혜성의 정의와 구성 그리고 소멸

혜성은 가스 사태의 빛나는 긴 꼬리를 가지고 태양을 중심으로 긴 타원이나 포물선에 가까운 특정 궤도를 그리며 운행하는 작은 천체를 말합니다. 혜성은 옛시대부터 발견되어 왔기 때문에 문화권별로 혜성, 꼬리별, 길쓸별 그리고 영어단어 Comet의 유래인 코메타 또는 코메테 스라는 라틴어 등으로  불리었습니다. 

 

2011년 관측된 러브조이혜성 (출처 : Wikipedia)

혜성의 구성

혜성은 핵, 코마, 꼬리로 구성된 있습니다. 핵이란 혜성의 중심부로 고체로 이루어진 고체 부분을 말하며, 혜성의 주변에 형성된 매우 옅은 대기를 코마라 합니다. 그리고 혜성이 궤도를 따라 움직이면서 먼지와 기체로 이루어진 꼬리가 형성되며 현재 관찰되는 혜성의 모습을 갖춥니다.

 

• 핵 : 핵은 일반적으로 암석, 먼지, 얼음, 고체 이산화탄소, 일산화탄소, 메테인, 암모니아 등으로 구성됩니다. 표면은 보통 먼지나 돌로 덮여있으며, 얼음은 보통 표면의 지각 아래에 감춰져 있습니다. 이 핵에는 다양한 유기물이 포함돼 있는데, 단백질을 구성하는 아미노산인 글리세롤이 발견되기도 했습니다. 이는 DNA와 RNA와 같은 유전물질을 구성하는 성분들이 소행성이나 혜성에서 형성되었을 가능성을 제시합니다. 

 

• 코마 : 코마는 기체와 먼지로 이루어진 혜성 주변의 매우 옅은 상태로 존재하는 대기를 코마라 불리며, 이 코마가 혜성의 궤도 운전과 태양풍(태양의 상부 대기층에서 방출된 전하 입자의 흐름)의 복사압(전자기파에 노출된 물체의 표면에 가해지는 압력)의 영향으로 태양 반대 방향으로 흘러나가게 되고 이 흘러나간 형상이 혜성의 긴 꼬리가 됩니다. 코마의 구성 성분은 주로 물 분자와 먼지로 구성된 있습니다. 코마는 혜성의 핵의 크기와 관계없이 크기가 수백만 킬로미터까지 커질 수 있으며, 이는 혜성 내에서 대규모 물질 방출이 일어난 후 나타나는 현상으로 보고 있습니다. 대혜성의 코마는 대략 태양의 크기까지 그 크기가 커질 수 있는 걸로 관측되고 있습니다. 

 

• 꼬리 : 혜성의 꼬리는 코마를 형성하는 기체와 먼지에 의해 발생합니다. 특이한 점은 이 먼지와 기체가 각각의 꼬리를 만들어 낸다는 점인데, 이 꼬리는 서로 다른 방향을 향해 만들어지며 각 각 기체로 만들어진 1형 꼬리, 먼지로 만들어진 2형 꼬리로 불립니다. 1형 꼬리인 기체의 이온화에 의해 발생하는 꼬리는 2형 꼬리에 비해 태양풍의 영향을 더 많이 받습니다. 따라서 항상 혜성의 궤도방향과 상관없이 태양의 반대 방향을 향한 직선 모양의 꼬리로 형성됩니다. 먼지로 이루어진 2형 꼬리는 혜성이 궤도 운동을 하며 움직일 때 혜성이 지나간 궤도에 먼지가 그대로 남는 방식으로 꼬리가 형성됩니다. 따라서 궤도 운동의 영향을 많이 받는 먼지 꼬리의 경우 굽은 모양을 띄고 있습니다.  

혜성의 최후

대부분의 혜성은 태양계의 소천체(행성이 아닌 왜행성보다 작고 위성이 아닌 천체)로서, 특정 궤도에 따라 잠시간 태양에 접근했다가 태양계 바깥쪽으로 향하는 타원형 궤도를 돌게 됩니다. 이 공전 운동 중 혜성은 태양계 바깥으로 탈출, 휘발성 물질의 고갈, 분해 및 충돌과 같은 현상에 의해 혜성으로써 존재가 끝나게 됩니다.

 

• 태양계 바깥으로 방출 : 현재까지 관측된 결과로 태양계의 혜성은 태양을 제외한 다른 행성과 상호작용하여 방출된 내용이 관측됐습니다. 대표적인 예로 기존 공전주기인 710만 년인 궤도를 돌고 있는 C/1980 E1 혜성은 1980년 목성과 접근한 후 쌍곡선 궤도(어떤 천체를 탈출시키기 위해 필요한 탈출속도보다 더 빠른 속도로 궤도 중심체를 탈출하는 물체의 궤도)로 그 궤도가 바뀌었으며, 이를 통해 태양계를 탈출하고 있는 모습이 관측됐습니다. 이 쌍곡선 궤도는 혜성이 움직이는 속도가 충분히 빠르다면 이 궤도에 도달할 수 있을 것이며 이를 통해 태양계를 탈출할 수 있을 것으로 이론적으로 예측되고 있습니다.

 

• 휘발성 물질의 고갈 : 궤도의 각도에 따라 단주기. 장 주기 혜성으로 구분되는데 이들은 서로 다른 과정을 통해 사라지는 것으로 추정됩니다. 먼저 단주기 혜성의 경우 1만 년 동안 궤도 1000번을 도는 정도의 수명을 갖고 있습니다. 반면 장 주기 혜성은 단주기 혜성에 비하여 훨씬 빠르게 수명을 다하게 됩니다. 장 주기 혜성의 10% 정도만이 궤도를 50번가량 성공적으로 돌면서 혜성 활동을 유지할 수 있으며, 그중 1%만이 2000번 이상 궤도를 돌면서 혜성활동을 하는 것으로 확인되고 있습니다. 이 활동 유지의 기준은 혜성이 포함한 각종 휘발성 물질의 유무로 판단하며, 휘발성 물질이 모두 증발하여 날아갈 경우 혜성은 소행성과 비슷한 작고 어두운 돌덩어리가 됩니다. 

 

• 분해 및 충돌 : 혜성의 핵은 열복사, 내부 가스 압력 또는 충격에 의해 분열될 수 있는 것으로 추정하고 있습니다. 그 추정의 근거가 되는 관측이 여럿 확인되었으며, 대표적인 사건은 1993년 슈메이커-레비 9 혜성이 발견되었을 때입니다. 발견되기 전인 1992년 7월 이 혜성은 목성에 접근하고 있었을 때부터 이미 분해되었고, 1994년 7월 그 파편이 목성을 낙하하여 목성에 흔적을 남기는 사건이 있었습니다. 이처럼 혜성 중 일부는 다른 천체에 충돌하거나 태양으로 낙하하여 소멸하는 경우가 있으며, 태양계 형성 초기에는 빈번하게 이뤄졌을 것으로 추측하고 있습니다.