소행성 파에톤의 민낯을 밝히다
소행성 파에톤의 민낯을 밝히다
  • 함예솔
  • 승인 2019.03.22 06:15
  • 조회수 1356
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소행성 파에톤의 3D 형상 모형. 출처: 한국천문연구원
소행성 파에톤의 3D 형상 모형. 출처: 한국천문연구원

'소행성 파에톤'은 무엇?

 

  • 2022년 발사 예정인 일본우주항공 연구개발기구(JAXA)의 데스티니 플러스 탐사선이 근접탐사 입무를 수행하게 될 천체입니다. 
  • 파에톤은 1983년 10월 영국 천문학자인 사이먼 그린(Simon F. Green)과 존 데이비스(John K. Davies)가 적외선천문위성 아이라스의 관측 영상을 보다가 우연히 발견했습니다. 이는 인공위성으로 찾은 첫 소행성으로 기록됐습니다. 
  • 파에톤의 지름은 약 5.8km, 자전주기는 3.6시간으로 알려져 있습니다. 태양계 형성 초기에 만들어져 당시에는 물과 휘발성 물질이 다량 포함됐다가 그 이후 증발했을 것으로 보입니다. 이 때문에 천문학자들은 파에톤을 혜성에 기원을 둔 B형(B-type) 소행성으로 분류합니다.
  • NASA의 태양우주망원경 스테레오 위성은 지난 2009년과 2012년 파에톤으로부터 방출된 먼지꼬리를 검출했습니다. 파에톤이 태양에 접근해 뜨거워지면 표면 온도가 섭씨 750도까지 올라가는 것으로 예측됩니다.
  • 파에톤의 공전장반경(공전궤도의 긴지름)은 1.27AU로, 공전주기는 523.4일 즉 1년 158일에 해당합니다. 파에톤은 이심률이 큰 길쭉한 타원궤도를 공전해 수성, 금성, 지구, 화성 궤도와 차례로 만납니다. 또, 파에톤은 약 291만km의 거리를 두고 지구를 지나가기 때문에 지구위협소행성(PHA)으로 분류됩니다. 
  • 참고로 지구위협소행성(PHA, Potentially Hazardous Asteroid)이란 지구에서 가장 가까울 때의 거리가 '지구-달 거리'의 약 19.5배인 0.05AU이며, 지름이 140m보다 큰 소행성을 말합니다.

 

데스티니 플러스 탐사선. 출처: 한국천문연구원
데스티니 플러스 탐사선. 출처: 한국천문연구원

'데스티니 플러스' 임무란?

 

  • 일본우주항공 연구개발기구(JAXA)가 심우주 탐사기술을 시험하는 한편, 소행성 파에톤을 직접 탐사하기 위해 기획한 임무입니다. 
  • 데스티니 플러스는 하야부사 1호(2003~2010), 하야부사 2호(2014~)에 이어 JAXA가 기획하는 세 번째 소행성 탐사 임무입니다. JAXA가 이를 통해 달성하려고 하는 과학 목표는 행성간 먼지의 기원과 특성 규명입니다.
  • 태양계 행성 간 공간에 분포하는 먼지는 유성을 만들며 태고에 지구와 같은 행성을 이루는 벽돌(building block) 역할을 했습니다. 행성 간 먼지는 지구에 유기물을 실어 나른 매질로 우리 태양계의 형성과 진화 뿐 아니라 지구의 생명 발생에 중요한 역할을 헀을 것으로 보입니다. 
  • 데스티니 플러스 탐사선은 파에톤 접근 이전에 먼지 검출기를 이용해 행성 간 먼지를 포집하고 그 물리적 특성을 밝힐 계획입니다. 일단 파에톤에 접근하면 초속 30km가 넘는 빠른 속도로 소행성 파에톤을 근접 통과하면서 다양한 과학탐사 활동을 펼칠 예정입니다. 

 

소행성 파에톤(3200 Phaethon)의 궤도 영상. 파에톤이 40년 만에 지구에 가장 근접해온 지난 2017년 12월 전후의 궤도를 확인할 수 있다. 출처: NASA/JPL
소행성 파에톤(3200 Phaethon)의 궤도 영상. 파에톤이 40년 만에 지구에 가장 근접해온 지난 2017년 12월 전후의 궤도를 확인할 수 있다. 출처: NASA/JPL

뭘 발견했는가?

 

  • 한국천문연구원은 파에톤이 40년 만에 지구에 가장 근접한 지난 2017년 12월 중순경 산하 관측 시설을 동원해 파에톤을 관측했습니다. 
  • 연구진은 이를 분석해 파에톤의 표면이 화학적으로 균질하며 3.604시간에 한 번 시계 방향으로 자전한다는 것을 밝혀내고, 재구성한 3D 형상모형을 공개했습니다. 
  • 해당 모형에 따르면 파에톤은 적도 지역이 융기된 다이아몬드에 가까운 모양(Top-shape)을 가지고 있습니다. 이는 일본우주항공연구개발기구(JAXA)의 하야부사2호가 탐사 중인 소행성 류구와 미국항공우주국(NASA)의 오시리스렉스(OSIRIS-REx)호가 탐사 중인 소행성 베누(Bennu)도 이와 비슷한 모양입니다. 
  • 이번 연구성과 중 파에톤의 자전 주기와 자전축 방향, 3D 형상에 관한 연구 결과는 <Astronomy and Astrophysics>에, 파에톤 표면 물질의 균질성에 관한 연구는 <Planetary and Space Science>에 각각 게재됐습니다.

 

파에톤의 3D 형상과 자전 모습. 피에톤은 적도 지역이 융기된 다이아몬드에 가까운 모양(top-shape)을 띠며, 3.604시간에 한 번 시계 방향으로 자전한다. 출처: 한국천문연구원
파에톤의 3D 형상과 자전 모습. 피에톤은 적도 지역이 융기된 다이아몬드에 가까운 모양(top-shape)을 띠며, 3.604시간에 한 번 시계 방향으로 자전한다. 출처: 한국천문연구원

 

 

보현산천문대, 소백산천문대, 레몬산천문대 망원경으로 얻은 파에톤의 광도곡선. 가로축(자전주기), 세로축(밝기의 변화)로 자전하며 표면에서 반사된 빛의 밝기가 시간에 따라 변화하는 걸 나타내는 자료이다. 출처: 한국천문연구원
보현산천문대, 소백산천문대, 레몬산천문대 망원경으로 얻은 파에톤의 광도 곡선. 가로축(자전주기), 세로축(밝기의 변화)로 자전하며 표면에서 반사된 빛의 밝기가 시간에 따라 변화하는 걸 나타내는 자료다. 출처: 한국천문연구원

어떻게 조사했나?

 

  • 소행성은 스스로 빛을 내지 못하고 햇빛을 반사하는데요. 소행성이 공전하고 자전하면서 여러 면에서 반사된 광량을 기록한 자료가 있다면, 소행성의 자전주기 뿐 아니라 자전축 방향, 3차원까지 재구성할 수 있습니다. 이를 광도곡선 역산법(lightcurve inversion method)이라고 합니다. 
  • 연구팀은 이 원리를 바탕으로 파에톤 밝기 변화의 주기를 분석해 3.604시간이라는 자전주기를 밝혀냈습니다. 
  • 연계된 또 다른 연구에서는 파에톤이 자전하는 동안 스펙트럼의 변화가 나타나지 않는다는 것을 확인해 표면이 화학적으로 균질하다는 점을 확인했습니다. 태양열에 의한 열변성이 표면 전체에 고르게 일어난다는 계산 결과로 표면의 균질성을 재증명했습니다. 

 

 

특이한 점은?

 

  • 지난 2017년 11월 지구-달 거리의 27배 이내로 지구에 가까이 접근했던 파에톤을 연구진은 11월 11일부터 12월 17일까지 1개월 정도 관찰했습니다. 
  • 연구진은 천문연 산하의 보현산천문대 1.8m, 소백산천문대 0.6m, 레몬산천문대 1m, 우주물체 전자광학 감시네트워크 0.5m, 충북대학교 천문대 0.6m의 망원경으로 관측했습니다.
  • 대만, 우즈베키스탄, 카자흐스탄 등 국내외 다양한 총 8개 연구 시설을 동원해 해외 연구자들보다 시간적으로 더 조밀하게 관측해 자료를 얻었습니다. 
  • 이번 지상관측 연구는 2022년 발사 예정인 데스티니 플러스 탐사선의 과학연구를 맡은 일본 치바공대(Chiba Institute of Technology) 행성탐사연구소와의 한국천문연구원의 협력연구 일환입니다. 


이 연구가 왜 중요할까?

  • 이 연구는 해당 관측 자료를 기초로 분석한 유일한 연구 결과입니다. 

 

"태양계 천체 탐사 기획에는 지상 관측 시설을 기반으로 얻은 목적 천체의 정밀 궤도, 형상, 자전 특성, 표면물질 분포와 같은 연구 결과가 뒷받침돼야 합니다. 이번 연구를 통해 밝혀진 파에톤의 특성은 향후 데스티니 플러스 근접탐사의 핵심자료로 활용될 것으로 예상합니다"

-한국천문연 소행성 연구 총괄 문홍규 박사- 

 

 


##참고자료##

Kim, M-J., et al. "Optical observations of NEA 3200 Phaethon (1983 TB) during the 2017 apparition." Astronomy & Astrophysics 619 (2018): A123.

Lee, H-J., et al. "Investigation of surface homogeneity of (3200) Phaethon." Planetary and Space Science 165 (2019): 296-302.

 



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