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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

천문학

해왕성 너머의 천체 콰오아에서 발견된 거대한 고리.

미디어위원회
2023-03-28

해왕성 너머의 천체 콰오아에서 발견된 거대한 고리.

(Ring Around the Theory)

David F. Coppedge


    이론가들은 한 작은 왜소행성 주위에 고리는 존재해서는 안된다고 말한다.


    콰오아(Quaoar)는 해왕성 너머의 작은 소행성으로 2002년에 알려졌다. 그 천체는 해왕성 바깥 천체(Trans-Neptunian Object, TNO)로 분류되며, 이들 소행성체 중 7번째로 크다(명왕성이 1번째). 이제 천문학자들은 엄폐 기술을 사용하여, 콰오아 주위에 있는 밀도 높은 고리를 발견했다. 문제는 그러한 고리는 존재해서는 안 된다는 것이다.

작은 천체 주변에 위성들이 있는 것은 그리 놀랍지 않지만, 고리가 있는 것은 놀랍다. 이론에 따르면, 고리는 로슈한계(Roche Limit, 위성이 모행성의 중력에 의한 조석력에 부서지지 않고 접근할 수 있는 한계)라고 불리는 한 천체의 반경 내로 어떤 물체가 접근할 때, 깨어져서 고리가 형성된다. 오랫동안 받아들여져온 이론은 조석력(tidal forces)이 로슈한계 내의 물체들을 산산조각 낸 다음, 부서진 잔해들이 고리를 형성한다는 것이다. 또 다른 TNO인 하우메아(Haumea)도 고리를 갖고 있었고, 토성 너머에 있는 커리클로(Chariklo) 소행성도 고리를 갖고 있다. 그 고리들은 로슈한계 이론에 들어맞았다. 그러나 콰오아에서처럼 로슈한계 바깥에서 고리를 발견한 것은 놀라운 일이었다. 그리고 교과서에 오랫동안 실려왔던 이론에 대한 위협이 되고 있었다. 이에 대한 뉴스 보도는 다음과 같다:


해왕성 너머 한 왜행성은 천문학자들이 설명할 수 없는 미스터리한 고리를 갖고 있었다(Space.com, 2023. 2. 8). "이 고리는 왜행성(dwarf planet)으로부터 너무 멀리 떨어져 있어서, 그 물질들은 합쳐져서 위성이 됐어야 했다" 라고 테레자 풀타로바(Tereza Pultarova)는 쓰고 있었다. "하지만 어떻게 된 것인지, 그렇지 않았다."

이탈리아 국립천체물리연구소(INAF)의 천문학자이자 논문의 저자 중 한 명인 지오바니 브루노(Giovanni Bruno)는 유럽우주국(ESA) 보도에서 말했다 : "콰오아 주변에 고리가 있음을 발견한 것에 있어서 매우 흥미로운 점은, 고리 물질들이 로슈 한계보다 훨씬 더 멀리 있다는 것이다". "우리의 관측 결과로서, 밀도가 높은 고리는 행성체의 로슈 한계 내에서만 존재한다는 고전적인 개념은 철저히 수정되어야 한다.“


우리 태양계에서 발견된 새로운 고리 시스템(University of Sheffield, 2023. 2. 8). Nature 지에 콰오아의 고리에 대한 논문을 게재한 저자들은 "고리 시스템은 다른 고리 시스템의 전형적인 것보다 훨씬 더 먼 거리에서 궤도를 돈다. 고리 시스템이 어떻게 형성되는지에 대한 현재의 이론에 의문을 제기하고 있다"고 말한다.

콰오아 주위의 고리 시스템이 주목할 만한 것은 고리가 행성 반지름의 7배 이상의 거리에 있다는 것이다. 이 거리는 고리 시스템이 생존할 수 있다고 생각됐던 곳의 한계인 소위 '로슈 한계'보다 2배나 더 먼 거리이다. 비교를 위해, 토성의 주 고리들은 행성 반지름의 3배 거리 이내에 있다. 따라서 이 발견은 고리 형성 이론을 재고할 수밖에 없도록 만들고 있다.

.태양계 위성들의 크기 비교.


놀라운 곳에 있는 행성 고리(Nature News and Views, 2023. 2. 8). 매튜 헤드먼(Matthew Hedman)는 논문에 대한 리뷰 글에서 "태양계 멀리에 있는 한 천체는 본체로부터 비정상적으로 멀리 떨어져 있는 고리를 갖고 있는 것으로 밝혀졌는데, 어떻게 고리 물질이 위성으로 뭉쳐지지 않았는지 추측을 불러일으키고 있다"라고 말했다.


해왕성 너머의 왜행성 콰오아의 고밀도 고리는 로슈 한계의 바깥쪽에 있다(Morgado et al., Nature, 2023. 2. 8). 이것은 그 문제를 설명하고 있는 논문이다.

지금까지 알려진 고밀도의 고리들은 모두 로슈한계 안쪽에서 모행성와 충분히 가까운 곳에 위치하고 있었는데, 그곳에서는 모행성의 조석력이 적당한 밀도를 가진 물질들을 위성으로 모이는 것을 방해한다. 여기서 우리는 해왕성 바깥 천체인 (50000) 콰오아 주변의 불균일한 고리에 대한 관찰을 보고한다. 이 해왕성 바깥 천체의 반지름은 대략 555km로 평가되며, 직경 74km의 위성 웨이워트(Weywot)를 갖고 있는데, 그 위성은 을 콰오아 반경 24배 거리(14,500km 떨어진 거리)에서 돌고 있다. 발견된 고리는 콰오아의 고전적인 로슈한계를 훨씬 벗어난 거리인, 모천체로부터 7.4배 반경에서 공전하고 있으며, 따라서 로슈 한계가 고리 물질의 생존 위치를 항상 결정하는 것이 아님을 보여준다.

저자들은 탄성충돌(elastic collisions)과 공명(resonances)이 고리를 유지할 수 있게 했을 것이라는 새로운 이론을 제시하고 있었다 :

우리의 국소적 충돌 시뮬레이션은 실험실 실험에 기초한 탄성 충돌이 천체에서 멀리 떨어진 곳에서 고리를 유지할 수 있음을 보여준다. 게다가 콰오아의 고리는 커리클로와 하우메아의 고리가 공유하는 성질인, 콰오아와 1/3 자전-공전 공명(spin–orbit resonance)에 가깝게 공전하고 있으며, 이 공명은 작은 천체의 고리를 붙잡고 있는 핵심적인 역할을 하고 있음을 시사한다.

그 새로운 이론이 설득력을 가질 수 있을지는 두고 볼 일이다. 비록 그것이 사실일지라도, 물리학자들이 어떻게 고리와 같은 미약한 특성이 수십억 년 동안 유지될 수 있었는 지에 대해서는 아무런 설명도 하지 않고 있다.

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로슈한계는 항상 과학적 진리인 것처럼 가르쳐져 왔으며, 물리적으로 타당한 것으로 보인다. 그러나 이러한 발견은 그 이론에 대한 심각한 변칙(anomaly)이다. 우리는 그 이론이 보조 가설로 보완될 수 있을지, 그리고 얼마나 그럴듯할지 지켜봐야 할 것이다. 너무 많은 부가적 설명들은 선호되던 이론을 파괴할 수 있다.

"탄성 충돌(elastic collisions)"이 고리를 유지했을 것이라는 생각은 불가능해 보인다. 태양계 암석은 고무공 같지 않다. 그것들은 튕겨지지 않고, 계속 튕겨지지도 않는다. 아마도 빠르게 먼지로 부서졌을 것이다. 우리가 알고 있는 짧은 수명의 고리(목성 고리와 일부 토성 고리)들은 미세먼지를 포함하고 있으며, 일부는 연기 입자와 같다. 고리 이론에는 이미 여러 문제들이 있다.

입자들이 응축되어 위성이 된다는 것은 훨씬 더 추정적이다. 충돌한 입자들은 뭉쳐지지 않고 튕겨진다. 강착(accretion)이 가능하다는 주장은 더 나은 증거들을 필요로 한다.

콰오아 주변의 고리는 오래된 연대를 믿는 사람들에게는 작은 변칙(anomaly)이지만, 태양계에는 수많은 변칙들이 존재한다 : 엔셀라두스의 간헐천, 이오의 용암 분출, 타이탄의 대기... 등등. 어떻게 작은 중력(콰오아의 폭은 단지 1110km)의 천체 주위에 수십억 년 동안 고리가 유지될 수 있었을까? 수십억 년 후에 우리가 최근에 형성된 고리를 보는 것은 운이 좋은 경우일까? 그것은 특별한 호소(변명)가 될 것이다.

다시 한 번 말하지만, 가정되고 있는 장구한 시간은 하나의 문제가 되고 있다. 이와 같은 고리는 수천 년 동안 지속될 수는 있지만, 수십억 년 동안 지속되지 않는다는 것이다.


*관련기사 1 : 해왕성 밖 ‘콰오아’서 고리 발견..."멀리 떨어진 가장 특이한 고리" (2023. 2. 9. 동아사이언스)

http://m.dongascience.com/news.php?idx=58427

태양계 소행성 콰오아, 거대 고리 첫 발견 (2023. 2. 16. SPUTNIK)

https://sputnik.kr/news/view/6411


*관련기사 2 :소행성 '커리클로'서 고리 발견…405년 상식 깨져 (2014. 3. 27. 연합뉴스)

https://www.yna.co.kr/view/AKR20140326113300091

지름 250km '커리클로'서 고리 발견…'중력 가설' 뒤집히나 (2014. 3. 27. 동아사이언스)

https://www.dongascience.com/news.php?idx=4285

태양계 끝자락 왜소행성 ‘하우메아’도 ‘고리’ 있다 (2017. 10. 12. 나우뉴스)

https://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20171012601007

왜행성 ‘하우메아’서 고리 발견 (2017. 11. 17. 동아사이언스)

https://www.dongascience.com/news.php?idx=20236


*참조 ; 토성의 고리는 젊지 않고, 매우 젊다.

https://creation.kr/SolarSystem/?idx=1757536&bmode=view

토성의 위성들은 과학자들을 계속 놀라게 하고 있다 : 레아(Rhea)도 고리를 가지고 있는 듯

https://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294227&bmode=view

왜소행성 하우메아도 고리를 갖고 있었다! : 작은 천체에 존재하는 고리는 젊은 연대를 가리킨다.

https://creation.kr/YoungEarth/?idx=13828765&bmode=view

▶ 젊은 우주의 증거들 - 토성

https://creation.kr/Topic301/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6716180&t=board

▶ 젊은 우주의 증거들 - 소행성

https://creation.kr/Topic301/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6688775&t=board


출처 : CEH, 2023. 2. 9.

주소 : https://crev.info/2023/02/ring-around-the-theory/

번역 : 미디어위원회



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