태양계 행성 간 중력 상호작용으로 만들어진 보이지 않는 아치 구조
연구팀, “진정한 천체 아우토반의 발견”
[데일리포스트=김정은 기자] 태양계에 존재하는 천체는 중심부에 위치한 태양 중력의 영향을 강하게 받고 있으며, 지구를 포함한 다양한 행성 역시 각각 중력을 가지고 있어 주위를 공전하는 위성을 비롯한 천체에 영향을 미치고 있다.
세르비아와 미국 연구팀이 진행한 새로운 연구에서 이러한 중력의 상호 작용을 이용해 태양계 내를 고속으로 이동할 수 있는 '우주 슈퍼 하이웨이(space superhighway)'의 존재가 밝혀졌다. 관측 데이터와 시뮬레이션 데이터를 분석해 우주 슈퍼 하이웨이를 발견한 연구팀은 해당 논문을 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 저널에 발표했다.
태양계에 존재하는 천체는 행성과 위성뿐만 아니라 수많은 소행성과 혜성이 존재한다. 이러한 소행성 군의 하나이자 독특한 천체인 켄타우로스(Centaurs)는 목성과 해왕성 사이를 불안정한 궤도로 공전하고 있어 언젠가 다른 곳으로 튕겨져 나갈 수 있다고 여겨졌다.
지난 수십 년간의 시뮬레이션을 통해 켄타우루스는 해왕성보다도 먼 거리를 공전하는 해왕성 바깥 천체(trans-Neptunian objects, TNO)에서, 목성 중력의 영향을 받는 목성 가족 혜성(Jupiter-family comets, JFCs)으로 궤도가 바뀌는 도중에 위치한 천체일 가능성이 제시되었다. 해왕성 바깥 천체가 목성 가족 혜성으로 전환하는 데는 약 1만년~10억 년이 걸릴 것으로 추정되고 있다.
이처럼 행성은 태양계 천체의 움직임에 크게 관여하고 있으며, 중력의 상호 작용은 매우 복잡하다.
이에 세르비아의 베오그라드 천문대의 나타샤 토도로비치(Nataša Todorović) 박사가 이끄는 연구팀은 태양계의 수백만에 이르는 궤도에 대한 수치 데이터를 수집해, 금성-해왕성까지의 7개 행성의 중력으로 생성된 섭동(perturbation:행성의 궤도가 다른 천체의 힘에 의해 정상적인 타원을 벗어나는 현상)을 모델링했다.
분석 결과, 태양 및 행성 중력에 의해 형성된 역학적으로 연결된 보이지 않는 아치 구조가 특정되었고, 그 중 가장 눈에 띄는 것이 목성에 관련된 것이다.
해당 아치 구조가 천체의 이동에 미치는 영향을 알기 위해 연구팀은 수천 개의 가상 천체를 가상 목성 근처로 보내는 시뮬레이션을 실시했다.
그러자 수십 개의 입자가 목성과 충돌한 반면, 대부분의 입자는 태양계를 탈출하는 아치 구조의 궤도에 들어갔다. 입자는 평균 38년 후 천왕성에 46년 후에는 해왕성에 도달했고, 가장 빠른 입자는 목성 부근에 던져진 후 불과 10년 이내에 해왕성까지 도달했다.
또 입자의 70%가 1세기 이내에 100천문단위(1천문단위=지구와 태양의 평균 거리) 위치에 도달했다. 연구팀은 이렇게 엄청난 속도로 태양계 내를 이동할 수 있는 루트를 '진정한 천체 아우토반(true celestial autobahn)'이라고 설명했다.
이러한 동일 아치 구조는 목성 이외의 행성에서도 각 궤도주기에 맞는 스케일로 생성된다고 연구팀은 지적하고 있다.
연구팀은 "이번에 발견된 슈퍼 하이웨이는 언젠가 멀리 떨어진 우주 공간에 탐사선을 보내는 미션에 이용될 수 있으며, 태양계 내를 이동하는 혜성 및 소행성 연구에 도움이 될 수 있다"고 밝혔다.