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지구를 중심으로 다음 행성의 위치를 찾는 방법(티티우스-보데 법칙)
2006년 우주 역사상 엄청난 일이 벌어졌습니다. 제가 초등학생 때부터 배워왔던 수, 금, 지, 화, 목, 토, 천, 해, 명에서 명왕성이 행성의 지위를 박탈된다는 충격적인 내용을 발표했는데, 국제천문연맹은 명왕성을 왜 행성의 지위에서 박탈하였을까요?
1930년 2월 18일 미국의 천문학자 클라이드 톰보는 퍼시벌 로웰 천문대의 보조연구원으로 근무던 중 명왕성(Pluto)을 발견하여 세상을 놀라게 했습니다. 클라이드 톰보가 명왕성을 발견했을 때 당시는 나이는 24살로 역사상 엄청난 업적을 달성하게 됩니다. 저는 그때 뭐 했죠?
클라이드 톰보는 지구에서 명왕성까지의 거리는 약 40AU(59조 8400만 km)를 어떻게 발견하게 되었을까요? 육안으로는 보기 힘든 명왕성은 사실 천제 망원경으로 식별하는게 쉽지 않으며, 우주라는 게 날씨와 계절 그리고 태양 등 다양한 변하잖아요? 그리고 명왕성도 별이니깐 분명 어떤 행성이나 항성을 주위로 분명 공전하고 있기에 시간에 따라 전부 다르게 관측되었을 텐데, 톰보는 명왕성을 망원경으로 관측하였다니 정말 대단하다고 말할 수밖에 없습니다.
명왕성을 발견하기까지의 꽤나 재미난 스토리가 존재합니다. 클라이드 톰보에 의해 명왕성이 처음 발견되었지만 해왕성을 발견 이후 '미지의 행성X'가 존재할 것이라고 주장되었습니다. '미지의 행성X' 논쟁은 1772년 티티우스-보데의 법칙에 의해 행성의 존재에 대해 꽤나 신빙성 있는 주장이었습니다.
티티우스-보데 법칙에 의하면 태양계내 행성에서 행성과의 거리를 유추할 수 있습니다. 즉, 지구를 중심으로 화성과의 거리가 얼마일지 유추 할 수 있다는 것입니다.
지구와 화성과의 거리는 2억 5500만 km, 티티우스-보데 법칙의한 지구와 화성과의 거리는 2억 3,936만 km(=1.6AU)로 1,564만 km 정도의 오차 범위가 발생하지만 어느 정도 오차범위를 고려해도 행성과의 위치를 파악할 수 있는 주요한 지표로 활용되고 있습니다.
(계산)
a=0.4+0.3x2^n
예) 지구를 중심으로 n=1, a=1 일때, 화성과 지구와의 거리를 공식에 대입함으로써 어디에 위치해
있는지 구할 수 있습니다. 화성과 지구와의 거리는 a=0.4+0.3x2x2=1.6으로 계산할 수 있습니다.
티티우스-보데 법칙에 의해 천왕성과 지구와의 거리는 19.22AU이고, 해왕성과 지구와의 거리는 30.11AU로 해왕성 다음에 위치해 있는 미지의 행성X은 39.17AU에 위치하고 있을 것이란 예측을 통해 미국의 천문학자 퍼시벌 로웰은 8년이란 긴 시간의 여정을 시작했지만 이를 찾지 못하고 생을 마감하였습니다.
클라이드 톰보는 어떻게 명왕성을 찾았을까?
클라이드 톰보는 1906년 2월 가난한 농부의 아들로 태어나 밤하늘의 별을 관측하는 것을 사랑했습니다. 그는 삼촌의 망원경으로 밤하늘의 별을 관찰하며 어린 시절을 보냈습니다. 그리고 톰보는 대학마저 포기하고 열심히 모은 돈으로 반사 망원경을 만들어 직접 밤하늘을 관측하기 시작하였습니다.
밤하늘의 별을 관측하여 목성과 화성을 그림으로 그려 로웰 천문대에 보내게 되어 클라이드 톰보는 로웰 천문대에 근무하게 되어 매일 같은 밤하늘을 사진 찍고 관찰하고 사진 속에서 바뀌 별의 위치를 하나하나 대조해 가면서 발견한 것이 바로 명왕성입니다.
명왕성을 찾기는 사실상 우주에서 모래사장에 바늘 찾기 만큼이나 어려울 확률 98,000%로 우주에서 미지의 행성X인 명왕성을 발견하여 전세계를 지리게 만들어..
그렇다면 이렇게 어렵게 찾은 클라이드 톰보의 업적인 명왕성을 왜 행성의 지위에서 박탈하게 되었을까?
명왕성은 왜 행성의 지위를 박탈해 왜행성으로 분류되었을까?
클라이드 톰보가 발견한 명왕성은 지름이 2,376.6km이며, 질량은 1.3 × 10^22이며 로웰의 예측에 따르면 명왕성이 행성이라면 해왕성에 영향을 줄 만큼 큰 거대한 얼음 행성이어야 했습니다. 그러나 최근 허블 망원경으로 관측했을 때 지각의 대부분이 얼음과 바위로 구성되어 있는 것을 확인하여 과연 명왕성이 행성이 맞는지에 대한 의구심을 불러일으키며, 명왕성의 지위는 점점 추락하게 됩니다.
[위성 : 카론의 발견]
1978년 카론이 발견되면서 명왕성이 행성의 지위를 가지는 것이 맞는지에 대한 의구심이 퍼지기 시작합니다. 지금은 카론을 위성으로 정의 내렸지만, 카론을 발견한 당시 명왕성 지름의 절반, 질량은 1/7로 굉장히 크기에 명왕성이 행성이라면 카론도 행성이 돼야 하지 않나 하는 뫼비우스의 띠처럼 앞으로 카론과 같은 위성이 지속적으로 발견될 확률이 1,000,000%...
또한, 카론의 발견은 명왕성의 행성 지위에 엄청난 여파가 존재하는데, 명왕성과 카론 사이 우주 공간에 명왕성도 같이 공전한다는 사실을 발견했습니다. 그리고 지구를 중심으로 달이 돌아 달을 위성으로 정의하였는데, 이와 같이 명왕성과 카론을 '위성관계로 볼 것이냐' 아니면, 명왕성과 카론이 '모두 행성'이라 서로가 공전하는 이중 행성으로 볼 것인지에 대한 논쟁이 발생하게 되었습니다.
카론의 발견에도 천문하계 대선배가 발견한 명왕성을 행성 지위를 박탈하는 것은 아인슈타인에게 상대성이론이 틀렸다고 주장하는 것만큼 엄청난 사건.
이러한 논쟁을 한 번에 종식시킨 또 하나의 별 등장. 왜행성 에리스의 등장으로 명왕성의 지위는 더욱더 추락하여 이제 나락으로 향하는데,
[에리스 발견]
왜행성으로 분류된 에리스는 명왕성의 지름보다 25% 크다고 알려져 있어 에리스도 행성으로 분류해야 된다는 논쟁이 발생되었습니다.
그런데 역시나 가 역시나 에리스 또한 질량에 있어서 문제가 있어 에리스 또한 행성으로 분류하는 것이 맞는지에 대한 논쟁이 발생하게 되어 결국, 명왕성과 함께 에리스는 행성계에서 퇴출되었으며, 명왕성은 소행성체 134340번으로 분류되었으며, 카론은 명왕성의 위성 에리스는 왜행성으로 분류되어 명왕성의 행성 지위 막을 내리게 됩니다.
그리고 2006년 명왕성을 행성의 지위에서 박탈하면서 행성의 2가지 기준을 발표하였습니다.
행성의 기준 2가지
- 태양의 주위를 돌고 있어야 하며, 자신의 중력으로 둥근 구체를 형성할 정도가 되어야 한다.
- 천체 자신의 공전 궤도 상에 있는, 자신보다 작은 '이웃 천체를 없애야' 한다.
결국 클라이드 톰보의 엄청난 노력이 없었으면 인류가 명왕성을 발견하기는 쉽지 않았을 것이고 행성, 위성, 왜행성 등 이에 대한 정의를 내리는 일도 더 나중일이 되지 않았을까 합니다.
우리도 클라이드 톰보처럼 어떤 한 가지의 일에 집중하고 몰두하여 여러분들이 하는 어떠한 일에 있든 최고 정점까지 올라 여러분들의 일이나 학업 등 '성공할 수 있다'는 교훈을 통해 이 글을 마무리합니다.
