 지점을 지난 시점이 가까울수록 유성의 수는 많아진다.수십 년에 한 번씩 1시간에 1만개 안팎의 유성우가 떨어지면 장관을 이루기도 하는데 이를 특별히 대유성우라고 한다. 대유성우는 오로라, 개기일식과 더불어 죽기 전에 꼭 봐야 할 3대 천문 현상으로 일컬어진다. 3대 천문 현상 중에서도 대유성우가 가장 보기 어렵다. 역사상 최대 유성우로 기록된 1966년의 사자자리 유성우는 시간당 14만4000개의 별똥별을 지구에 선물했다. 이 유성우의 모혜성은 33년 주기의 템펠(Tempel) 혜성으로 약 33년 주기로 대유성우가 나타난다.지난 21일 우리나라 전역에서 2020년대 처음이자 마지막인 부분일식 현상이 나타나 온 나라가 들썩거렸다. 못 본 사람이라면 하반기에 있을 유성우를 노려보자. 3대 유성우에 속하는 페르세우스자리 유성우와 쌍둥이자리 유성우를 각각 8월과 12월에 볼 수 있다.*편집자 주: 수학, 화학, 물리학, 생물학 등 기초과학의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 특히 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 빅데이터 등 첨단 정보통신기술(ICT)이 이끄는 4차 산업혁명 시대를 맞아 그 중요성은 점차 더 커지고 있다. 하지만 대개의 경우 기초과학은 어렵고 낯설게만 느껴져 피하고 싶은 것도 사실이다. 기초과학의 세계에 쉽고 재미있게 발을 들여 보자는 취지로 매주 연재 기사를 게재한다.

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  (71)0.4초 만에 사라지는 야구공 속력 어떻게 측정할까

  이연호 기자 2020.06.21

  [이데일리 이연호 기자] 우리는 야구 경기를 볼 때 투수가 일구 일구 투구할 때마다 어떤 하나의 숫자를 확인할 수 있다. 바로 해당 투구의 속력이다. 이를 우리나라는 시속으로 미국은 마일로 표시한다.높이 25.4cm의 투수 마운드에서 홈플레이트까지 거리는 18.44m다. 투수의 손을 떠난 공이 포수의 미트까지 들어가는 데 걸리는 시간은 대략 0.4초다. 말 그대로 눈 깜짝할 사이에 홈플레이트에 도달하는 투구의 속력을 우리는 어떻게 측정할 수 있을까.먼저 야구공의 속력을 측정하는 기구는 자동차의 과속을 측정하는 것과 마찬가지로 스피드 건(speed gun)이다. 스피드 건은 움직이는 물체의 속력을 측정하기 위해 사용하는 장치로 도플러 효과(Doppler effect)를 이용한 레이더 기기다.도플러 효과란 파동을 발생시키는 파원(파동이 처음 만들어진 곳)과 관찰자가 상대적으로 가까워지면 파원이 내놓는 파동의 진동수보다 높은 진동수(주파수)가 관찰되고 멀어지면 낮은 진동수가 관찰되는 현상을 가리킨다. 이 현상을 처음 설명한 19세기 오스트리아 물리학자 도플러의 이름을 기념하기 위해 이렇게 명명됐다.스피드 건은 자동차나 야구공 등 움직이는 물체의 속력을 측정하기 위해 해당 물체로 레이더파(입사파)를 쏜다. 하지만 이 레이더파는 물체에 닿는 순간 반사(반사파)돼 되돌아온다. 물체가 관찰자 쪽으로 가까워지고 있으므로 도플러 효과에 의해 진동수가 증가한다. 같은 매질(파동을 전달하는 물질) 안에서 파동의 속력은 일정하기 때문에 진동수와 파장은 반비례(속력=진동수×파장)한다. 즉 스피드 건에서 발사할 때의 진동수와 물체에서 반사돼 돌아온 진동수를 비교하면 해당 물체의 속력을 구할 수 있다. 스피드 건 내부에 장착된 컴퓨터는 안테나에서 발사될 때의 진동수와 물체에서 반사돼 되돌아온 진동수를 비교해 해당 물체의 속력을 계산해 낸다.이 같은 도플러 효과는 비단 움직이는 물체의 속력 측정 뿐만 아니라 여러 곳에 적용되는데 우리가 흔히 접하는 일상 소음에서도 이 원리를 확인할 수 있다. 구급차가 경적을 울리면서 내 쪽으로 다가올 때와 내 쪽에서 멀어질 때의 소리의 고저가 다른 것은 바로 이 도플러 효과 때문이다. 경적을 울리며 다가올 때는 음파의 진동수가 증가해 경적 소리가 보다 고음으로 들리고 똑같은 경적 소리라도 내게서 멀어질 때는 음파의 진동수가 감소해 상대적으로 저음으로 들리는 것은 바로 이 때문이다.*편집자 주: 수학, 화학, 물리학, 생물학 등 기초과학의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 특히 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 빅데이터 등 첨단 정보통신기술(ICT)이 이끄는 4차 산업혁명 시대를 맞아 그 중요성은 점차 더 커지고 있다. 하지만 대개의 경우 기초과학은 어렵고 낯설게만 느껴져 피하고 싶은 것도 사실이다. 기초과학의 세계에 쉽고 재미있게 발을 들여 보자는 취지로 매주 연재 기사를 게재한다.