소행성대 [Asteroid belt]

[Daniel]

소행성대

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요약 소행성대는 화성과 목성 사이의 공간에 존재하는 소행성들로, 거의 원형 궤도로 태양 주위를 돌고 있다. 높이 1억 km, 가로 방향의 두께는 2억 km 정도 크기의 도넛모양으로 생겼다. 이곳에 위치한 소행성들의 태양으로부터 평균 거리는 2.2~3.3 AU이며, 공전주기는 3.3~6.0 년이다.

• 소행성의 발견 

18세기 말 독일의 물리학자 티티우스(Johann Titius)는 행성들의 평균거리 사이에 근사적으로 성립하는 다음과 같은 규칙을 발견했다.  0.4, 0.7, 1.0, 1.6, 2.8, 5.2, 10.0, 19.6, ···. 이 수열을 0.4+0.3×2ⁿ(여기서 n= -∞, 0, 1, 2, 3, ···)으로 나타낼 수 있으며 태양에서 각 행성들간의 거리와 매우 비슷하였다. 이것은 물리법칙은 아니지만 1772년 베를린 천문대장이었던 보데(Johann  Bode)에 의해 널리 소개 되었다. 당시에는 수성·금성·지구·화성·목성·토성의 6개 행성밖에 알려져 있지 않았지만,  9년 후 발견된 천왕성도 근사적으로 티티우스의 법칙을 따른다는 것이 알려지면서 사람들은, 특히 대응되는 행성이 없는 화성과 목성사이에 미지의 행성이 있지 않을까 하는 기대를 갖게 되었다.
   
• 소행성의 분포

1801년 1월 1일 시칠리아 섬 팔레모르 천문대의 피아치(Giuseppe Piazzi)는 성표를 만들기 위해서 관측을 하던 중 황소자리 안에서 8등급의 새로운 행성을 발견했다. 이 행성은 티티우스 법칙에서 예측한 거리인 태양으로부터 약 2.8 AU 거리에 있었다. 이 행성은 시칠리아 섬의 여신의 이름을 따서 세레스(Ceres)라고 명명되었다. 세레스는 작은 행성으로(반경 457㎞) 달의 1/5 정도에 불과하였고 공전주기는 4.7년이었다. 

보다 더 큰 새로운 행성을 찾고 있던 올버스(Heinrich OIbers)도 1802년 3월에 새 행성을 발견하였고 팔라스(Pallas)로 명명 하였다. 이어서 1804년에는 주노(Juno, 2.7 AU), 1807년에는 베스타(Vesta, 2.4 AU)가 새로 발견되었다. 이후에도 새로운 행성들이 계속 발견되어, 1872년경에는 약 100개 정도가 알려졌다. 이 행성들은 대부분 크기가 아주 작아서, 지름 200㎞ 이상은 불과 33개 정도 밖에 되지 않았다. 이 행성들은 소행성이라 부르고, 이 지역을 소행성대(Asteroid Belt, 2.2 ~ 3.3 AU)라고 부르게 되었다. 
 
• 소행성의 기원

소행성의 기원에 대해서는 화성과 목성 사이를 돌고 있던 행성이 부숴져서 생겨났다는 설이 대두 되기도 했었지만 현재 이 학설은 거의 받아 들여 지지 않고 있다. 본래 소행성대 부근에서는 목성의 인력의 영향으로 인해 궤도가 혼란되어 미행성이 커다란 행성으로 성장할 수가 없고 기껏 생겨야 달 크기 정도로 여겨지며, 소행성에 여러 종류가 있다는 것은 이러한 달 크기 정도의 천체들간의 충돌로 설명할 수 있다. 토성의 고리는 수 조개의 조그만 얼음 덩어리인데, 이것 역시 토성의 인력에 의한 방해로 위성이 되지 못한 것이다. 
 
• 소행성대의 종류

세레스의 발견 후 무수히 많은 천체들이 궤도긴반지름 2.0~3.3AU 범위에서 발견되자 이 지역을 소행성대라고 부르게 되었다. 소행성대에는 소행성이 존재하지 않는 영역이 있는데, 이 틈새를 커크우드의 간극이라고 한다. 이 지역은 소행성의 공전주기가 목성 공전주기의 분수로 표시되는, 즉 1/2, 1/3, 1/4, 2/5, 3/7이 되는 영역이다. 이러한 틈새가 생기는 원인은 목성으로부터 주기적인 중력섭동(重力攝動)이 작용하여, 소행성이 이 지역으로부터 밀려났기 때문이라고 보인다.

이와 반대로 공전주기의 비가 2/3와 3/4, 1/1이 되는 영역은 소행성이 몰려드는 곳이다. 목성의 주기 11.9년을 기준으로 하여, 그것과 같은 군, 3/4이 되는 군, 2/3가 되는 군이 있는데, 각각을 트로이소행성군, 툴레소행성군, 힐다소행성군이라고 한다 

•  트로이군 : 목성과 같은 궤도를 도는 두 집단의 소행성들. 한 집단은 목성 궤도에서 60°전방에, 또 한 집단은 60°후방의 위치에 공전하고 있다. 이들 소행성에는 트로이 전쟁에 등장하는 영웅들의 이름이 붙여져 있다(헥토르나 네스토르 등).

•  아폴로군 : 매우 길쭉한 타원 궤도를 가지고 있어,  태양 주위를 공전하는 동안 지구 궤도 안으로 들어오기도 하는 소행성 집단을 말한다. 이 소행성군의 이름은 그리스 신화에 나오는 빛의 신의 이름을 따서 아폴로군이라 한다. 이는 이 소행성군에서 처음으로 발견된 소행성의 이름이기도 하다

•  그밖에 다소 생소한 불규칙 소행성군들도 있다. 화성의 공전 궤도를 가로지르는 아모르(Amor)군과 지구 궤도 안쪽에 주로 존재하는 아텐(Aten)군이 그들이다.
 
 
• 소행성의 궤도 

소행성은 그 대부분이 화성과 목성 궤도 사이에 존재한다. 하지만 소행성의 5% 정도는 이심률이 큰 타원궤도를 돌고 있어서 지구, 화성, 목성, 토성의 궤도를 가로 질러가기도 한다. '아폴로군 소행성'이라 불리는 소행성 무리는 화성보다 안쪽 궤도로 들어온다. 이를테면 아폴로나 이카루스(Icarus)등은 궤도가 지구와 교차하여 지구보다도 태양에 가까이 다가간다. 이런 소행성들은 대부분이 지름 1km 정도의 작은 것들이지만 그 중에는 지름이 30km가 넘는 것도 있으며, 이 소행성들은 확률이 아주 낮기는 하지만 지구형 행성과 충돌할 가능성이 존재하고 있다. 또 이와 반대로 히달고(Hidalgo)와 같은 소행성은 토성궤도에까지 도달하며, 키론(Chiron)과 같이 거의 토성과 천왕성 사이의 궤도를 돌고 있는 소행성도 있다. 또, '트로이 군(the Trojans)'이라 불리는 소행성 무리는 목성의 궤도 위에서 목성에 앞서서 또는 목성의 뒤를 따라 태양을 돌고 있다. 트로이군 소행성들은 목성과 태양을 두 꼭짓점으로 하는 정삼각형의 나머지 한 꼭짓점에 해당하는 라그랑지점(목성 앞과 뒤에 두 개 존재함)에 위치해 있다. 이 트로이군 소행성들은 목성의 공전주기의 6분의 1에 해당되는 약 2년을 목성보다 앞서거나 뒤처지면서 12년의 공전 주기로 공전한다.
 

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